Объекты позволяют хранить данные со строковыми ключами. Это замечательно.

Но довольно часто мы понимаем, что нам необходима упорядоченная коллекция данных, в которой присутствуют 1-й, 2-й, 3-й элементы и т.д. Например, она понадобится нам для хранения списка чего-либо: пользователей, товаров, элементов HTML и т.д.

В этом случае использовать объект неудобно, так как он не предоставляет методов управления порядком элементов. Мы не можем вставить новое свойство «между» уже существующими. Объекты просто не предназначены для этих целей.

Для хранения упорядоченных коллекций существует особая структура данных, которая называется массив, Array.

Объявление

Существует два варианта синтаксиса для создания пустого массива:

let arr = new Array();
let arr = [];

Практически всегда используется второй вариант синтаксиса. В скобках мы можем указать начальные значения элементов:

let fruits = ["Яблоко", "Апельсин", "Слива"];

Элементы массива нумеруются, начиная с нуля.

Мы можем получить элемент, указав его номер в квадратных скобках:

let fruits = ["Яблоко", "Апельсин", "Слива"];

alert( fruits[0] ); // Яблоко
alert( fruits[1] ); // Апельсин
alert( fruits[2] ); // Слива

Мы можем заменить элемент:

fruits[2] = 'Груша'; // теперь ["Яблоко", "Апельсин", "Груша"]

…Или добавить новый к существующему массиву:

fruits[3] = 'Лимон'; // теперь ["Яблоко", "Апельсин", "Груша", "Лимон"]

Общее число элементов массива содержится в его свойстве length:

let fruits = ["Яблоко", "Апельсин", "Слива"];

alert( fruits.length ); // 3

Вывести массив целиком можно при помощи alert.

let fruits = ["Яблоко", "Апельсин", "Слива"];

alert( fruits ); // Яблоко, Апельсин, Слива

В массиве могут храниться элементы любого типа.

Например:

// разные типы значений
let arr = [ 'Яблоко', { name: 'Джон' }, true, function() { alert('привет'); } ];

// получить элемент с индексом 1 (объект) и затем показать его свойство
alert( arr[1].name ); // Джон

// получить элемент с индексом 3 (функция) и выполнить её
arr[3](); // привет
Висячая запятая

Список элементов массива, как и список свойств объекта, может оканчиваться запятой:

let fruits = [
  "Яблоко",
  "Апельсин",
  "Слива",
];

«Висячая запятая» упрощает процесс добавления/удаления элементов, так как все строки становятся идентичными.

Методы pop/push, shift/unshift

Очередь – один из самых распространённых вариантов применения массива. В области компьютерных наук так называется упорядоченная коллекция элементов, поддерживающая два вида операций:

  • push добавляет элемент в конец.
  • shift удаляет элемент в начале, сдвигая очередь, так что второй элемент становится первым.

Массивы поддерживают обе операции.

На практике необходимость в этом возникает очень часто. Например, очередь сообщений, которые надо показать на экране.

Существует и другой вариант применения для массивов – структура данных, называемая стек.

Она поддерживает два вида операций:

  • push добавляет элемент в конец.
  • pop удаляет последний элемент.

Таким образом, новые элементы всегда добавляются или удаляются из «конца».

Примером стека обычно служит колода карт: новые карты кладутся наверх и берутся тоже сверху:

Массивы в JavaScript могут работать и как очередь, и как стек. Мы можем добавлять/удалять элементы как в начало, так и в конец массива.

В компьютерных науках структура данных, делающая это возможным, называется двусторонняя очередь.

Методы, работающие с концом массива:

pop

Удаляет последний элемент из массива и возвращает его:

let fruits = ["Яблоко", "Апельсин", "Груша"];

alert( fruits.pop() ); // удаляем "Груша" и выводим его

alert( fruits ); // Яблоко, Апельсин
push

Добавляет элемент в конец массива:

let fruits = ["Яблоко", "Апельсин"];

fruits.push("Груша");

alert( fruits ); // Яблоко, Апельсин, Груша

Вызов fruits.push(...) равнозначен fruits[fruits.length] = ....

