【数据结构】ArrayList与顺序表

香菜绝绝子

1259人浏览 · 2024-08-04 10:00:00

香菜绝绝子 · 2024-08-04 10:00:00 发布

本篇学习【数据结构】ArrayList与顺序表。先理解概念，再学会使用ArrayList并模拟实现。

线性表

线性表（linear list）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。

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。

List介绍

在集合框架中，List是一个接口，继承自Collection。

Collection是一个接口，该接口中规范了后序容器中常用的一些方法。

Iterable也是一个接口，表示实现该接口的类是可以逐个元素进行遍历的

站在数据结构的角度来看，List就是一个线性表，即n个具有相同类型元素的有限序列，在该序列上可以执行增删 改查以及变量等操作。

List的方法非常多。

注意：List是个接口，并不能直接用来实例化

ArrayList

1、ArrayList的介绍

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】

1. ArrayList是以泛型方式实现的，使用时必须要先实例化

2. ArrayList实现了RandomAccess接口，表明ArrayList支持随机访问

3. ArrayList实现了Cloneable接口，表明ArrayList是可以clone的

4. ArrayList实现了Serializable接口，表明ArrayList是支持序列化的

5. 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

6. 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的使用

2、1ArrayList的构造方法

方法

ArrayList ( )

ArrayList ( Collection< ? extends E >c)

ArrayList ( int innitialCapacity)

解释：

方法1，无参构造

方法2，c为参数，实现了 Collection接口。？为通配符，? extends E 为通配符上界，? 要么是E要么是E的子类

方法3，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，对应方法1

List<Integer> list1 = new ArrayList<>();

// 构造一个具有10个容量的列表，对应方法3

List<Integer> list2 = new ArrayList<>(10);

list2.add(1);

list2.add(2);

list2.add(3);

//List<Integer>已经限定了，list2中只能存储整形元素

//对应方法2，list3包含list2的元素

ArrayList<Integer> list3 = new ArrayList<>(list2);

}

2、2ArrayList常见操作

ArrayList虽然提供的方法比较多，但是常用方法如下所示

实例：

public class Test {
    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"));//0
        System.out.println(list.lastIndexOf("JavaSE"));//4
        
      // 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);//打印 [JavaSE, Java数据结构, JavaWEB, JavaEE]
        list.clear();//清空
        System.out.println(list.size());
    }

}

【注意】方法subList 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。

System.out.println(list);//[JavaSE, Java数据结构, JavaWEB, JavaEE]

List<String> ret = list.subList(0, 2);
System.out.println(ret);//打印 [JavaSE, Java数据结构]

ret.set(0,"测试课程");
System.out.println(list);//[测试课程, Java数据结构, JavaWEB, JavaEE]
System.out.println(ret);//[测试课程, Java数据结构]

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();
}

注意：

1. ArrayList最长使用的遍历方式是：for循环+下标以及 foreach

2. 迭代器是设计模式的一种，后序容器接触多了再给大家铺垫

4、ArrayList模拟实现

结构：

异常

定义两个异常，顺序表为空异常及数组下表不合法

顺序表为空异常

public class EmptyException extends RuntimeException{
    public EmptyException() {
        super();
    }
 
    public EmptyException(String message) {
        super(message);
    }
}

数组下表不合法

public class PosIllegal extends RuntimeException{
    public PosIllegal(){
 
    }
 
    public PosIllegal(String message) {
        super(message);
    }
}

MyArrayList类

共包含增删改查等方法。代码有注释

public class MyArrayList {
    public int[] elem;
    public int usedSize;//0
    //默认容量
    private static final int DEFAULT_SIZE = 10;
 
    public MyArrayList() {
        this.elem = new int[DEFAULT_SIZE];
    }
 
    /**
     * 打印顺序表:
     *   根据usedSize判断即可
     */
    public void display() {
        for (int i = 0; i <usedSize ; i++) {
            System.out.print(elem[i]+" ");
        }
        System.out.println("");
    }
 
