Java 数据结构深入理解ArrayList与顺序表
作者:Scintillator. /
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:
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)
// 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。
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。
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。
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; } }
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