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java登神之阶之顺序表

article 2025/3/13 12:47:16

一、了解List接口

在Java中，List接口是一个非常重要的集合框架接口，它继承自Collection接口（Collection接口继承Iterable接口）。List接口定义了一个有序集合，允许我们存储元素集合。并且可以根据元素的索引来访问集合中的元素。这意味着List中的每个元素都有其固定的位置，可以通过索引来访问和修改。

List接口的实现类有很多，其中最常用的有ArrayList和LinkedList。它们各自有不同的特点和性能表现：

ArrayList：基于动态数组的实现，随机访问性能很好，但在列表的开头和中间插入、删除元素时性能较差，因为需要移动其他元素。
LinkedList：基于链表的实现，在插入、删除元素时性能较好，尤其是当这些操作发生在列表的开头或中间时，但在随机访问元素时性能较差。

二、顺序表

2.1 线性表

线性表是n个具有相同特征的数据元素的

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…
线性表在逻辑上时线性结构，也就是说连续的一条直线。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。

2.2 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，在数组上完成增删改查。

 粗略了解

public interface IList {
    //给数组增加新元素
    public void add(int data);
    //判断数组数据是否为满
    boolean isFull();
    // 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() ;
}

细节实现 

判断是否满

    @Override
    public boolean isFull() {
        //相等返回true；反之，返回false
        return useSize== array.length;
    }

给数组增加新元素 

    public void add(int data) {
        //首先需要先判断数组是否已经存满
        if(isFull()){
            grow();
        }
        array[useSize]=data;
        useSize++;
    }

在 pos 位置新增元素

这里需要先考虑插入数组下标是否合理，所以需要自己写一个自定义异常！

//自定义的数组下标插入异常
class PosExpection extends RuntimeException{
    public PosExpection(String message){
        super(message);
    }
}
//自定义的异常：判断数组是否为空
class EmptyException extends RuntimeException{
    public EmptyException(String message){
        super(message);
    }
}

    //这个是私有方法，只是为了在这个类中检查数组下标是否合理，
    // 所以用private修饰
    private void checkPos(int pos) throws PosExpection{
        if(pos < 0 || pos >= useSize){
            throw new PosExpection("数组下标异常");
        }
    }
    @Override
    public void add(int pos, int data) {
      try {
          checkPos(pos);
          //如果插入数组下表没问题，则判断是否需要扩容
          if(isFull()){
              grow();
          }
      }catch (PosExpection e){
          System.out.println("插入数组下标不合理...");
          e.printStackTrace();
      }
      //这里挪动数组，将Pos下标之后的数组往后挪
        for (int i = useSize-1; i >=pos ; i--) {
            array[i+1]= array[i];
        }
        array[pos]=data;
    }

判定是否包含某个元素

    @Override
    public boolean contains(int toFind) {
        for (int i = 0; i < useSize; i++) {
            if(array[i]==toFind){
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

查找某个元素对应的位置

    @Override
    public int indexOf(int toFind) {
        for (int i = 0; i < useSize; i++) {
            if(array[i]==toFind){
                return i;
            }
        }
        return 0;
    }

获取 pos 位置的元素

    @Override
    public int get(int pos) {
        try {
            checkPos(pos);
            return array[pos];
        }catch (PosExpection e){
            System.out.println("数组下标不合理...");
            e.printStackTrace();
        }
        return 0;
    }

给 pos 位置的元素设为 value

    public void set(int pos, int value) {
        try {
            checkPos(pos);
            array[pos]=value;
        }catch (PosExpection e){
            System.out.println("数组下标不合理...");
            e.printStackTrace();
        }
    }

删除第一次出现的关键字key

    @Override
    public void remove(int toRemove) {
        int pos=indexOf(toRemove);
        if(pos==-1){
            return;
        }
        for (int i = pos; i <useSize-1 ; i++) {
            array[i]=array[i+1];
        }
        useSize--;
    }

获取顺序表长度

    @Override
    public int size() {
        return useSize;
    }

清空顺序表

     // 清空顺序表
    public void clear() {
        for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
            this.elem[i] = 0;
        }
        this.usedSize = 0; // 注意有效数组长度也要清零
    }

