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Java 数据结构深入理解ArrayList与顺序表

作者:Scintillator. /

ArrayList 类是一个可以动态修改的数组,与普通数组的区别就是它是没有固定大小的限制,我们可以添加或删除元素。ArrayList 继承了 AbstractList ,并实现了 List 接口,顺序表是将元素顺序地存放在一块连续的存储区里,元素间的顺序关系由它们的存储顺序自然表示

一、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:

在这里插入图片描述

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。

二、ArrayList的使用

1、ArrayList的构造

方法使用
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) {
        // 无参构造
        List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
        // 给定初始容量
        List<Integer> list2 = new ArrayList<>(10);
        // 使用另外一个 ArrayList对其初始化
        List<Integer> list3 = new ArrayList<>(list2);
        
		list1.add(1);
        list1.add(2);
        list1.add(3);
        // 其父类 AbstractCollection重写了 toString方法
        System.out.println(list1);// 输出 [1, 2, 3]

    }

2、ArrayList的遍历

1、遍历顺序表

2、for - each(实现了Iterable接口)

3、迭代器(实现了Iterable接口)

在这里插入图片描述

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

  // 迭代器打印
  // 获取迭代器对象
  Iterator<String> iterator = list.iterator();
  while (iterator.hasNext()) {
      // 获取下一个对象
      String next =  iterator.next();
      // 打印
      System.out.print(next);
  }
  // listIterator ---- 实现了 Iterator 接口
  ListIterator<String> iterator2 = list.listIterator();
   while (iterator2.hasNext()) {
       String next =  iterator2.next();
       System.out.print(next);
   }

这里的 listIterator 实现了 Iterator 接口,从方法上,listIterator 有更多的功能(方法),例如在遍历的时候,进行添加元素 add()。

ListIterator<String> iterator2 = list.listIterator();
while (iterator2.hasNext()) {
    String next =  iterator2.next();
    if (next.equals("hello")) {
        iterator2.add("三团");// 在 hello 的后面添加 三团
    }else{
        System.out.print(next + " ");
    }
}
System.out.println(list);// [hello, 三团, bit, world]

3、ArrayList的常见操作(方法)

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)将集合 c 中的元素 尾插到该集合中
E remove(int index)删除 index 位置元素并返回
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()清空顺序表
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< 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 下标插入 "你好 "
	list.addAll(listAdd);// 将集合 listAdd 中的元素尾插到该集合中
	
	String s = list.remove(0);// 删除 index 位置元素并返回
	boolean s2 = list.remove("hello");// 删除遇到的第一个 hello,没找到则返回 false
	
	list.set(0,"we");
	
	list.indexOf("we");//返回第一个 "we" 所在下标
	list.lastIndexOf("we");// 返回最后一个 "we" 的下标
	
	System.out.println(list);
	// 截取子串 -- 左闭右开区间
	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: 这里的 subList方法,并不是真正的返回一个截取部分的新地址,而是将原地址的截取部分返回,所以当修改原来的线性表中的元素时,子串中的内容也会发生改变。

在这里插入图片描述

4、ArrayList的扩容机制

1、当调用无参构造时,即List< String > list = new ArrayList<>(),底层还没有分配真正的内存(初始化是一个空数组),初始容量为 0。当第一次添加元素(调用 add 方法) 时,整个顺序表的容量被扩充为10,放满后,以 1.5 倍扩容。

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

2、当调用带容量的构造方法时,例如 List< String > list = new ArrayList<>(16),顺序表初始容量就为16,放满后以 1.5 倍扩容。

在这里插入图片描述

结论

如果调用无参构造方法,顺序表初始大小为0,当第一次放入元素时,整个顺序表容量变为10,当放满10个元素,进行1.5倍扩容。

如果调用给定容量的构造方法,初始大小就是给定的容量,当放满了,就进行1.5倍扩容。

三、模拟实现一个顺序表(Object[])

public class MyArrayList<E> {

    private Object[] elementData;// 数组
    private int usedSize;// 代表有效的数据个数
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    public MyArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
    public MyArrayList(int capacity) {
        // 判断参数的合法性
        if (capacity >= 0) {
            this.elementData = new Object[capacity];
        }else {
            throw new RuntimeException("初始化的容量不能为负数!");
        }
    }

    /**
     * 添加元素
     * @param e 要添加的元素
     */
    public boolean add(E e) {
        // 确定一个真正的容量,预测 -> 如需扩容则扩容
        ensureCapacityInternal(usedSize + 1);
        // 扩容完毕,放数据
        elementData[usedSize++] = e;
        return true;
    }

    /**
     * 给 index位置添加元素
     * @param index
     * @param e
     */
    public boolean add(int index, E e) {
        // 检查 index 是否合法
        rangeCheckForAdd(index);
        // 确定一个真正的容量 -> 如需扩容则扩容
        ensureExplicitCapacity(usedSize + 1);
        // 移动 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) {
        // 计算出需要的容量
        int capacity = calculateCapacity(elementData, minCapacity);
        // 根据计算出的容量,看是否需要扩容或者分配内存
        ensureExplicitCapacity(capacity);
    }

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        // 如果需要的容量大于数组容量,就扩容
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            // 扩容
            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)
            // 说明你要的容量非常大,就分配更大的内存
            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) {
        // 确定之前数组是否分配过内存,没有的话返回一个初始化的容量 10
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(10, minCapacity);
        }
        // 分配后,返回 +1 后的值,即实际所需要的容量
        return minCapacity;
    }
}

到此这篇关于Java 数据结构深入理解ArrayList与顺序表的文章就介绍到这了,更多相关Java ArrayList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!

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