Чому школи викладають масиви над списком? [зачинено]

Більшість завдань у моїй школі для початкових класів програмування вимагали від мене використання масивів. Зараз я працюю повний робочий день, і ніколи не використовував масив для жодного проекту, над яким працював. Навіть у існуючих проектах я ніде не бачив використання масивів. На мою думку, Список простіший у використанні і є стандартом. Чому професори кажуть студентам використовувати масиви у своїх завданнях? Це просто так, щоб учні розуміли основи?

Оскільки більшість університетів викладають Java, це питання є специфічним для Java.

Оскільки масиви викладають такі поняття, як індексація та межі, два принципово важливих поняття в комп'ютерному програмуванні.

Списки не є "стандартом". Існує велика кількість проблемних просторів, для яких масиви ідеально підходять.

Вони, напевно, хотіли почати зі структури даних, яка найбільш точно відображає, як працює комп'ютер, тому ви ознайомилися з основами, перш ніж почати вводити абстракції вищого рівня, як Списки, які полегшують роботу. Інакше у вас би не було можливості зрозуміти, чому певна структура чи алгоритм є повільним / швидким для деяких операцій, а не для інших; якби пам'ять комп’ютера насправді була складена з пов'язаних списків, світ був би зовсім іншим місцем.

Приблизно з тієї ж причини мій перший клас програмування в коледжі був у С, а решта класів усі були на C ++, Java та інших мовах. Справа не в тому, що C якось краще чи простіше, це те, що C (і масив) нічого від вас не приховують.

Відповіді вище чудові, але я маю на увазі інший. main()Метод Java означає, що студенти стикаються з базовими масивами дуже рано, часто, як тільки в перший день заняття. Чому?

public static void main(String[] args)

Це перше, з чим вам доведеться зіткнутися, щоб написати Hello World та за її межами. (Я бачив, як деякі курси спочатку використовують навчальні IDE, такі як BlueJ, які дозволяють вам клацати мишкою та клацати для запуску довільних методів, але ми відкладемо їх в сторону ...) Хоча, можливо, варто помахати руками над деякими ці ключові слова на деякий час, рано чи пізно більшість викладачів захочуть пояснити їх. Дійсно, класичне тестове питання для початківців - це попросити учнів надати значення кожного ключового слова в базовій програмі Hello World. І що ми знаходимо як частину нашого основного методу підпису? Масив (Причина цього частково історична. ArrayList не існував у Java 1.0). Масиви є частиною базового набору знань. Список немає.

Однак це не так вже й рідкість, коли класи впроваджують ArrayList трохи пізніше в курс, особливо після того, як об'єкти та їх використання будуть охоплені. Навіть навчальна програма AP Computer Science для Java включає ArrayList (я знаю, що це раніше, і Google, схоже, вказує, що це все-таки є), хоча він ігнорує той факт, що ArrayList реалізує Список та решту колекційних програм.

Нарешті, мій досвід, що університетські програми CS використовують Java як засіб для вивчення концепцій CS та програмування, а не для того, щоб навчити студентів, як стати хорошими розробниками Java. Деякі програми можуть бути більш орієнтовані на витіснення професійних розробників, в той час як інші зосереджуються більше на теорії, але в будь-якому випадку потрібно багато дізнатися про те, як використовувати Java в реальній професійній роботі, яку не навчатимуть у більшості навчальних програм коледжу. Це варіюється від моделей та методів дизайну, таких як Ефективна Java, до таких структур, як Spring, Hibernate або JUnit, або навіть більш поширених речей, таких як JSP або JDBC. Маючи на увазі цю філософію, підкреслюючи масиви над більш часто використовуваним ArrayList має трохи більше сенсу.