    // 新增元素,默认在数组最后新增
    public void add(int data) {
        if(isFull()){
            grow();
        }
     this.elem[this.usedSize++]=data;
    }
 
    /**
     * 判断当前的顺序表是不是满的！
     * @return true:满   false代表空
     */
    public boolean isFull() {
        return this.usedSize==elem.length;
    }
 
    //检查pos位置是否合法，用于add方法
    private boolean checkPosInAdd(int pos) throws PosIllegal{
        if(pos<0||pos>usedSize) {
            throw new PosIllegal("pos位置不合法");
            //合法
        }
        return false;
    }
    //检查pos位置是否合法，用于删，改，查
    private boolean checkPos(int pos) throws PosIllegal{
        if(pos<0||pos>=usedSize) {
            throw new PosIllegal("pos位置不合法");
            //合法
        }
        return false;
    }
 
    // 在 pos 位置新增元素
    public void add(int pos, int data) {
      try {
          checkPosInAdd(pos);
          if(isFull())
              grow();
 
          for (int i =usedSize-1 ; i>=pos ; i--) {
              elem[i+1]=elem[i];
          }
          elem[pos]=data;
         usedSize++;
      }catch(PosIllegal e){
            e.printStackTrace();
          System.out.println("插入元素pos位置不合法");
        }
      }
 
      //扩容
    private void grow(){
        this.elem=Arrays.copyOf(this.elem,2*this.elem.length);
  }
 
    // 判定是否包含某个元素
    public boolean contains(int toFind) {
        for (int i = 0; i < usedSize; i++) {
            if(elem[i]==toFind)
                return true;
        }
       return false;
    }
    // 查找某个元素对应的位置
    public int indexOf(int toFind) {
        for (int i = 0; i < usedSize; i++) {
            if(elem[i]==toFind)
                return i;
        }
        return -1;
    }
 
    // 获取 pos 位置的元素
    public int get(int pos) {
        try{
            checkEmpty();
            checkPos(pos);
            return elem[pos];
        }catch(PosIllegal e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("pos位置不合法");
        }catch(EmptyException e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("pos位置为空");
        }
        return -1;
    }
 
    //判断是否为空，抛出异常
    private void checkEmpty(){
        if(isEmpty())
            throw new EmptyException("顺序表为空");
    }
    //判断是否为空
    private boolean isEmpty() {
        return usedSize==0;
    }
    // 给 pos 位置的元素设为【更新为】 value
    public void set(int pos, int value) {
        try{
            checkEmpty();
            checkPos(pos);
            elem[pos]=value;
        }catch(PosIllegal e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("pos位置不合法");
        }catch(EmptyException e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("pos位置为空");
        }
    }
 
    /**
     * 删除第一次出现的关键字key
     * @param key
     */
    public void remove(int key) {
       try{
           checkEmpty();
           int pos = indexOf(key);
           for (int i = pos; i < usedSize-1; i++) {
               elem[i]=elem[i+1];
           }
           usedSize--;
       }catch (EmptyException e){
           e.printStackTrace();
       }
    }
 
    // 获取顺序表长度
    public int size() {
        return usedSize;
    }
 
    // 清空顺序表
    public void clear() {
          usedSize=0;
    }
 
}

测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MyArrayList myArrayList=new MyArrayList();
        myArrayList.add(5);
        myArrayList.add(1);
        myArrayList.add(3);
        myArrayList.add(7);
        myArrayList.add(0);
       
        //打印数字为4的下标
        int ret= myArrayList.indexOf(4);
        System.out.println(ret);
 
         //移除数字3
        myArrayList.remove(3);
        //设置数组下标4的位置为1
        myArrayList.set(4,1);
        //打印数组
        myArrayList.display();
 
    }
}

本篇【数据结构】ArrayList与顺序表结束