Методы, работающие с началом массива:

shift

Удаляет из массива первый элемент и возвращает его:

let fruits = ["Яблоко", "Апельсин", "Груша"];

alert( fruits.shift() ); // удаляем Яблоко и выводим его

alert( fruits ); // Апельсин, Груша
unshift

Добавляет элемент в начало массива:

let fruits = ["Апельсин", "Груша"];

fruits.unshift('Яблоко');

alert( fruits ); // Яблоко, Апельсин, Груша

Методы push и unshift могут добавлять сразу несколько элементов:

let fruits = ["Яблоко"];

fruits.push("Апельсин", "Груша");
fruits.unshift("Ананас", "Лимон");

// ["Ананас", "Лимон", "Яблоко", "Апельсин", "Груша"]
alert( fruits );

Внутреннее устройство массива

Массив – это особый подвид объектов. Квадратные скобки, используемые для того, чтобы получить доступ к свойству arr[0] – это по сути обычный синтаксис доступа по ключу, как obj[key], где в роли obj у нас arr, а в качестве ключа – числовой индекс.

Массивы расширяют объекты, так как предусматривают специальные методы для работы с упорядоченными коллекциями данных, а также свойство length. Но в основе всё равно лежит объект.

Следует помнить, что в JavaScript существует всего 7 основных типов данных. Массив является объектом и, следовательно, ведёт себя как объект.

Например, копируется по ссылке:

let fruits = ["Банан"]

let arr = fruits; // копируется по ссылке (две переменные ссылаются на один и тот же массив)

alert( arr === fruits ); // true

arr.push("Груша"); // массив меняется по ссылке

alert( fruits ); // Банан, Груша - теперь два элемента

…Но то, что действительно делает массивы особенными – это их внутреннее представление. Движок JavaScript старается хранить элементы массива в непрерывной области памяти, один за другим, так, как это показано на иллюстрациях к этой главе. Существуют и другие способы оптимизации, благодаря которым массивы работают очень быстро.

Но все они утратят эффективность, если мы перестанем работать с массивом как с «упорядоченной коллекцией данных» и начнём использовать его как обычный объект.

Например, технически мы можем сделать следующее:

let fruits = []; // создаём массив

fruits[99999] = 5; // создаём свойство с индексом, намного превышающим длину массива

fruits.age = 25; // создаём свойство с произвольным именем

Это возможно, потому что в основе массива лежит объект. Мы можем присвоить ему любые свойства.

Но движок поймёт, что мы работаем с массивом, как с обычным объектом. Способы оптимизации, используемые для массивов, в этом случае не подходят, поэтому они будут отключены и никакой выгоды не принесут.

Варианты неправильного применения массива:

  • Добавление нечислового свойства, например: arr.test = 5.
  • Создание «дыр», например: добавление arr[0], затем arr[1000] (между ними ничего нет).
  • Заполнение массива в обратном порядке, например: arr[1000], arr[999] и т.д.

Массив следует считать особой структурой, позволяющей работать с упорядоченными данными. Для этого массивы предоставляют специальные методы. Массивы тщательно настроены в движках JavaScript для работы с однотипными упорядоченными данными, поэтому, пожалуйста, используйте их именно в таких случаях. Если вам нужны произвольные ключи, вполне возможно, лучше подойдёт обычный объект {}.

Эффективность

Методы push/pop выполняются быстро, а методы shift/unshift – медленно.

Почему работать с концом массива быстрее, чем с его началом? Давайте посмотрим, что происходит во время выполнения:

fruits.shift(); // удаляем первый элемент с начала

Просто взять и удалить элемент с номером 0 недостаточно. Нужно также заново пронумеровать остальные элементы.

Операция shift должна выполнить 3 действия:

  1. Удалить элемент с индексом 0.
  2. Сдвинуть все элементы влево, заново пронумеровать их, заменив 1 на 0, 2 на 1 и т.д.
  3. Обновить свойство length .

Чем больше элементов содержит массив, тем больше времени потребуется для того, чтобы их переместить, больше операций с памятью.

То же самое происходит с unshift: чтобы добавить элемент в начало массива, нам нужно сначала сдвинуть существующие элементы вправо, увеличивая их индексы.

А что же с push/pop? Им не нужно ничего перемещать. Чтобы удалить элемент в конце массива, метод pop очищает индекс и уменьшает значение length.

Действия при операции pop:

fruits.pop(); // удаляем один элемент с конца

Метод pop не требует перемещения, потому что остальные элементы остаются с теми же индексами. Именно поэтому он выполняется очень быстро.

Аналогично работает метод push.

Перебор элементов

Одним из самых старых способов перебора элементов массива является цикл for по цифровым индексам:

let arr = ["Яблоко", "Апельсин", "Груша"];

for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
  alert( arr[i] );
}

Но для массивов возможен и другой вариант цикла, for..of:

let fruits = ["Яблоко", "Апельсин", "Слива"];

// проходит по значениям
for (let fruit of fruits) {
  alert( fruit );
}

Цикл for..of не предоставляет доступа к номеру текущего элемента, только к его значению, но в большинстве случаев этого достаточно. А также это короче.

