Java数据结构之ArrayList从顺序表到实现
作者：ZIYE_190 时间：2022-06-14 00:53:25
1 ArrayList
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：
说明：
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
2 ArrayList使用
2.1 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 |
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);
}
2.2 ArrayList常见操作
| 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 subList(int fromIndex, int toIndex) | 截取部分 list |
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);
//输出结果：
[JavaSE, JavaWeb, JavaEE, JVM, 测试课程]
5
JavaWeb
JavaWEB
[JavaSE, Java数据结构, JavaWEB, JavaEE, JVM, 测试课程]
[JavaSE, Java数据结构, JavaWEB, JavaEE, 测试课程]
[JavaSE, Java数据结构, JavaWEB, JavaEE]
2.3 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
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();
}
//输出结果：
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
2.4 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：以下是ArrayList源码中扩容方式
Object[] elementData; // 存放元素的空间
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // 默认空间
private static final int 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 final int 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;
}
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
3 使用示例
扑克牌：
public class Card {
public int rank; // 牌面值
public String suit; // 花色
@Override
public String toString() {
return String.format("[％s ％d]", suit, rank);
}
}
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Random;
public class CardDemo {
public static final String[] SUITS = {"♠", "♥", "♣", "♦"};
// 买一副牌
private static List<Card> buyDeck() {
List<Card> deck = new ArrayList<>(52);
for (int i = 0; i < 4; i++) {
for (int j = 1; j <= 13; j++) {
String suit = SUITS[i];
int rank = j;
Card card = new Card();
card.rank = rank;
card.suit = suit;
deck.add(card);
}
}
return deck;
}
private static void swap(List<Card> deck, int i, int j) {
Card t = deck.get(i);
deck.set(i, deck.get(j));
deck.set(j, t);
}
private static void shuffle(List<Card> deck) {
Random random = new Random(20190905);
for (int i = deck.size() - 1; i > 0; i--) {
int r = random.nextInt(i);
swap(deck, i, r);
}
}
public static void main(String[] args) {
List<Card> deck = buyDeck();
System.out.println("刚买回来的牌:");
System.out.println(deck);
shuffle(deck);
System.out.println("洗过的牌:");
System.out.println(deck);
// 三个人，每个人轮流抓 5 张牌
List<List<Card>> hands = new ArrayList<>();
hands.add(new ArrayList<>());
hands.add(new ArrayList<>());
hands.add(new ArrayList<>());
for (int i = 0; i < 5; i++) {
for (int j = 0; j < 3; j++) {
hands.get(j).add(deck.remove(0));
}
}
System.out.println("剩余的牌:");
System.out.println(deck);
System.out.println("A 手中的牌:");
System.out.println(hands.get(0));
System.out.println("B 手中的牌:");
System.out.println(hands.get(1));
System.out.println("C 手中的牌:");
System.out.println(hands.get(2));
}
}
运行结果
刚买回来的牌:
[[♠ 1], [♠ 2], [♠ 3], [♠ 4], [♠ 5], [♠ 6], [♠ 7], [♠ 8], [♠ 9], [♠ 10], [♠ 11], [♠ 12], [♠ 13], [♥ 1], [♥ 2], [♥ 3], [♥ 4], [♥ 5], [♥ 6], [♥ 7],
[♥ 8], [♥ 9], [♥ 10], [♥ 11], [♥ 12], [♥ 13], [♣ 1], [♣ 2], [♣ 3], [♣ 4], [♣ 5], [♣ 6], [♣ 7], [♣ 8], [♣ 9], [♣ 10], [♣ 11], [♣ 12], [♣
13], [♦ 1], [♦ 2], [♦ 3], [♦ 4], [♦ 5], [♦ 6], [♦ 7], [♦ 8], [♦ 9], [♦ 10], [♦ 11], [♦ 12], [♦ 13]]
洗过的牌:
[[♥ 11], [♥ 6], [♣ 13], [♣ 10], [♥ 13], [♠ 2], [♦ 1], [♥ 9], [♥ 12], [♦ 5], [♥ 8], [♠ 6], [♠ 3], [♥ 5], [♥ 1], [♦ 6], [♦ 13], [♣ 12], [♦ 12],
[♣ 5], [♠ 4], [♣ 3], [♥ 7], [♦ 3], [♣ 2], [♠ 1], [♦ 2], [♥ 4], [♦ 8], [♠ 10], [♦ 11], [♥ 10], [♦ 7], [♣ 9], [♦ 4], [♣ 8], [♣ 7], [♠ 8], [♦ 9], [♠
12], [♠ 11], [♣ 11], [♦ 10], [♠ 5], [♠ 13], [♠ 9], [♠ 7], [♣ 6], [♣ 4], [♥ 2], [♣ 1], [♥ 3]]
剩余的牌:
[[♦ 6], [♦ 13], [♣ 12], [♦ 12], [♣ 5], [♠ 4], [♣ 3], [♥ 7], [♦ 3], [♣ 2], [♠ 1], [♦ 2], [♥ 4], [♦ 8], [♠ 10], [♦ 11], [♥ 10], [♦ 7], [♣ 9], [♦
4], [♣ 8], [♣ 7], [♠ 8], [♦ 9], [♠ 12], [♠ 11], [♣ 11], [♦ 10], [♠ 5], [♠ 13], [♠ 9], [♠ 7], [♣ 6], [♣ 4], [♥ 2], [♣ 1], [♥ 3]]
A 手中的牌:
[[♥ 11], [♣ 10], [♦ 1], [♦ 5], [♠ 3]]
B 手中的牌:
[[♥ 6], [♥ 13], [♥ 9], [♥ 8], [♥ 5]]
C 手中的牌:
[[♣ 13], [♠ 2], [♥ 12], [♠ 6], [♥ 1]]
来源：https://blog.csdn.net/ZIYE_190/article/details/129777095
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