Однією з причин того, що класи програмування першого курсу використовують масиви - це спадщина: саме так професори спочатку засвоїли це перед тим, як ми почали використовувати стандартні бібліотеки з динамічними списками. Застосування примітивних типів даних також більш загальноприйняте: масиви існують майже на будь-якому комп’ютері мова під сонцем (і може бути реалізована в кількох інструкціях по збірці). Коли я вперше навчався програмуванню, реалізація пов'язаного списку була одним із завдань.

Набагато простіше почати з перших принципів, а потім сказати "Це основна структура. Ця мова (або її бібліотеки) дає вам цю структуру даних високого рівня, яка робить усе це, але дає вам x, y і z", ніж це означає сказати: «Ось це ці структури даних високого рівня, ось ось що під кришкою». Навчитися міркувати про те, чи слід використовувати LinkedList vs. ArrayList (або HashSet vs. TreeSet), як правило, курс з алгоритмів другого або третього курсу. Списки та Карти мають однакові інтерфейси і дають однакові результати, але можуть мати різну поведінку в застосуванні будь-якого розміру. І як тільки ви вийдете з програмування 101, немає гарантії, що програмування 102 буде використовувати ту ж мову. Якщо ви почнете з концепції масиву, ви можете просто сказати "

Ще одна причина віддати перевагу "масиву" над "Список" у вступному курсі полягає в тому, що масиви принципово легко зрозуміти: Масив з 20 bytesзаймає 20 байт (плюс пара, щоб вказати або кінець масиву, або довжину, залежно від реалізації ).

"Список" - це зовсім інший чайник з рибою і його можна реалізувати різними способами (ArrayList, LinkedList і, мабуть, пару, про яку я забув), з принципово різними характеристиками. Не розуміючи начинку , що різні класи Списку роблять, ви не можете мати змістовну дискусію про те, коли слід використовувати List foo = new ArrayList()проти List foo = new LinkedList(). Якщо ви спробуєте змусити студента використовувати реалізацію списку, хтось запитає, чому ви використовуєте ArrayList замість однієї з інших реалізацій. І "ArrayList" включає слово "Array" і підкріплене одним, тож насправді це не величезний логічний стрибок з "масиву" на "ArrayList".

Всупереч поширеній думці, існують такі ситуації, коли має сенс використовувати масиви над списками, особливо коли ви маєте справу зі списком статичного розміру. Ось пара:

• Пошук і ітерація дещо швидше, тому що ви не маєте справу з викликом методу накладних витрат: foo[n]перенаправлення та виконує деяку позаблокову арифметику вказівника, тоді як foo.get(n)доводиться перенаправляти, робити виклик методу, робити другу дереференцію, а потім, можливо, робити арифметику вказівника (якщо ви використовуєте ArrayList; LinkedLists потенційно потрібно повторити кожен елемент списку).
• Ініціалізація набагато чіткіша : int[] foo = new int[]{1, 2, 3, 4, 5}порівняно з пропозиціями в іншому запитанні StackOverflow

Java дозволяє змінні будь-якого типу зберігатись у масивах. Навпаки, ArrayListдозволяє лише зберігати посилання. Таким чином, можна не корисно обговорювати, ArrayListпопередньо не розкриваючи, як автоматичний бокс перетворює примітиви в типи посилань, і як автоматичне розпакування іноді перетворює типи посилань у примітиви:

for (int i=10; i<=10000; i*=10)
{
    ArrayList<Integer> l = new ArrayList<Integer>();
    l.add(i);
    l.add(i);
    l.add(l.get(0));
    System.out.print("i=" + i);
    System.out.print(" #0==i:" + (l.get(0)==i));
    System.out.print(" #1==i:" + (l.get(1)==i));
    System.out.print(" #2==i:" + (l.get(2)==i));
    System.out.print(" #0=#1:" + (l.get(0)==l.get(1)));
    System.out.print(" #1=#2:" + (l.get(1)==l.get(2)));
    System.out.println(" #0=#2:" + (l.get(0)==l.get(2)));
}

Якби в коді використовувався int[3]скоріше, ніж ArrayListне, сюрпризів не було б. Усі три елементи порівнювали б однакові iта між собою. Використовуючи ArrayList, проте, незважаючи на всі три елементи списку завжди будуть порівнювати рівні i, а перший і третій будуть завжди рівними один одному, перші два елементи будуть тільки рівні один одному , коли iце 1, 10 або 100, але (для більшості реалізацій) не коли i1000 або 10000.

