手写数组的底层实现(java实现)
文章目录
- 打造属于自己的Array
- 静态数组
- 创建增删改查方法
- 测试静态数组类
- 泛型和动态数组的实现
- 泛型
- 动态数组
- 测试动态数组类
- 泛型测试类
- 动态数组测试类
打造属于自己的Array
查看JDK1.8中ArrayList源码时，其中的Arrays.copyOf为Native方法，具体怎么实现的并没有。所以打算自己实现，来深入了解一下Array这个数据结构。
静态数组
创建增删改查方法
-
自己创建数组无非就是数组的 增删改查 方法的创建，即 add,remove,set,get 方法。
-
首先创建一个简单的int集合来表示数组，默认大小为10，添加一些常规的方法之后，再对重要的方法进行单独书写
-
add方法：在指定索引位置插入数字，就相当于把指定索引处后的值往后移一位，即把值赋给下一个索引，一层for循环就可以，同时不要忘记size++,然后再在指定索引处赋值。
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remove方法：在指定索引位置删除数字，就相当于把指定索引处后的值往前移一位，即把值赋给上一个索引，一层for循环就可以，同时不要忘记size–。这里有所不同，即int[size]的值需不需要删除，其实这里删不删除并不影响数组的逻辑和功能实现，但本着严谨的态度，将int[size]赋值为null，节省一点内存空间。
package design.Array; /** * @program: design * @description: Array类 * @author: cyj * @create: 2019-03-18 21:23 **/ public class Array { private int[] data; private int size; /** * 构造函数，传入数组的容量capacity构造Array * * @param capacity */ public Array(int capacity) { data = new int[capacity]; size = 0; } /** * 无参数的构造函数，默认数组的容量capacity=10 */ public Array() { this(10); } /** * 获取数组中的元素个数 * * @return */ public int getSize() { return size; } /** * 获取数组的容量 * * @return */ public int getCapacity() { return data.length; } /** * 返回数组是否为空 * * @return */ public boolean isEmpty() { return size == 0; } /** * 向所有元素后添加一个新元素e * * @param e */ public void addLast(int e) { // if (size == data.length) { // throw new IllegalArgumentException("AddLast failed.Array is full."); // } // data[size] = e; // size++; add(size, e); } /** * 向所有元素前添加一个新元素e * * @param e */ public void addFirst(int e) { add(0, e); } /** * 在第index个位置插入一个新元素e * * @param index * @param e */ public void add(int index, int e) { if (size == data.length) { throw new IllegalArgumentException("Add failed.Array is full."); } if (index < 0 || index > size) { throw new IllegalArgumentException("Add failed.Require index >=0 is full."); } for (int i = size - 1; i >= index; i--) { data[i + 1] = data[i]; } data[index] = e; size++; } /** * 获取index索引位置的元素 * * @param index * @return */ int get(int index) { if (index < 0 || index > size) { throw new IllegalArgumentException("Get failed.Require index is illegal."); } return data[index]; } /** * 修改index索引位置的元素为e * * @param index * @param e */ void set(int index, int e) { if (index < 0 || index > size) { throw new IllegalArgumentException("Set failed.Require index is illegal."); } data[index] = e; } /** * 查找数据中是否有元素e * * @param e * @return */ public boolean contains(int e) { for (int i = 0; i < size; i++) { if (data[i] == e) { return true; } } return false; } /** * 查找数组中元素e所在的索引，如果不存在则返回索引为-1 * * @param e * @return */ public int find(int e) { for (int i = 0; i < size; i++) { if (data[i] == e) { return i; } } return -1; } /** * 从数组中删除index位置的元素，返回删除的元素 * * @param index * @return */ public int remove(int index) { if (index < 0 || index > size) { throw new IllegalArgumentException("Remove failed.Require index is illegal."); } int ret = data[index]; for (int i = index + 1; i < size; i++) { data[i - 1] = data[i]; } size--; return ret; } /** * 从数组中删除index位置的元素，返回删除的元素 * * @return */ public int removeFirst() { return remove(0); } /** * 从数组中删除index位置的元素，返回删除的元素 * * @return */ public int removeLast() { return remove(size - 1); } /** * 从数组中删除元素e * 1. 