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第五章 ArrayList与顺序表

5月前 作者：翟喜洋 分类：Toy博客 阅读(23) 违法举报

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了第五章 ArrayList与顺序表。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1. 线性表

线性表（linear list）是n个具有相同特性的数据元素的有限序列。 线性表是一种在实际中广泛使用的数据结
构，常见的线性表：顺序表、链表、栈、队列…
线性表在逻辑上是线性结构，也就说是连续的一条直线。但是在物理结构上并不一定是连续的，线性表在物
理上存储时，通常以数组和链式结构的形式存储。
image.png

2. 顺序表

顺序表是用一段物理地址连续的存储单元依次存储数据元素的线性结构，一般情况下采用数组存储。在数组上完成数据的增删查改。

2.1 接口的实现

import java.util.Arrays;

public class MyArrayList {

    private int[] elem;
    private int usedSize;

    private static final int initCapacity = 2;

    public MyArrayList() {
        // 指定容量
        this.elem = new int[initCapacity];
    }

    public MyArrayList(int initCapacity) {
        // 指定容量
        this.elem = new int[initCapacity];
    }

    // 打印顺序表，注意：该方法并不是顺序表中的方法，为了方便看测试结果给出的
    public void display() {

        for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
            System.out.print(this.elem[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }

    // 判断顺序表是否满了
    public boolean isFull() {

        return this.usedSize == this.elem.length;
    }

    // 新增元素,默认在顺序表最后新增
    public void add(int data) {
        // 如果满了，需要扩容
        if (isFull()) {
            this.elem = Arrays.copyOf(this.elem,
                    2 * this.elem.length);
        }
        this.elem[this.usedSize] = data;
        this.usedSize++;
    }

    // 在 pos 位置新增元素
    public void add(int pos, int data) {
        // 判断pos位置是否正确
        if (pos < 0 || pos > this.usedSize) {
            throw new RuntimeException("pos: " + pos + "位置错误！");
//            System.out.println("pos位置错误！");
//            return;
        }

        // 如果满了，需要扩容
        if (isFull()) {
            this.elem = Arrays.copyOf(this.elem,
                    2 * this.elem.length);
        }

        for (int i = this.usedSize - 1; i >= pos; i--) {
            this.elem[i + 1] = this.elem[i];
        }
        this.elem[pos] = data;
        this.usedSize++;
    }

    // 判定是否包含某个元素
    public boolean contains(int toFind) {

        for (int i = 0; i < usedSize; i++) {
            if (this.elem[i] == toFind) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    // 查找某个元素对应的位置
    public int indexOf(int toFind) {

        for (int i = 0; i < usedSize; i++) {
            if (this.elem[i] == toFind) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    // 获取 pos 位置的元素
    public int get(int pos) {

        checkPos(pos);
        return this.elem[pos];
    }

    // 给 pos 位置的元素设为 value
    public void set(int pos, int value) {

        checkPos(pos);
        this.elem[pos] = value;
    }

    private void checkPos(int pos) {

        if (pos < 0 || pos >= this.usedSize) {
            throw new RuntimeException(pos + "位置错误！");
        }
    }

    //删除第一次出现的关键字key
    public void remove(int toRemove) {

        int index = indexOf(toRemove);
        if (index == -1) {
            System.out.println(toRemove + "不存在！");
            return;
        }
        for (int i = index; i < this.usedSize - 1; i++) {
            this.elem[i] = this.elem[i + 1];
        }
        this.usedSize--;
    }