Технически, так как массив является объектом, можно использовать и вариант for..in:

let arr = ["Яблоко", "Апельсин", "Груша"];

for (let key in arr) {
  alert( arr[key] ); // Яблоко, Апельсин, Груша
}

Но на самом деле это – плохая идея. Существуют скрытые недостатки этого способа:

  1. Цикл for..in выполняет перебор всех свойств объекта, а не только цифровых.

    В браузере и других программных средах также существуют так называемые «псевдомассивы» – объекты, которые выглядят, как массив. То есть, у них есть свойство length и индексы, но они также могут иметь дополнительные нечисловые свойства и методы, которые нам обычно не нужны. Тем не менее, цикл for..in выведет и их. Поэтому, если нам приходится иметь дело с объектами, похожими на массив, такие «лишние» свойства могут стать проблемой.

  2. Цикл for..in оптимизирован под произвольные объекты, не массивы, и поэтому в 10-100 раз медленнее. Увеличение скорости выполнения может иметь значение только при возникновении узких мест. Но мы всё же должны представлять разницу.

В общем, не следует использовать цикл for..in для массивов.

Немного о «length»

Свойство length автоматически обновляется при изменении массива. Если быть точными, это не количество элементов массива, а наибольший цифровой индекс плюс один.

Например, единственный элемент, имеющий большой индекс, даёт большую длину:

let fruits = [];
fruits[123] = "Яблоко";

alert( fruits.length ); // 124

Обратите внимание, что обычно мы не используем массивы таким образом.

Ещё один интересный факт о свойстве length – его можно перезаписать.

Если мы вручную увеличим его, ничего интересного не произойдёт. Зато, если мы уменьшим его, массив станет короче. Этот процесс необратим, как мы можем понять из примера:

let arr = [1, 2, 3, 4, 5];

arr.length = 2; // укорачиваем до двух элементов
alert( arr ); // [1, 2]

arr.length = 5; // возвращаем length как было
alert( arr[3] ); // undefined: значения не восстановились

Таким образом, самый простой способ очистить массив – это arr.length = 0;.

new Array()

Существует ещё один вариант синтаксиса для создания массива:

let arr = new Array("Яблоко", "Груша", "и тд");

Он редко применяется, так как квадратные скобки [] короче. Кроме того, у него есть хитрая особенность.

Если new Array вызывается с одним аргументом, который представляет собой число, он создаёт массив без элементов, но с заданной длиной.

Давайте посмотрим, как можно оказать себе медвежью услугу:

let arr = new Array(2); // создастся ли массив [2]?

alert( arr[0] ); // undefined! нет элементов.

alert( arr.length ); // length 2

Как мы видим, в коде, представленном выше, в new Array(number) все элементы равны undefined.

Чтобы избежать появления таких неожиданных ситуаций, мы обычно используем квадратные скобки, если, конечно, не знаем точно, что по какой-то причине нужен именно Array.

Многомерные массивы

Массивы могут содержать элементы, которые тоже являются массивами. Это можно использовать для создания многомерных массивов, например, для хранения матриц:

let matrix = [
  [1, 2, 3],
  [4, 5, 6],
  [7, 8, 9]
];

alert( matrix[1][1] ); // 5, центральный элемент

toString

Массивы по-своему реализуют метод toString, который возвращает список элементов, разделённых запятыми.

Например:

let arr = [1, 2, 3];

alert( arr ); // 1,2,3
alert( String(arr) === '1,2,3' ); // true

Давайте теперь попробуем следующее:

alert( [] + 1 ); // "1"
alert( [1] + 1 ); // "11"
alert( [1,2] + 1 ); // "1,21"

Массивы не имеют ни Symbol.toPrimitive, ни функционирующего valueOf, они реализуют только преобразование toString, таким образом, здесь [] становится пустой строкой, [1] становится "1", а [1,2] становится "1,2".

Когда бинарный оператор плюс "+" добавляет что-либо к строке, он тоже преобразует это в строку, таким образом:

alert( "" + 1 ); // "1"
alert( "1" + 1 ); // "11"
alert( "1,2" + 1 ); // "1,21"

Итого

Массив – это особый тип объекта, предназначенный для работы с упорядоченным набором элементов.

