Java 动态数组的实现示例
作者：Pizzerias
Java动态数组是一种可以任意伸缩数组长度的对象，本文主要介绍了Java 动态数组的实现示例，文中通过示例代码介绍的非常详细，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们可以参考一下
静态数组
Java中最基本的数组大家肯定不会陌生：
int[] array = new int[6];
for (int i = 0; i < array.length; i++){
array[i] = 2 * i + 1;
}
通过循环把元素放入指定的位置中，类似于这样：
这是一个静态数组，因为我们在第一步初始化的时候就已经固定了它的长度，后面再也无法改变。所以，由于有这个限制，静态数组不适用于那些不确定储存多少数据的场景。
但是如果数组满了，能否再新建一个更长一些的数组，把原数组这些元素再转移到新数组中呢？这样一来，数组就可以继续使用了。按照这个思路，我们就可以创建基于静态数组的动态数组。
动态数组的实现原理
“动态”主要体现在以下几方面：
1.添加元素
不局限于只在数组末尾添加，而是能够随意选择索引位置(只要不超过数组长度)。例如在索引为1处添加元素4：
从图中可以看出，需要将index处及右侧的元素依次向右移动一个单位（从末位元素开始），最后用新增元素覆盖index处元素。
2.删除元素
同添加元素，也可根据索引进行选择。例如删除索引为0处的元素3：
删除元素移动元素的方向与添加元素正好相反，从index处开始，直接使用后一位元素覆盖前一位元素，最后将末位元素置为null。
3.数组扩容
数组一旦装满元素，可触发数组扩容，即新建一个更长的数组，将原数组元素转移到新数组中，并将引用指向新数组，完成数组的变更；
4.数组缩减
如果数组元素相对总容量来说过少(例如数组元素个数小于数组容量的1/4)，便可触发数组缩减，即新建一个更短的数组，并转移元素至新数组。
代码实现
以下通过新建一个 Array 类，依次实现这几个重要功能：
public class Array<E> {
private E[] data; // 使用静态数组存放数组元素
private int size; // 记录数组元素数量
public Array(int capacity) {
this.data = (E[]) new Object[capacity];
this.size = 0;
}
public Array() {
this(10); // 默认capacity为10
}
// 数组扩容/缩减
public void resize(int newCapacity) {
// 新数组长度必须大于0
if (newCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("capacity must > 0!");
// 创建新数组
E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity];
// 将原数组元素放入新数组中
for (int i = 0; i < size; i++) {
newData[i] = data[i];
}
// 将引用指向新数组
data = newData;
}
/**
* 在指定位置添加元素
* 指定位置处的元素需要向右侧移动一个单位
* @param index 索引
* @param element 要添加的元素
*/
public void add(int index, E element) {
if (index < 0 || index > size) throw new IllegalArgumentException("Illegal index, index must > 0 and <= size!");
// 数组满员触发扩容
if (size == data.length) {
resize(2 * data.length); // 扩容为原数组的2倍
}
// 从尾部开始，向右移动元素，直到index
for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
data[i + 1] = data[i];
}
// 添加元素
data[index] = element;
size++;
}
// 数组头部添加元素
public void addFirst(E element) {
add(0, element);
}
// 数组尾部添加元素
public void addLast(E element) {
add(size, element);
}
/**
* 删除指定位置元素
* 通过向左移动一位，覆盖指定位置处的元素，实现删除元素(data[size - 1] = null)
* @param index 索引
*/
public E remove(int index) {
if (index < 0 || index > size) throw new IllegalArgumentException("Illegal index, index must > 0 and < size!");
// 数组长度为0时抛出异常
if (size == 0) throw new IllegalArgumentException("Empty array!");
E removedElement = data[index];
// 向左移动元素
for (int i = index; i < size - 1; i++) {
data[i] = data[i + 1];
}
// 将尾部空闲出的位置置为空，释放资源
data[size - 1] = null;
size--;
// size过小触发数组缩减
if (size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0) resize(data.length / 2);
return removedElement;
}
// 删除头部元素
public E removeFirst() {
return remove(0);
}
// 删除尾部元素
public E removeLast() {
