JavaDS —— 顺序表ArrayList

hong_zc2024-07-09 9:03

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。在物理和逻辑上都是连续的。

模拟实现

下面是我们要自己模拟实现的方法：

首先我们要创建一个顺序表，顺序表包含一个数组，一个由于计数的计数器，还有一个默认的初始容量，我这里定义初始容量为5，比较好判断扩容是否成功。这里以整型数组为例：

java 复制代码 
    private int[] array;
    private int usedSize;//目前数据总数
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 5;//默认容量

默认构造方法

这里我们直接在构造方法里给数组进行初始化：

java 复制代码 
    public MyArrayList() {
        array = new int[DEFAULT_CAPACITY];
    }

尾插

尾插是指直接在所有数据的后面插入新数据，这里我们要注意数组容量是否已满，所以我们先写一个isFull方法判断数组是否容量已满：

java 复制代码 
    private boolean isFull() {
        if(usedSize == array.length) {
            return true;
        }
        return false;
    }

这个方法设置成private是因为这个方法只是给本类的方法提供的，不需要对外公开。

如果数组已满，那么我们就需要扩容，这里我扩容2倍：

java 复制代码 
    private void grow() {
        array = Arrays.copyOf(array,array.length * 2);
    }

现在来写尾插代码：

java 复制代码 
    public void add(int data) {
        //判满
        if(isFull()) {
            grow();
        }

        //插入数据
        array[usedSize++] = data;
    }

pos位置插入数据

首先我们要先检查pos位置是否合法，如果不合法的话就不用进行插入操作，直接抛出异常，我们先写异常代码：

java 复制代码 
public class PosException extends RuntimeException{
    public PosException(String message) {
        super(message);
    }
}

检查pos位置是否合法：

java 复制代码 
    private void checkPosInAdd(int pos) throws PosException {
        if(pos < 0 || pos > usedSize) {
            throw new PosException("pos位置不合法");
        }
    }

现在写插入代码，首先判断pos是否合法，然后判断是否要扩容，最后我们进行插入操作即可，在插入代码中，我们使用try-catch来处理异常。

java 复制代码 
    public void add(int pos,int data) {
        try{
            checkPosInAdd(pos);//检查位置是否合法
            if(isFull()) {    //判满
                grow();
            }
            //移动数据
            for (int i = usedSize; i >= pos ; i--) {
                array[i+1] = array[i];
            }
            //插入数据
            array[pos] = data;
            usedSize++;
        }catch (PosException e) {
            System.out.println("pos位置不合法！");
            e.printStackTrace();
        }
    }

contains

是否包含某个元素，使用布尔值进行返回，这里直接遍历数组查找即可。

java 复制代码 
    public boolean contains(int toFind) {
        for (int i = 0; i < usedSize; i++) {
            if(array[i] == toFind){
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

indexOf

查找某个元素的下标，找到则返回该元素的下标，没有找到则返回 -1

java 复制代码 
    public int indexOf(int toFind) {
        for (int i = 0; i < usedSize; i++) {
            if(array[i] == toFind) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

get

找到pos位置的元素，这里要注意先判断pos是否合法,但是这里的检查pos和上面我们写过的checkPosInAdd是不一样的，这里的pos必须是有元素的下标范围，也就是不包含usedSize这个下标，因为这个是没有有效数据的，是待插入的空位，所以我们要再写一个检查pos方法：

java 复制代码 
    private void checkPosInFind(int pos) throws PosException {
        if(pos < 0 || pos >= usedSize) {
            throw new PosException("pos位置不合法");
        }
    }
java 复制代码 
    public int get(int pos) {
        try{
            checkPosInFind(pos);
            return array[pos];
        }catch (PosException e) {
            System.out.println("pos位置不合法！");
            e.printStackTrace();
        }
        return -1;
    }

set

更新pos位置的数据，还是要判断pos位置是否合法，这里使用发判断方法应该为checkPosInFind

java 复制代码 
    public void set(int pos, int data) {
        try{
            checkPosInFind(pos);
            array[pos] = data;
        }catch (PosException e) {
            System.out.println("pos位置不合法！");
            e.printStackTrace();
        }
    }

remove

删除第一次出现的关键字key

java 复制代码 
    public void remove(int key) {
        for (int i = 0; i < usedSize; i++) {
            if(array[i] == key) {
                for (int j = i; j < usedSize - 1; j++) {
                    array[j] = array[j+1];
                }
                usedSize--;
                return;
            }
        }
    }