  • Объявление:

    // квадратные скобки (обычно)
    let arr = [item1, item2...];
    
    // new Array (очень редко)
    let arr = new Array(item1, item2...);

    Вызов new Array(number) создаёт массив с заданной длиной, но без элементов.

  • Свойство length отражает длину массива или, если точнее, его последний цифровой индекс плюс один. Длина корректируется автоматически методами массива.

  • Если мы уменьшаем length вручную, массив укорачивается.

Мы можем использовать массив как двустороннюю очередь, используя следующие операции:

  • push(...items)добавляет items в конец массива.
  • pop() удаляет элемент в конце массива и возвращает его.
  • shift() удаляет элемент в начале массива и возвращает его.
  • unshift(...items) добавляет items в начало массива.

Чтобы пройтись по элементам массива:

  • for (let i=0; i<arr.length; i++) – работает быстрее всего, совместим со старыми браузерами.
  • for (let item of arr) – современный синтаксис только для значений элементов (к индексам нет доступа).
  • for (let i in arr) – никогда не используйте для массивов!

Мы вернёмся к массивам и изучим другие методы добавления, удаления, выделения элементов и сортировки массивов в главе: Методы массивов.

Задачи

важность: 3

Что выведет следующий код?

let fruits = ["Яблоки", "Груша", "Апельсин"];

// добавляем новое значение в "копию"
let shoppingCart = fruits;
shoppingCart.push("Банан");

// что в fruits?
alert( fruits.length ); // ?

Выведется 4:

let fruits = ["Яблоки", "Груша", "Апельсин"];

let shoppingCart = fruits;

shoppingCart.push("Банан");

alert( fruits.length ); // 4

Потому, что массивы – это объекты. Обе переменные shoppingCart и fruits являются ссылками на один и тот же массив.

важность: 5

Давайте произведём 5 операций с массивом.

  1. Создайте массив styles с элементами «Джаз» и «Блюз».
  2. Добавьте «Рок-н-ролл» в конец.
  3. Замените значение в середине на «Классика». Ваш код для поиска значения в середине должен работать для массивов с любой длиной.
  4. Удалите первый элемент массива и покажите его.
  5. Вставьте «Рэп» и «Регги» в начало массива.

Массив по ходу выполнения операций:

Джаз, Блюз
Джаз, Блюз, Рок-н-ролл
Джаз, Классика, Рок-н-ролл
Классика, Рок-н-ролл
Рэп, Регги, Классика, Рок-н-ролл
let styles = ["Джаз", "Блюз"];
styles.push("Рок-н-ролл");
styles[Math.floor((styles.length - 1) / 2)] = "Классика";
alert( styles.shift() );
styles.unshift("Рэп", "Регги");
важность: 5

Каков результат? Почему?

let arr = ["a", "b"];

arr.push(function() {
  alert( this );
})

arr[2](); // ?

Вызов arr[2]() синтаксически – старый добрый obj[method](), в роли objarr, а в роли method2.

Итак, у нас есть вызов функции arr[2] как метода объекта. Соответственно, он получает в качестве this объект arr и выводит массив:

let arr = ["a", "b"];

arr.push(function() {
  alert( this );
})

arr[2](); // "a","b",function

У массива в итоге 3 элемента: сначала их было 2, плюс функция.

важность: 4

Напишите функцию sumInput(), которая:

  • Просит пользователя ввести значения, используя prompt и сохраняет их в массив.
  • Заканчивает запрашивать значения, когда пользователь введёт не числовое значение, пустую строку или нажмёт «Отмена».
  • Подсчитывает и возвращает сумму элементов массива.

P.S. Ноль 0 – считается числом, не останавливайте ввод значений при вводе «0».

Запустить демо

Обратите внимание на малозаметную, но важную деталь решения. Мы не преобразуем value в число сразу после prompt, потому что после value = +value мы не сможем отличить пустую строку (конец записи) от «0» (разрешённое число). Мы сделаем это позже.

function sumInput() {

  let numbers = [];

  while (true) {

    let value = prompt("Введите число", 0);

    // Прекращаем ввод?
    if (value === "" || value === null || !isFinite(value)) break;

    numbers.push(+value);
  }

  let sum = 0;
  for (let number of numbers) {
    sum += number;
  }
  return sum;
}

alert( sumInput() );
важность: 2

На входе массив чисел, например: arr = [1, -2, 3, 4, -9, 6].

Задача: найти непрерывный подмассив в arr, сумма элементов в котором максимальна.