return remove(size - 1);
}
// 重写Override方法，自定义数组显示格式
@Override
public String toString() {
StringBuilder str = new StringBuilder();
// 显示数组的整体情况(长度、总容量)
str.append(String.format("Array: size = %d, capacity = %d\n[", size, data.length));
// 循环添加数组元素至str
for (int i = 0; i < size; i++) {
str.append(data[i]);
if (i < size - 1) str.append(", ");
}
str.append("]");
return str.toString();
}
}
接下来我们测试一下这个数组的使用情况：
public static void main(String[] args) {
// 添加10个元素
Array<Integer> arr = new Array<>();
for (int i = 0; i < 10; i++)
arr.add(i, i);
// 查看数组当前状态
System.out.println(arr);
// 继续添加元素，观察是否扩容
arr.add(arr.size, 7);
System.out.println(arr);
// 再删除6个元素，观察是否缩减
for (int i = 0; i < 6; i++) {
System.out.println("元素" + arr.removeFirst() + "已被删除！");
}
System.out.println(arr);
}
/*
输出结果：
Array: size = 10, capacity = 10
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
Array: size = 11, capacity = 20
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 7]
元素0已被删除！
元素1已被删除！
元素2已被删除！
元素3已被删除！
元素4已被删除！
元素5已被删除！
Array: size = 5, capacity = 10
[6, 7, 8, 9, 7]
*/
可以看到，当数组满员后，继续添加元素可以成功触发数组扩容；而当数组元素过少时，也会触发缩减。
再实现几个常用方法来完善我们的动态数组类：
// 获取数组长度
public int getSize() {
return size;
}
// 获取数组总容量
public int getCapacity() {
return data.length;
}
// 判断数组是否为空
public boolean isEmpty() {
return getSize() == 0;
}
// 查找指定元素在数组中的位置
public int search(E element) {
for (int i = 0; i < getSize(); i++) {
if (data[i].equals(element)) {
return i;
}
}
// -1表示未找到
return -1;
}
// 判断指定元素是否在数组中
public boolean contains(E element) {
return search(element) != -1;
}
// 按照索引查找元素值
public E get(int index) {
if (index < 0 || index > size) throw new IllegalArgumentException("Illegal index, index must > 0 and < size!");
return data[index];
}
// 查找头部元素
public E getFirst() {
return get(0);
}
// 查找尾部元素
public E getLast() {
return get(getSize() - 1);
}
// 设置指定位置的元素值
public void set(int index, E element) {
if (index < 0 || index > size) throw new IllegalArgumentException("Illegal index, index must > 0 and < size!");
data[index] = element;
}
/**
* 按照元素值删除
* 只删除数组中第一个元素值与指定值相等的元素
* @param element 指定元素值
*/
public boolean removeElement(E element) {
int index = search(element);
if (index != -1) {
remove(index);
return true;
}
return false;
}
/**
* 按照元素值删除
* 删除数组中所有值与指定值相等的元素
*
* @param element 指定元素值
*/
public boolean removeElementAll(E element) {
boolean isRemoved = false;
int i = getSize() - 1;
while (i >= 0) {
if (data[i].equals(element)) {
remove(i);
isRemoved = true;
}
i--;
}
return isRemoved;
}
从外部调用者的角度，无法觉察到其中的数组变更操作，感觉就是一个动态数组，但是由于扩容和缩减操作均需要新建数组，并且遍历原数组，会导致过多的开销，所以从性能上来说，并不是好的解决方案。后面我们将学习更加高效的数据结构。
到此这篇关于Java 动态数组的实现示例的文章就介绍到这了,更多相关Java 动态数组内容请搜索脚本之家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脚本之家！