    // 获取顺序表长度
    public int size() {

        return this.usedSize;
    }

    // 清空顺序表
    public void clear() {

        this.usedSize = 0;
    }
}

public class PosOutOfBoundsException extends RuntimeException {

    public PosOutOfBoundsException() {

    }

    public PosOutOfBoundsException(String message) {

        super(message);
    }
}

3. ArrayList简介

在集合框架中，ArrayList是一个普通的类，实现了List接口，具体框架图如下：
image.png
【说明】

  1. ArrayList是以泛型方式实现的，使用时必须要先实例化；
  2. ArrayList实现了RandomAccess接口，表明ArrayList支持随机访问；
  3. ArrayList实现了Cloneable接口，表明ArrayList是可以clone的；
  4. ArrayList实现了Serializable接口，表明ArrayList是支持序列化的；
  5. 和Vector不同，ArrayList不是线程安全的，在单线程下可以使用；在多线程中可以选择Vector或者CopyOnWriteArrayList；
  6. ArrayList底层是一段连续的空间，并且可以动态扩容，是一个动态类型的顺序表。

4. ArrayList使用

4.1 ArrayList的构造

**方法 ** 解释
ArrayList() 无参构造
ArrayList(Collection<? extends E> c) 利用其他 Collection 构建 ArrayList
ArrayList(int initialCapacity) 指定顺序表初始容量 
public static void main(String[] args) {
    // ArrayList创建
    // 构造一个空的列表
    ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
    List<Integer> list1 = new ArrayList<>();    // 推荐写法

    // 构造一个具有10个容量的列表
    List<Integer> list2 = new ArrayList<>(10);
    list2.add(1);
    list2.add(2);
    list2.add(3);
    // list2.add("hello"); // 编译失败，List<Integer>已经限定了，list2中只能存储整形元素
    
    // list3构造好之后，与list中的元素一致
    ArrayList<Integer> list3 = new ArrayList<>(list2);
    
    // 避免省略类型，否则：任意类型的元素都可以存放，使用时将是一场灾难
    List list4 = new ArrayList();
    list4.add("111");
    list4.add(100);
}

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();

    list.add(1);
    list.add(2);
    list.add(3);
    list.add(4);
    list.remove(2);     // 删除下标为2
    list.remove(new Integer(2));    // 删除元素为2

    System.out.println(list);   // [1, 4]
}

4.2 ArrayList常见操作

ArrayList虽然提供的方法比较多，但是常用方法如下所示，需要用到其他方法时，同学们自行查看ArrayList的帮助文档。

**方法 ** 解释
boolean add(E e) 尾插 e
void add(int index, E element) 将 e 插入到 index 位置
boolean addAll(Collection<? extends E> c) 尾插 c 中的元素
E remove(int index) 删除 index 位置元素
boolean remove(Object o) 删除遇到的第一个 o
E get(int index) 获取下标 index 位置元素
E set(int index, E element) 将下标 index 位置元素设置为 element
void clear() 清空
boolean contains(Object o) 判断 o 是否在线性表中
int indexOf(Object o) 返回第一个 o 所在下标
int lastIndexOf(Object o) 返回最后一个 o 的下标
List subList(int fromIndex, int toIndex) 截取部分 list 
public static void main(String[] args) {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("JavaSE");
    list.add("JavaWeb");
    list.add("JavaEE");
    list.add("JVM");
    list.add("测试课程");
    System.out.println(list);   // [JavaSE, JavaWeb, JavaEE, JVM, 测试课程]

    // 获取list中有效元素个数
    System.out.println(list.size());    // 5

    // 获取和设置index位置上的元素，注意index必须介于[0, size)间
    System.out.println(list.get(1));    // JavaWeb
    list.set(1, "JavaWEB");
    System.out.println(list.get(1));    // JavaWEB

    // 在list的index位置插入指定元素，index及后续的元素统一往后搬移一个位置
    list.add(1, "Java数据结构");
    System.out.println(list);   // [JavaSE, Java数据结构, JavaWEB, JavaEE, JVM, 测试课程]

    // 删除指定元素，找到了就删除，该元素之后的元素统一往前搬移一个位置
    list.remove("JVM");
    System.out.println(list);   // [JavaSE, Java数据结构, JavaWEB, JavaEE, 测试课程]

    // 删除list中index位置上的元素，注意index不要超过list中有效元素个数,否则会抛出下标越界异常
    list.remove(list.size()-1);
    System.out.println(list);   // [JavaSE, Java数据结构, JavaWEB, JavaEE]