Я думаю, що є сенс навчити спочатку користуватися масивами через те, що ArrayListвикористовує масив внутрішньо. ArrayListКлас має змінну - член з ім'ям , elementDataяке є Objectмасивом.

Із ArrayList вихідного коду JDK :

/**
 * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
 * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer.
 */
private transient Object[] elementData;

Коли ви додаєте, оновлюєте, отримуєте або видаляєте елементи з нього, ArrayListвін використовує цей внутрішній масив для виконання цих операцій. Як вже зазначив користувач Ixrec - ArrayListце просто абстракція вищого рівня, з якою зазвичай простіше працювати.

Якщо припустити, що з цим списком справді простіше працювати, як ви кажете - це насправді не має значення. Навчання - це більше про "базове до складного", ніж про "легке до важкого". Якби основи не були важливими, то інформатика не була б академічною сферою. Ви можете просто навчитися клацати додатки за допомогою існуючих рамок / бібліотек з онлайн-підручників. (Звичайно, хтось повинен писати ці бібліотеки ... а хтось повинен реалізувати ArrayListв першу чергу ....)

Це тому, що найважливіше в академічній освіті - це навчити використовувати правильну термінологію для опису речей, які ви робите.

Список - це щось інше, що масив. і ви не можете використовувати java.util.Listв Java, тому що це інтерфейс. Зазвичай ви використовуєте те, java.util.ArrayListщо є реалізацією List, а не списком, а обгорткою об'єктів навколо динамічного масиву. Отже, ви кажете, що використовуєте "Список", але використовуєте масив.

Дуже розумно пропустити цей термінологічний хаос і просто використовувати масиви, щоб дізнати учнів, що таке масив. Якщо ви використовуєте масиви на Java, принаймні ви використовуєте масиви.

Чесно кажучи, це також аргумент, чому викладання програмування на Java не є хорошою ідеєю. Важко правильно засвоїти основні поняття програмування.

Ви буквально ніколи не бачили і не використовували жодних масивів взагалі? Ми використовуємо їх постійно, окрім списків. Ми зазвичай не використовуємо Java, але використовуємо безліч інших мов, які очевидно схожі.

Між масивами та списками одна легша вага та, крім того, більш точна, тоді як інші мають більшу функціональність. Як правило, в програмуванні, коли є два подібних типи, які в основному розділені по цих лініях, вам слід скористатися легшим вагою, якщо вам насправді не потрібен більш вигадливий. На додаток до зменшення накладних витрат, це насправді допомагає зберегти обробку кількості неполадок та стану програми та, зокрема, її коду . Якщо під час тестування щось піде не так, у вас є менше місць для перегляду; і що ще важливіше у випадку масивів проти списків, люди отримують краще уявлення про обмежений обсяг того, що ви насправді використовуєте, і намагаєтеся робити з ним.

І так, з академічної точки зору, є додаткова причина навчання студентам основ. Однак це йде трохи глибше. Масиви та списки є хорошим прикладом об'ємних типів, які часто просто будуються поверх, і часто просто обертаються навколо основних примірників типів легшої ваги. Навіть коли в списках немає базових масивів, вони поводяться зовні, як і вони. Однією частиною навчання когось, що таке Перелік, було б навчити їх, що таке масив.

Я міг бачити, що це може вийти з рук на мові на зразок C ++, де масиви в основному не можуть бути більш позбавленими, ніж вони є, але на мовах вищого рівня вони майже не списки до себе. Якщо вони цілком відповідають вашим потребам у тій чи іншій ситуації, навіщо вам потрібно використовувати щось інше?