可以返回boolean 2.重复数组的考量，删除所有的元素e,设计上的考虑，具体需求具体分析 * * @param e */ public void removeElement(int e) { int index = find(e); if (index != -1) { remove(index); } } @Override public String toString() { StringBuilder res = new StringBuilder(); res.append(String.format("Array: size=%d , capacity=%d\n", size, data.length)); res.append('['); for (int i = 0; i < size; i++) { res.append(data[i]); if (i != size - 1) { res.append(","); } } res.append(']'); return res.toString(); } }
测试静态数组类
package design.Array;
/**
* @program: design
* @description: 测试Array类
* @author: cyj
* @create: 2019-03-19 10:02
**/
public class ArrayTest {
public static void main(String[] args) {
Array arr = new Array(20);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
arr.addLast(i);
}
System.out.println(arr);
arr.add(1, 100);
System.out.println(arr);
arr.addFirst(-1);
//[-1,0,100,1,2,3,4,5,6,7,8,9]
System.out.println(arr);
arr.remove(2);
//[-1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]
System.out.println(arr);
arr.removeElement(4);
//[-1,0,1,2,3,5,6,7,8,9]
System.out.println(arr);
arr.removeFirst();
//[0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9]
System.out.println(arr);
}
}
输出结果(重写类的toString方法)：
Array: size=10 , capacity=20
[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]
Array: size=11 , capacity=20
[0,100,1,2,3,4,5,6,7,8,9]
Array: size=12 , capacity=20
[-1,0,100,1,2,3,4,5,6,7,8,9]
Array: size=11 , capacity=20
[-1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]
Array: size=10 , capacity=20
[-1,0,1,2,3,5,6,7,8,9]
Array: size=9 , capacity=20
[0,1,2,3,5,6,7,8,9]
泛型和动态数组的实现
泛型
在实际运用中，我们不能只是简单的用整数型数组来表示，这里就要引出泛型的概念。
-
泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参，然后调用此方法时传递实参。那么参数化类型怎么理解呢？
顾名思义，就是将类型由原来的具体的类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用/调用时传入具体的类型（类型实参）。
泛型的本质是为了参数化类型（在不创建新的类型的情况下，通过泛型指定的不同类型来控制形参具体限制的类型）。也就是说在泛型使用过程中，操作的数据类型被指定为一个参数，这种参数类型可以用在类、接口和方法中，分别被称为泛型类、泛型接口、泛型方法。
-
因为不能直接定义泛型，所以可以通过定义Object的方式来强转为泛型
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定义了泛型之后就可以接收的多种类型，因为泛型把具体的参数类型泛化，模糊化，使得传参可以有更多种的选择。
动态数组
动态数组的实现即实现了数组的扩容。扩容的过程是
-
是否超出了默认的数组长度，超出则执行扩容方法
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扩容是新建一个数组，新建数组的长度为原数组的2倍(ArrayList为1.5倍,通过位运算来计算),接着把原数组的值通过for循环来赋值到新数组，在接着把原数组的引用指向新数组。
-
在增加和删除的时候进行扩容和缩容(新建一个为原数组长度1/2的新数组)
-
在数组缩容的问题上，为了防止复杂度的震荡，数组在长度边缘疯狂的试探，频繁的进行扩容和缩容。(即数组长度为10，增加一个元素扩大为20，之后紧接着又删除一个元素，又缩容为10)。
所以缩容的时候判断数组实际长度为1/4时才进行缩容，就可以减少疯狂的试探，从而防止方法的时间复杂度一直为O(n)。
package design.Array;
/**
* @program: design
* @description: Array类
* @author: cyj
* @create: 2019-03-18 21:23
**/
public class ArrayObject<E> {
private E[] data;
private int size;
/**
* 构造函数，传入数组的容量capacity构造Array
*
* @param capacity
*/
public ArrayObject(int capacity) {
data = (E[]) new Object[capacity];
size = 0;
}
/**
* 无参数的构造函数，默认数组的容量capacity=10