Функция getMaxSubSum(arr) должна возвращать эту сумму.

Например:

getMaxSubSum([-1, 2, 3, -9]) = 5 (сумма выделенных)
getMaxSubSum([2, -1, 2, 3, -9]) = 6
getMaxSubSum([-1, 2, 3, -9, 11]) = 11
getMaxSubSum([-2, -1, 1, 2]) = 3
getMaxSubSum([100, -9, 2, -3, 5]) = 100
getMaxSubSum([1, 2, 3]) = 6 (берём все)

Если все элементы отрицательные – ничего не берём(подмассив пустой) и сумма равна «0»:

getMaxSubSum([-1, -2, -3]) = 0

Попробуйте придумать быстрое решение: O(n2), а лучше за О(n) операций.

Открыть песочницу с тестами для задачи.

Медленное решение

Можно посчитать все возможные подсуммы.

Самый простой путь – посчитать суммы подмассивов, начиная с каждого элемента по очереди.

Например, для [-1, 2, 3, -9, 11]:

// Начиная с -1:
-1
-1 + 2
-1 + 2 + 3
-1 + 2 + 3 + (-9)
-1 + 2 + 3 + (-9) + 11

// Начиная с 2:
2
2 + 3
2 + 3 + (-9)
2 + 3 + (-9) + 11

// Начиная с 3:
3
3 + (-9)
3 + (-9) + 11

// Начиная с -9
-9
-9 + 11

// Начиная с 11
11

Реализуется с помощью вложенного цикла: внешний цикл проходит по элементам массива, а внутренний считает подсумму, начиная с текущего элемента.

function getMaxSubSum(arr) {
  let maxSum = 0; // если элементов не будет - возвращаем 0

  for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
    let sumFixedStart = 0;
    for (let j = i; j < arr.length; j++) {
      sumFixedStart += arr[j];
      maxSum = Math.max(maxSum, sumFixedStart);
    }
  }

  return maxSum;
}

alert( getMaxSubSum([-1, 2, 3, -9]) ); // 5
alert( getMaxSubSum([-1, 2, 3, -9, 11]) ); // 11
alert( getMaxSubSum([-2, -1, 1, 2]) ); // 3
alert( getMaxSubSum([1, 2, 3]) ); // 6
alert( getMaxSubSum([100, -9, 2, -3, 5]) ); // 100

Это решение имеет оценку сложности O(n2). Другими словами, если мы увеличим размер массива в 2 раза, время выполнения алгоритма увеличится в 4 раза.

Для больших массивов(1000, 10000 или больше элементов) такие алгоритмы могут приводить к серьёзным «тормозам».

Быстрое решение

Идём по массиву и накапливаем текущую частичную сумму элементов в переменной s. Если s в какой-то момент становится отрицательной – присваиваем s=0. Максимальный из всех s и будет ответом.

Если объяснение недостаточно понятно, посмотрите на код, он вполне лаконичен:

function getMaxSubSum(arr) {
  let maxSum = 0;
  let partialSum = 0;

  for (let item of arr) { // для каждого элемента массива
    partialSum += item; // добавляем значение элемента к partialSum
    maxSum = Math.max(maxSum, partialSum); // запоминаем максимум на данный момент
    if (partialSum < 0) partialSum = 0; // ноль если отрицательное
  }

  return maxSum;
}

alert( getMaxSubSum([-1, 2, 3, -9]) ); // 5
alert( getMaxSubSum([-1, 2, 3, -9, 11]) ); // 11
alert( getMaxSubSum([-2, -1, 1, 2]) ); // 3
alert( getMaxSubSum([100, -9, 2, -3, 5]) ); // 100
alert( getMaxSubSum([1, 2, 3]) ); // 6
alert( getMaxSubSum([-1, -2, -3]) ); // 0

Этот алгоритм требует ровно 1 проход по массиву и его оценка сложности O(n).

Больше информации об алгоритме тут: Задача поиска максимальной суммы подмассива. Если всё ещё не очевидно как это работает, просмотрите алгоритм в примерах выше, это будет лучше всяких слов.

Открыть решение с тестами в песочнице.

Карта учебника

Комментарии

перед тем как писать…
  • Если вам кажется, что в статье что-то не так - вместо комментария напишите на GitHub.
  • Для одной строки кода используйте тег <code>, для нескольких строк кода — тег <pre>, если больше 10 строк — ссылку на песочницу (plnkr, JSBin, codepen…)
  • Если что-то непонятно в статье — пишите, что именно и с какого места.