问题

为什么有些编程语言的数组要从零开始算?

回答
这背后其实是一套相当精密的计算逻辑,跟计算机处理数据的方式息息相关。你想啊,计算机内部处理信息,最基础的就是内存。内存就像一个长长的、首尾相连的仓库,里面一格一格的存放着数据。

当我们说一个数组,比如有5个元素的数组,在内存里它就占用了一连串连续的空间。最关键的是,计算机需要一种方法来快速地找到这个数组里的任何一个元素,对吧?就像你要从那个仓库里拿东西,你总得有个地址。

如果数组是从1开始算,那第一个元素就在“地址1”,第二个就在“地址2”,依此类推。但问题来了,计算机内部的“地址”计算,其实是从“0”这个位置开始的,因为它更符合一种数学上的“偏移量”概念。

你可以这么理解:当你想访问数组的第一个元素时,你并不是真的要“地址1”。你实际上是想访问“这个数组的起始地址,再加上0个元素的位置”。你看,这个“0”就代表了“从开始往后数多少个”,这个“数”就是偏移量。

同理,如果你想访问数组的第三个元素,你实际上是在说:“给我找这个数组的起始地址,再加上2个元素的位置”。这里的“2”就是偏移量。

为什么要用偏移量呢?因为这样计算起来更直接,也更高效。计算机在访问内存时,它需要知道“基址”(也就是数组的起始地址)和“偏移量”。然后通过一个简单的数学公式:`实际内存地址 = 基址 + 偏移量 元素大小`,就能立刻定位到你要找的那个元素。

如果数组从1开始,那么访问第一个元素就需要 `基址 + 1 元素大小`,访问第二个元素就需要 `基址 + 2 元素大小`。这就多了一个“加1”的步骤,虽然看起来微不足道,但在需要频繁访问大量元素的场景下,这个微小的差异会累积起来,影响效率。

而且,这种从零开始的计数方式,在计算机科学里非常普遍。很多底层的机制,比如指针的运算、内存的寻址,都天然地与“偏移量”和“0基准”契合。比如,一个指针指向一个内存块的起始位置,那么指向这个内存块中的第二个字节,就是“指针 + 1”;指向第三个字节,就是“指针 + 2”。这和数组访问的逻辑非常相似。

所以,让数组从零开始,是计算机底层设计和对效率追求的一种自然延伸。它使得数组索引与内存地址之间的映射关系更直接,计算更简便,也更符合计算机硬件的运作模式。虽然一开始学习的时候可能需要适应一下,但从长远来看,这是一种非常优化的设计。

网友意见

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是 BCPL 作者的杰作,目的是减少编译出的代码里的一个减法指令。

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