【码道初阶】Leetcode.189 轮转数组：不熟悉ArrayList时踩得坑，被Arraylist初始化骗了？

【LeetCode 踩坑日记】No.189 轮转数组：被 ArrayList 的初始化骗了？

在刷算法题的过程中，我们经常会遇到一种情况：思路明明是正确的，逻辑也很通顺，但代码一跑就崩，或者结果不对。

今天我在做 LeetCode 189. 轮转数组 时，就遭遇了一个经典的 Java 集合陷阱。这篇博客将记录我从"理直气壮"到"恍然大悟"的排错过程，并总结关于数组轮转的通用解法。

1. 题目回顾

题目 ：给定一个整数数组 nums，将数组中的元素向右轮转 k 个位置。
示例 ：

输入: nums = [1,2,3,4,5,6,7], k = 3

输出: [5,6,7,1,2,3,4]

2. 我的"完美"思路与报错代码

我的第一反应非常直观：

1. 创建一个新的列表 list。
2. 遍历原数组，计算每个元素移动 k 步后的新位置。
3. 如果位置超出了数组长度，就绕回到开头；否则直接放入新位置。
4. 使用 ArrayList 的 set 方法填值。

于是我写出了以下代码：

// ❌ 错误示范
class Solution {
    public void rotate(int[] nums, int k) {
        // 我以为这里创建了一个长度为 nums.length 的列表
        List<Integer> list1 = new ArrayList<>(nums.length); 
        
        for(int i = 0; i < nums.length; i++) {
            // 这里逻辑其实有点硬编码，把 k 当成了 3
            if(i + 3 > nums.length - 1) {
               list1.set(i + 3 - nums.length, nums[i]);
            } else {
               list1.set(i + 3, nums[i]);
            }
        }
        System.out.println(list1);
    }
}

运行结果 ：

直接抛出 java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index 2 out of bounds for length 0。

3. 深度解析：为什么会报错？

看到报错我非常困惑：我在 new ArrayList<>(nums.length) 时不是已经指定长度了吗？为什么报错说 length 0？

这里触及到了 Java ArrayList 的一个核心机制：Capacity（容量） vs Size（元素个数）。

• Capacity（容量）：是你告诉底层数组"请预留多少空间"。
• Size（实际大小）：是列表里实际上装了多少个有效元素。

当我们执行 new ArrayList<>(10) 时，Java 只是在内存里开辟了一个能放10个东西的"空架子"，但是架子上还没有书 ，此时 size 依然是 0。

• add() 方法 ：是在列表尾部追加元素，会使 size + 1。
• set(index, element) 方法 ：是修改 现有位置的元素。它会检查 index 是否小于 size。

因为我的列表是空的（Size = 0），任何 set(index, val) 操作都会被判定为越界，因为那个位置上根本还没有元素可以被"修改"。

修正思路 ：

如果想用"指定位置填值"的逻辑，应该直接使用 数组 (int[]) ，因为数组在创建时（new int[n]），所有位置默认已经初始化为 0，长度是固定的，可以直接通过下标赋值。

4. 逻辑上的二次修正

除了报错，我的代码逻辑还有两个问题需要解决才能通过 LeetCode 的测试：

A. 变量 k 的处理

我之前的代码里写死了 i + 3，这是针对示例 1 的特解。题目中的 k 是变量，且 k 可能大于数组长度。
改进 ：使用取模运算符 %。
newIndex = (i + k) % n

这行公式完美解决了越界和绕回的问题，不需要写 if-else 判断。

B. 引用修改 vs 打印

题目方法的返回类型是 void。这意味着仅仅 System.out.println 是没用的，LeetCode 的判题系统会检查内存中 nums 数组的内容是否发生了变化。
改进 ：必须把计算出的新结果，重新拷贝回原数组 nums。

5. 最终正确代码（辅助数组法）

经过思考，我放弃了 ArrayList，改用辅助数组，代码变得清晰且高效：

// ✅ 正确解答
class Solution {
    public void rotate(int[] nums, int k) {
        int n = nums.length;
        // 1. 创建一个同样长度的新数组
        int[] newArr = new int[n];
        
        // 2. 计算新位置并赋值
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            // 使用 (i + k) % n 处理循环移动
            newArr[(i + k) % n] = nums[i];
        }
        
        // 3. 将新数组的值拷贝回原数组
        // System.arraycopy(newArr, 0, nums, 0, n); // 也可以用这个API
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            nums[i] = newArr[i];
        }
    }
}

6. 进阶思考：能不能不费额外空间？

上面的解法使用了 O(N) 的额外空间（创建了 newArr）。如果面试官问："能不能在 O(1) 空间复杂度下完成？即不使用额外数组？"

这需要用到**"三次翻转法"**（非常巧妙）：

1. 翻转整个数组。
2. 翻转前 k % n 个元素。
3. 翻转剩余的元素。

示例 ：[1,2,3,4,5,6,7], k=3

1. 全翻转：[7,6,5,4,3,2,1]
2. 翻转前3个：[5,6,7, 4,3,2,1]
3. 翻转后4个：[5,6,7, 1,2,3,4] -> 成功！

7. 总结

这次排错让我学到了三点：

1. API 误区 ：new ArrayList<>(capacity) 只是申请内存，不代表 List 里有元素。想按索引操作，优先选数组，或者先填充 List。
2. 数学之美 ：处理循环数组索引时，% 取模运算比 if-else 判断更优雅通用。
3. 审题重要性：注意函数的返回类型和副作用要求（是返回新对象，还是原地修改）。

编程就是这样一个不断犯错、理解底层、然后优化的过程。希望能帮到遇到同样报错的你！

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