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Java?數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)深入理解ArrayList與順序表

 更新時(shí)間:2022年04月02日 15:44:39   作者:Scintillator.?/  
ArrayList?類是一個(gè)可以動(dòng)態(tài)修改的數(shù)組,與普通數(shù)組的區(qū)別就是它是沒有固定大小的限制,我們可以添加或刪除元素。ArrayList?繼承了?AbstractList?,并實(shí)現(xiàn)了?List?接口,順序表是將元素順序地存放在一塊連續(xù)的存儲(chǔ)區(qū)里,元素間的順序關(guān)系由它們的存儲(chǔ)順序自然表示

一、ArrayList簡介

在集合框架中,ArrayList是一個(gè)普通的類,實(shí)現(xiàn)了List接口,具體框架圖如下:

在這里插入圖片描述

ArrayList底層是一段連續(xù)的空間,并且可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)容,是一個(gè)動(dòng)態(tài)類型的順序表。

二、ArrayList的使用

1、ArrayList的構(gòu)造

方法使用
ArrayList()無參構(gòu)造
ArrayList(Collection<? extends E> c)利用其他 Collection 構(gòu)建 ArrayList
ArrayList(int initialCapacity)指定順序表初始容量
public static void main(String[] args) {
        // 無參構(gòu)造
        List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
        // 給定初始容量
        List<Integer> list2 = new ArrayList<>(10);
        // 使用另外一個(gè) ArrayList對(duì)其初始化
        List<Integer> list3 = new ArrayList<>(list2);
        
		list1.add(1);
        list1.add(2);
        list1.add(3);
        // 其父類 AbstractCollection重寫了 toString方法
        System.out.println(list1);// 輸出 [1, 2, 3]

    }

2、ArrayList的遍歷

1、遍歷順序表

2、for - each(實(shí)現(xiàn)了Iterable接口)

3、迭代器(實(shí)現(xiàn)了Iterable接口)

在這里插入圖片描述

// 遍歷順序表
  for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
      System.out.print(list.get(i));
  }
  // for - each 遍歷
  for (String s : list) {
      System.out.print(s);
  }

  // 迭代器打印
  // 獲取迭代器對(duì)象
  Iterator<String> iterator = list.iterator();
  while (iterator.hasNext()) {
      // 獲取下一個(gè)對(duì)象
      String next =  iterator.next();
      // 打印
      System.out.print(next);
  }
  // listIterator ---- 實(shí)現(xiàn)了 Iterator 接口
  ListIterator<String> iterator2 = list.listIterator();
   while (iterator2.hasNext()) {
       String next =  iterator2.next();
       System.out.print(next);
   }

這里的 listIterator 實(shí)現(xiàn)了 Iterator 接口,從方法上,listIterator 有更多的功能(方法),例如在遍歷的時(shí)候,進(jìn)行添加元素 add()。

ListIterator<String> iterator2 = list.listIterator();
while (iterator2.hasNext()) {
    String next =  iterator2.next();
    if (next.equals("hello")) {
        iterator2.add("三團(tuán)");// 在 hello 的后面添加 三團(tuán)
    }else{
        System.out.print(next + " ");
    }
}
System.out.println(list);// [hello, 三團(tuán), bit, world]

3、ArrayList的常見操作(方法)

方法解釋
boolean add(E e)尾插 e
void add(int index, E element)將 e 插入到 index 位置
boolean addAll(Collection<? extends E> c)將集合 c 中的元素 尾插到該集合中
E remove(int index)刪除 index 位置元素并返回
boolean remove(Object o)刪除遇到的第一個(gè) o
E get(int index)獲取下標(biāo) index 位置元素
E set(int index, E element)將下標(biāo) index 位置元素設(shè)置為 element
void clear()清空順序表
boolean contains(Object o)判斷 o 是否在線性表中
int indexOf(Object o)返回第一個(gè) o 所在下標(biāo)
int lastIndexOf(Object o)返回最后一個(gè) o 的下標(biāo)
List< E > subList(int fromIndex, int toIndex)截取部分 list
	List<String> list = new ArrayList<>();
	List<String> listAdd = new ArrayList<>();
	listAdd.add("hello");
	listAdd.add("world");
	listAdd.add("你好~");
	
	list.add("哈哈");// 尾插元素
	list.add(0,"你好"); // 0 下標(biāo)插入 "你好 "
	list.addAll(listAdd);// 將集合 listAdd 中的元素尾插到該集合中
	
	String s = list.remove(0);// 刪除 index 位置元素并返回
	boolean s2 = list.remove("hello");// 刪除遇到的第一個(gè) hello,沒找到則返回 false
	
	list.set(0,"we");
	
	list.indexOf("we");//返回第一個(gè) "we" 所在下標(biāo)
	list.lastIndexOf("we");// 返回最后一個(gè) "we" 的下標(biāo)
	
