ArrayList与顺序表

[一、顺序表](#一、顺序表)

[3.1 ArrayList的构造](#3.1 ArrayList的构造)

[3.2 ArrayList常见操作](#3.2 ArrayList常见操作)

[3.3 ArrayList的遍历](#3.3 ArrayList的遍历)

[3.4 ArrayList的扩容机制](#3.4 ArrayList的扩容机制)

线性表 ：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。

一、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。

下面是对顺序表的一些相关操作的实现：

创建接口：

java 复制代码

package myList;

public interface IList {
    // 新增元素,默认在数组最后新增
    public void add(int data);
    // 在 pos 位置新增元素
    public void add(int pos, int data);
    // 判定是否包含某个元素
    public boolean contains(int toFind);
    // 查找某个元素对应的位置
    public int indexOf(int toFind);
    // 获取 pos 位置的元素
    public int get(int pos);
    // 给 pos 位置的元素设为 value
    public void set(int pos, int value);
    //删除第一次出现的关键字key
    public void remove(int toRemove);
    // 获取顺序表长度
    public int size();
    // 清空顺序表
    public void clear();
    // 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();

    Boolean isFull();
}

实现接口：

java 复制代码

package myList;

import java.lang.reflect.Array;
import java.util.Arrays;

public class MyArrayList implements IList{
    public int[] elem;
    public int usedSize;
    //顺序表的默认大小
    public static final int DEFAULT_SIZE = 10;
    public MyArrayList() {
        this.elem = new int[DEFAULT_SIZE];
    }
    public MyArrayList(int capacity) {
        this.elem = new int[capacity];
    }

    //遍历顺序表中的元素
    @Override
    public void display() {
        for (int i = 0 ;i < usedSize ;i++) {
            System.out.print(this.elem[i]+" ");;
        }
        System.out.println();
    }
    @Override
    public void add(int data) {
        /*if(isFull()) {
            //扩容
            elem= Arrays.copyOf(elem,elem.length*2);
        }*/
        checkCapacity();
        this.elem[usedSize] = data;
        this.usedSize++;
    }

    @Override
    public Boolean isFull() {
        return usedSize==elem.length;
    }

    @Override
    public void add(int pos, int data) {
        /*if(isFull()) {
            //扩容
            elem= Arrays.copyOf(elem,elem.length*2);
        }*/
        try {
            checkPos(pos);
        }catch (PosIllegality e) {
            e.printStackTrace();
            return;
        }
        checkCapacity();
        //1、从最后一个有效元素开始往后移动
        //2、当i<pos结束
        for (int i = usedSize-1;i>=pos;i--) {
            elem[i+1]=elem[i];
        }
        //3、存放元素到pos位置
        elem[pos]=data;
        //4、usedSize++
        usedSize++;
    }
    private void checkCapacity() {
        if(isFull()) {
            //扩容
            elem= Arrays.copyOf(elem,elem.length*2);
        }
    }
    //检查pos的合法性
    private void checkPos(int pos) throws PosIllegality{
        if(pos<0||pos>usedSize) {
            System.out.println("不合法");

            //抛出异常
            throw new PosIllegality("插入元素下标异常："+pos);
        }
    }
    @Override
    public boolean contains(int toFind) {
        if (isEmpty()) {
            return false;
        }
        for (int i = 0;i<usedSize;i++) {
            if(elem[i] == toFind) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
    public boolean isEmpty() {
        return usedSize == 0;
    }
    @Override
    public int indexOf(int toFind) {
        if (isEmpty()) {
            return -1;
        }
        for (int i = 0;i<usedSize;i++) {
            if(elem[i] == toFind) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    @Override
    public int get(int pos) throws MyArrayListEmpty{
        checkPosGetAndSet(pos);
        if (isFull()) {
            throw new MyArrayListEmpty("获取指定下标元素时，顺序表为空");
        }
        return elem[pos];
    }
    private void checkPosGetAndSet(int pos) throws PosIllegality{
        if(pos<0||pos>=usedSize) {
            System.out.println("不合法");

            //抛出异常
            throw new PosIllegality("获取指定位置元素异常："+pos);
        }
    }
    @Override
    public void set(int pos, int value) {
        checkPosGetAndSet(pos);
        elem[pos]=value;
    }

    @Override
    public void remove(int toRemove) {
        int index = indexOf(toRemove);
        if (index == -1) {
            System.out.println("没有这个数字");
        }
        for (int i = index;i<usedSize-1;i++) {
            elem[i] = elem[i+1];
        }
        usedSize--;
    }

    @Override
    public int size() {
        return this.usedSize;
    }

    @Override
    public void clear() {
        this.usedSize=0;
    }


}

下面是MyArrayListEmpty自定义异常：

java 复制代码

public class MyArrayListEmpty extends RuntimeException{

    public MyArrayListEmpty(String msg) {
        super(msg);
    }
}

PosIllegality自定义异常：

java 复制代码

public class PosIllegality extends RuntimeException{

    public PosIllegality(String msg) {
        super(msg);
    }

}

通过以上代码可知，当对顺序表进行插入或删除元素的时候，需要移动大量的数据元素，是比较麻烦的操作，这也是顺序表的一个缺点。

二、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是以泛型方式实现的，使用时必须要先实例化
ArrayList实现了RandomAccess接口，表明ArrayList支持随机访问
ArrayList实现了Cloneable接口，表明ArrayList是可以clone的
ArrayList实现了Serializable接口，表明ArrayList是支持序列化的
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
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

三、ArrayList使用

3.1 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 |

代码示例：

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
// 构造一个空的列表
List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
// 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);
}

3.2 ArrayList常见操作

ArrayList虽然提供的方法比较多，常用方法如下所示：

|-----------------------------------------------|---------------------------|
| 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<E> subList(int fromIndex, int toIndex) | 截取部分 list |

3.3 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

代码示例：

java 复制代码

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);
// 使用下标+for遍历
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.print(list.get(i) + " ");
}
System.out.println();
// 借助foreach遍历
for (Integer integer : list) {
System.out.print(integer + " ");
}
System.out.println();
Iterator<Integer> it = list.listIterator();
while(it.hasNext()){
System.out.print(it.next() + " ");
}
System.out.println();
}

3.4 ArrayList的扩容机制

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。ArrayList源码中扩容方式：

检测是否真正需要扩容，如果是调用grow准备扩容
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

使用 copyOf 进行扩容
总结：扩容需要申请新空间，拷贝数据，释放旧空间，会有不小的消耗。增容一般是呈2 倍的增长，势必会有一定的空间浪费。例如当前容量为 100 ，满了以后增容到 200 ，我们再继续插入了5 个数据，后面没有数据插入了，那么就浪费了 95 个数据空间。对于该问题，我们应该怎样解决呢？

ArrayList与顺序表

一、 顺序表

二、ArrayList****简介

三、ArrayList****使用

3.1 ArrayList****的构造

3.2 ArrayList****常见操作

3.3 ArrayList****的遍历

3.4 ArrayList****的扩容机制

一、顺序表

二、ArrayList简介

三、ArrayList使用

3.1 ArrayList的构造

3.2 ArrayList常见操作

3.3 ArrayList的遍历

3.4 ArrayList的扩容机制