size

获取顺序表的长度,这里直接返回usedSize即可

java 复制代码 
    public int size() {
        return usedSize;
    }

display

打印顺序表，该方法是便于测试，真正的顺序表并没有这个方法

java 复制代码 
    public void display() {
        for (int i = 0; i < usedSize; i++) {
            System.out.print(array[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }

clear

清空顺序表，直接将usedSize赋值为0即可，下次使用的时候，会直接覆盖之前的数据的。

java 复制代码 
    public void clear() {
        usedSize = 0;
    }

完整代码

java 复制代码 
import java.util.Arrays;

public class MyArrayList {
    private int[] array;
    private int usedSize;//目前数据总数
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 5;//默认容量

    public MyArrayList() {
        array = new int[DEFAULT_CAPACITY];
    }

    /*
    判满，满则返回true,否则返回false
     */
    private boolean isFull() {
        if(usedSize == array.length) {
            return true;
        }
        return false;
    }

    //扩容 2倍扩容
    private void grow() {
        array = Arrays.copyOf(array,array.length * 2);
    }

    //尾插
    public void add(int data) {
        //判满
        if(isFull()) {
            grow();
        }

        //插入数据
        array[usedSize++] = data;
    }

    //判断pos是否合法
    /*
      不合法则抛出异常
      增加方法
    */
    private void checkPosInAdd(int pos) throws PosException {
        if(pos < 0 || pos > usedSize) {
            throw new PosException("pos位置不合法");
        }
    }

    //指定pos位置插入数据
    public void add(int pos,int data) {
        try{
            checkPosInAdd(pos);//检查位置是否合法
            if(isFull()) {    //判满
                grow();
            }
            //移动数据
            for (int i = usedSize; i >= pos ; i--) {
                array[i+1] = array[i];
            }
            //插入数据
            array[pos] = data;
            usedSize++;
        }catch (PosException e) {
            System.out.println("pos位置不合法！");
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //是否包含某个元素
    public boolean contains(int toFind) {
        for (int i = 0; i < usedSize; i++) {
            if(array[i] == toFind){
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    //查找某个元素的下标
    public int indexOf(int toFind) {
        for (int i = 0; i < usedSize; i++) {
            if(array[i] == toFind) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    //判断pos是否合法
    /*
      查找方法
      不合法则抛出异常
    */
    private void checkPosInFind(int pos) throws PosException {
        if(pos < 0 || pos >= usedSize) {
            throw new PosException("pos位置不合法");
        }
    }

    //获取pos位置的元素
    public int get(int pos) {
        try{
            checkPosInFind(pos);
            return array[pos];
        }catch (PosException e) {
            System.out.println("pos位置不合法！");
            e.printStackTrace();
        }
        return -1;
    }

    //更新pos位置的数据
    public void set(int pos, int data) {
        try{
            checkPosInFind(pos);
            array[pos] = data;
        }catch (PosException e) {
            System.out.println("pos位置不合法！");
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //删除第一次出现的关键字key
    public void remove(int key) {
        for (int i = 0; i < usedSize; i++) {
            if(array[i] == key) {
                for (int j = i; j < usedSize - 1; j++) {
                    array[j] = array[j+1];
                }
                usedSize--;
                return;
            }
        }
    }

    //获取顺序表的长度
    public int size() {
        return usedSize;
    }

    //打印顺序表，该方法是便于测试，真正的顺序表并没有这个方法
    public void display() {
        for (int i = 0; i < usedSize; i++) {
            System.out.print(array[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }

    //清空顺序表
    public void clear() {
        usedSize = 0;
    }
}

ArrayList 的使用

Java已经封装好顺序表供我们使用，就是ArrayList，现在我们来列举其中的常用的方法。

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) 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 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

更多详细的方法可自行查阅官方文档

上面很多方法是我们自己模拟实现过的，这里就不一一举例演示。

ArrayList 的成员方法

ArrayList 构造方法

一共提供了三个构造方法：

方法 解释
ArrayList() 无参构造
ArrayList(Collection<? extends E> c) 利用其他 Colletion 构建 ArrayList
ArrayList(int initialCapacity) 指定顺序表初始容量

ArrayList(int initialCapacity)指定顺序表初始容量看一下源码还是很好理解的，初始容量大于零就开辟一块连续的空间，等于零就给一个空数组，小于零则抛出异常。

首先要知道下面的关系图：

从上图我们可以得知ArrayList是包含Collection这个接口的，所以可以接收Colletion的参数，Colletion后面的<? extends E> 中的 ？ 是通配符，后面的文章会提到。