	System.out.println(list);
	// 截取子串 -- 左閉右開區(qū)間
	List<String> sub = list.subList(1, 3);
	System.out.println(sub);
	list.set(2,"修改后的list");
	System.out.println(sub);

注意: 這里的 subList方法,并不是真正的返回一個(gè)截取部分的新地址,而是將原地址的截取部分返回,所以當(dāng)修改原來的線性表中的元素時(shí),子串中的內(nèi)容也會(huì)發(fā)生改變。

在這里插入圖片描述

4、ArrayList的擴(kuò)容機(jī)制

1、當(dāng)調(diào)用無參構(gòu)造時(shí),即List< String > list = new ArrayList<>(),底層還沒有分配真正的內(nèi)存(初始化是一個(gè)空數(shù)組),初始容量為 0。當(dāng)?shù)谝淮翁砑釉兀ㄕ{(diào)用 add 方法) 時(shí),整個(gè)順序表的容量被擴(kuò)充為10,放滿后,以 1.5 倍擴(kuò)容。

在這里插入圖片描述

在這里插入圖片描述

2、當(dāng)調(diào)用帶容量的構(gòu)造方法時(shí),例如 List< String > list = new ArrayList<>(16),順序表初始容量就為16,放滿后以 1.5 倍擴(kuò)容。

在這里插入圖片描述

結(jié)論

如果調(diào)用無參構(gòu)造方法,順序表初始大小為0,當(dāng)?shù)谝淮畏湃朐貢r(shí),整個(gè)順序表容量變?yōu)?0,當(dāng)放滿10個(gè)元素,進(jìn)行1.5倍擴(kuò)容。

如果調(diào)用給定容量的構(gòu)造方法,初始大小就是給定的容量,當(dāng)放滿了,就進(jìn)行1.5倍擴(kuò)容。

三、模擬實(shí)現(xiàn)一個(gè)順序表(Object[])

public class MyArrayList<E> {

    private Object[] elementData;// 數(shù)組
    private int usedSize;// 代表有效的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    public MyArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
    public MyArrayList(int capacity) {
        // 判斷參數(shù)的合法性
        if (capacity >= 0) {
            this.elementData = new Object[capacity];
        }else {
            throw new RuntimeException("初始化的容量不能為負(fù)數(shù)!");
        }
    }

    /**
     * 添加元素
     * @param e 要添加的元素
     */
    public boolean add(E e) {
        // 確定一個(gè)真正的容量,預(yù)測(cè) -> 如需擴(kuò)容則擴(kuò)容
        ensureCapacityInternal(usedSize + 1);
        // 擴(kuò)容完畢,放數(shù)據(jù)
        elementData[usedSize++] = e;
        return true;
    }

    /**
     * 給 index位置添加元素
     * @param index
     * @param e
     */
    public boolean add(int index, E e) {
        // 檢查 index 是否合法
        rangeCheckForAdd(index);
        // 確定一個(gè)真正的容量 -> 如需擴(kuò)容則擴(kuò)容
        ensureExplicitCapacity(usedSize + 1);
        // 移動(dòng) index后面的元素,并在 index位置插入元素
        copy(index,e);
        usedSize++;
        return true;
    }
    private void copy(int index, E e){
        for (int i = usedSize; i > index; i--) {
            elementData[i] = elementData[i - 1];
        }
        elementData[index] = e;
    }
    private void rangeCheckForAdd(int index) {
        if (index > usedSize || index < 0)
            throw new IndexOutOfBoundsException("index位置不合法!");
    }



    public void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        // 計(jì)算出需要的容量
        int capacity = calculateCapacity(elementData, minCapacity);
        // 根據(jù)計(jì)算出的容量,看是否需要擴(kuò)容或者分配內(nèi)存
        ensureExplicitCapacity(capacity);
    }

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        // 如果需要的容量大于數(shù)組容量,就擴(kuò)容
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            // 擴(kuò)容
            grow(minCapacity);
    }

    private static final int MAX_ARRAY_SIZE  = Integer.MAX_VALUE - 8;
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            // 說明你要的容量非常大,就分配更大的內(nèi)存
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);;
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
                Integer.MAX_VALUE :
                MAX_ARRAY_SIZE;
    }

    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        // 確定之前數(shù)組是否分配過內(nèi)存,沒有的話返回一個(gè)初始化的容量 10
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(10, minCapacity);
        }
        // 分配后,返回 +1 后的值,即實(shí)際所需要的容量
        return minCapacity;
    }
}

到此這篇關(guān)于Java 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)深入理解ArrayList與順序表的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java ArrayList內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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