    // 检测list中是否包含指定元素，包含返回true，否则返回false
    if(list.contains("测试课程")){
        list.add("测试课程");
    }

    // 查找指定元素第一次出现的位置：indexOf从前往后找，lastIndexOf从后往前找
    list.add("JavaSE");
    System.out.println(list);   // [JavaSE, Java数据结构, JavaWEB, JavaEE, JavaSE]
    System.out.println(list.indexOf("JavaSE")); // 0
    System.out.println(list.lastIndexOf("JavaSE")); // 4

    // 使用list中[0, 2)之间的元素构成一个新的SubList返回,但是和ArrayList共用一个elementData数组
    List<String> ret = list.subList(0, 4);
    System.out.println(ret);    // [JavaSE, Java数据结构, JavaWEB, JavaEE]

    ret.set(1, "java data structure");
    System.out.println(ret);    // [JavaSE, java data structure, JavaWEB, JavaEE]

    list.clear();
    System.out.println(list.size());    // 0
}

【注意】：
使用subList， list1和list2指向同一个数组

public static void main(String[] args) {

    List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
    list1.add(1);
    list1.add(2);
    list1.add(3);
    list1.add(4);
    list1.add(5);

    List<Integer> list2 = list1.subList(1, 3);  // [0,3)
    System.out.println(list2);  // [2, 3]
    list2.set(0, 99);
    System.out.println(list2);  // [99, 3]

    System.out.println(list1);  // [1, 99, 3, 4, 5]
}

image.png

4.3 ArrayList的遍历

ArrayList 可以使用三方方式遍历：for循环+下标、foreach、使用迭代器：

public static void main(String[] args) {

    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    list.add(1);
    list.add(2);
    list.add(3);
    list.add(4);
    list.add(5);
    // 1. 使用下标+for遍历
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        System.out.print(list.get(i) + " ");
    }
    System.out.println();
    
    // 2. 借助foreach遍历
    for (Integer integer : list) {
        System.out.print(integer + " ");
    }
    System.out.println();
    
    // 3. 使用迭代器遍历
    Iterator<Integer> it = list.listIterator();
    while (it.hasNext()) {
        System.out.print(it.next() + " ");
    }
    System.out.println();
}

注意：

  1. ArrayList最常使用的遍历方式是：for循环+下标 以及 foreach；
  2. 迭代器是设计模式的一种。

4.4 ArrayList的扩容机制

下面代码有缺陷吗？为什么？

public static void main(String[] args) {
	List<Integer> list = new ArrayList<>();
    
	for (int i = 0; i < 100; i++) {
		list.add(i);
	}
}

ArrayList是一个动态类型的顺序表，即：在插入元素的过程中会自动扩容。以下是ArrayList源码中扩容方式：

Object[] elementData; // 存放元素的空间
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // 默认空间
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; // 默认容量大小

public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

private void grow(int minCapacity) {    
	// 获取旧空间大小
    int oldCapacity = elementData.length;

    // 预计按照1.5倍方式扩容
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

    // 如果用户需要扩容大小 超过 原空间1.5倍，按照用户所需大小扩容
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;

    // 如果需要扩容大小超过MAX_ARRAY_SIZE，重新计算容量大小
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

    // 调用copyOf扩容
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
	// 如果minCapacity小于0，抛出OutOfMemoryError异常
	if (minCapacity < 0)
    	throw new OutOfMemoryError();

	return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;
}

image.png
【总结】：文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-462363.html

  1. 检测是否真正需要扩容，如果是调用grow准备扩容；
  2. 预估需要库容的大小；
    • 初步预估按照1.5倍大小扩容；
    • 如果用户所需大小超过预估1.5倍大小，则按照用户所需大小扩容；
    • 真正扩容之前检测是否能扩容成功，防止太大导致扩容失败；
  3. 使用copyOf进行扩容。
  4. 当调用不带参数的构造方法时，默认在第一次add时分配大小为10的内存。

到了这里，关于第五章 ArrayList与顺序表的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！

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