我们重点是看无参的构造方法：

直接赋值一个空数组，大家来看一下下面的代码，明明是空数组，但是为什么可以直接add而不会报错呢？

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(10);
        list.add(20);
        System.out.println(list);
    }

我们点过去看看源码是什么：

到了这里大家应该明白了，在使用add的时候，我们看到源码里写了当 s == 数组长度的时候，Java底层会帮我们自动扩容。

ArrayList 实例化

我们经常使用List或者ArrayList来接收顺序表实例化的对象.

java 复制代码 
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        ArrayList<Integer> list2 = new ArrayList<>();

由于List是ArrayList的接口,所以可以接收,但是注意List是接口意味着不能进行实例化,使用List接收的参数只能使用List有点方法,由于ArrayList有很多接口,一定是拓展了很多东西的,如果List接口没有包含的方法,使用List接收的参数不能调用其他方法,但是使用ArrayList接收的话,所有ArrayList实现的方法都是可以调用的,只要是公开访问即可.

ArrayList 遍历方法

ArrayList 可以使用三方方式遍历：for循环+下标、foreach、使用迭代器，还可以直接打印里面的内容。

java 复制代码 
        int size = list.size();
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            System.out.print(list.get(i) + " ");
        }
        System.out.println();

无论是Integer还是int接收元素,Java底层会帮我们自动拆箱的.

java 复制代码 
        for (int x: list) {
            System.out.print(x + " ");
        }
        System.out.println();
        for (Integer y: list) {
            System.out.print(y + " ");
        }
        System.out.println();
java 复制代码 
        ListIterator<Integer> it =  list.listIterator(list.size());
        while (it.hasPrevious()) {
            System.out.print(it.previous()+" ");
        }
        System.out.println();

Java的ArrayList的父类是重写过toString方法的.

java 复制代码 
        System.out.println(list);

实践

杨辉三角

这里要注意 List<List< Integer>> ,这个意思表示外面的list的元素是list,里面的list的元素是Integer,例如下图所示:类似二维数组~

代码:

java 复制代码 
class Solution {
    public List<List<Integer>> generate(int numRows) {
        List<List<Integer>> list = new ArrayList<>();
        List<Integer> list0 = new ArrayList<>();
        list0.add(1);
        list.add(list0);

        for(int i=1;i<numRows;i++) {
            List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
            for(int j=0;j<=i;j++) {
                if(j==0 || j==i) {
                    list1.add(1);
                } else {
                    list1.add(list.get(i-1).get(j-1) + list.get(i-1).get(j));
                }
            }
            list.add(list1);
        }

        return list;
    }
}

洗牌功能实现

java 复制代码 
public class Card {
    private int number;
    private String cardColor;

    public Card(int number, String cardColor) {
        this.number = number;
        this.cardColor = cardColor;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Card{" +
                cardColor + '\'' +
                number +
                '}';
    }
}
java 复制代码 
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;

public class PlayCard {
    private static final String[] cardColor = {"♦","♣","♥","♠"};

    //购买52张牌
    public List<Card> buyCards() {
        List<Card> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 1; i <= 13; i++) {
            for (int j = 0; j < 4; j++) {
                Card card = new Card(i,cardColor[j]);
                list.add(card);
            }
        }
        return list;
    }

    //洗牌
    public void shuffle(List<Card> list) {
        Random random = new Random();
        int size = list.size();
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            int index = random.nextInt(size);//生成 0 ~ i-1 的随机数
            Card card = list.get(index);
            list.set(index,list.get(i));
            list.set(i,card);
        }
    }

    //发牌
    public List<List<Card>> deal(List<Card> cards) {
        List<List<Card>> list = new ArrayList<>();
        //创建三个人
        List<Card> list0 = new ArrayList<>();
        List<Card> list1 = new ArrayList<>();
        List<Card> list2 = new ArrayList<>();

        list.add(list0);
        list.add(list1);
        list.add(list2);

        int size = cards.size();
        int size2 = list.size();

        int count = 0;
        boolean flag = true;
        while(flag) {
            for (int j = 0; j < size2; j++) {
                list.get(j).add(cards.remove(0));
                count++;
                if(count == size){
                    flag = false;
                    break;
                }
            }
        }

        return list;
    }
}

这里要注意随机数的建立,首先先实例化Ramdom对象,然后使用nextInt方法,nextInt(int bound),生成的随机数范围是0~bound-1.

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