打印顺序表

​
    @Override
    public void display() {
        for (int i = 0; i < useSize; i++) {
            System.out.print(array[i]+" ");
        }
        //这里不能for-each遍历,
        // 用for-each遍历不管数组里面有没有数据，都会遍历出和数组大小一样的元素，对应下标没有元素会用0来代替。
//        for (int x:
//             array) {
//            System.out.println(x+" ");
//        }
    }

​

三、ArrayList类

在集合框架中，ArrayList是一个类，实现了List接口。
ArrayList实现了List接口，而List接口在数据结构的角度上就是线性表的一种抽象。因此，ArrayList可以看作是顺序表在Java集合框架中的一种具体实现。

 

ArrayList是通过泛型的方式实现的，使用前必须先实例化。
ArrayList实现了RandomAccess接口，表明ArrayList类支持随机访问。
ArrayLIst实现了Cloneable接口，表明ArrayLIst支持Clone的。
ArrayLIst实现了Serializable接口，表明ArrayLIst支持可序列化。
ArrayLIst不是线程安全的，在单线程下是可以使用的。
ArrayLIst是一段连续的空间，并且可以动态扩容，是一个动态类型的线性表

ArrayLIst方法

构造方法

public static void main(String[] args) {
// ArrayList创建 ，推荐写法 // 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);
}

 常用方法

 

public static void main(String[] args) {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("JavaSE");
    list.add("JavaWeb");
    list.add("JavaEE");
    list.add("JVM");
    list.add("测试课程");
    System.out.println(list);
// 获取list中有效元素个数
    System.out.println(list.size());
// 获取和设置index位置上的元素 ，注意index必须介于[0, size)间
    System.out.println(list.get(1));
    list.set(1, "JavaWEB");
    System.out.println(list.get(1));
// 在list的index位置插入指定元素 ，index及后续的元素统一往后搬移一个位置
    list.add(1, "Java数据结构");
    System.out.println(list);
// 删除指定元素 ，找到了就删除 ，该元素之后的元素统一往前搬移一个位置
    list.remove("JVM");
    System.out.println(list);
// 删除list中index位置上的元素 ，注意index不要超过list中有效元素个数,否则会抛出下标越界异常
    list.remove(list.size() - 1);
    System.out.println(list);
// 检测list中是否包含指定元素 ，包含返回true ，否则返回false
    if (list.contains("测试课程")) {
        list.add("测试课程");
    }
// 查找指定元素第一次出现的位置：indexOf从前往后找 ，lastIndexOf从后往前找
    list.add("JavaSE");
    System.out.println(list.indexOf("JavaSE"));
    System.out.println(list.lastIndexOf("JavaSE"));
// 使用list中[0, 4)之间的元素构成一个新的SubList返回,但是和ArrayList共用一个elementData数组
    List<String> ret = list.subList(0, 4);
    System.out.println(ret);
    list.clear();
    System.out.println(list.size());
}

 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

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();
}

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。以下是ArrayList源码中扩容方式：
源码理解：

Object[] elementData;  // 存放元素的空间
private static fi nal
Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};  // 默认空间 private static fi nalint DEFAULT_CAPACITY = 10;  // 默认容量大小

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!! elementData[size++] = e;
    return true;
}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;

// overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity);
}

private static fi nalint
MAX_ARRAY_SIZE =Integer.MAX_VALUE -8;

private void grow(int minCapacity) {
// 获取旧空间大小
    int oldCapacity = elementData.length;
// 预计按照1.5倍方式扩容
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 如果用户需要扩容大小 超过 原空间1.5倍 ，按照用户所需大小扩容
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
// 如果需要扩容大小超过MAX_ARRAY_SIZE ，重新计算容量大小
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 调用copyOf扩容
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
// 如果minCapacity小于0 ，抛出OutOfMemoryError异常
    if (minCapacity < 0)
        throw new OutOfMemoryError();

    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;
}

【总结】

  1. 检测是否真正需要扩容，如果是调用grow准备扩容
  2. 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
  3. 使用copyOf进行扩容

 


http://www.kler.cn/a/582751.html

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