*/
public ArrayObject() {
this(10);
}
/**
* 获取数组中的元素个数
*
* @return
*/
public int getSize() {
return size;
}
/**
* 获取数组的容量
*
* @return
*/
public int getCapacity() {
return data.length;
}
/**
* 返回数组是否为空
*
* @return
*/
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
/**
* 向所有元素后添加一个新元素e
* 时间复杂度：O(1)
*
* @param e
*/
public void addLast(E e) {
// if (size == data.length) {
// throw new IllegalArgumentException("AddLast failed.Array is full.");
// }
// data[size] = e;
// size++;
add(size, e);
}
/**
* 向所有元素前添加一个新元素e
* 时间复杂度：O(n)
*
* @param e
*/
public void addFirst(E e) {
add(0, e);
}
/**
* 在第index个位置插入一个新元素e
* 时间复杂度：O(n/2)=>O(n)
*
* @param index
* @param e
*/
public void add(int index, E e) {
if (index < 0 || index > size) {
throw new IllegalArgumentException("Add failed.Require index >=0 is full.");
}
if (size == data.length) {
resize(2 * data.length);
}
for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
data[i + 1] = data[i];
}
data[index] = e;
size++;
}
/**
* 获取index索引位置的元素
* 时间复杂度：O(1)
*
* @param index
* @return
*/
public E get(int index) {
if (index < 0 || index > size) {
throw new IllegalArgumentException("Get failed.Require index is illegal.");
}
return data[index];
}
/**
* 修改index索引位置的元素为e
* 时间复杂度：O(1)
*
* @param index
* @param e
*/
public void set(int index, E e) {
if (index < 0 || index > size) {
throw new IllegalArgumentException("Set failed.Require index is illegal.");
}
data[index] = e;
}
/**
* 查找数据中是否有元素e
* 时间复杂度：O(n)
*
* @param e
* @return
*/
public boolean contains(E e) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (data[i].equals(e)) {
return true;
}
}
return false;
}
/**
* 查找数组中元素e所在的索引，如果不存在则返回索引为-1
* 时间复杂度：O(n)
*
* @param e
* @return
*/
public int find(E e) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (data[i].equals(e)) {
return i;
}
}
return -1;
}
/**
* 从数组中删除index位置的元素，返回删除的元素
* 时间复杂度：O(n/2)=>O(n)
*
* @param index
* @return
*/
public E remove(int index) {
if (index < 0 || index > size) {
throw new IllegalArgumentException("Remove failed.Require index is illegal.");
}
E ret = data[index];
for (int i = index + 1; i < size; i++) {
data[i - 1] = data[i];
}
size--;
//loireting objects !=memory leak,不写的话逻辑上也正确
data[size] = null;
//防止复杂度震荡，所以1/4 防止删到最后一位
if (size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0) {
resize(data.length / 2);
}
return ret;
}
/**
* 从数组中删除index位置的元素，返回删除的元素
* 时间复杂度：O(n)
*
* @return
*/
public E removeFirst() {
return remove(0);
}
/**
* 从数组中删除index位置的元素，返回删除的元素
* 时间复杂度：O(1)
*
* @return
*/
public E removeLast() {
return remove(size - 1);
}
/**
* 从数组中删除元素e
* 1. 可以返回boolean 2.重复数组的考量，删除所有的元素e,设计上的考虑，具体需求具体分析
*
* @param e
*/
public void removeElement(E e) {
int index = find(e);
if (index != -1) {
remove(index);
}
}
@Override
public String toString() {
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append(String.format("Array: size=%d , capacity=%d\n", size, data.length));
res.append('[');
for (int i = 0; i < size; i++) {
res.append(data[i]);
if (i != size - 1) {
res.append(", ");
}
}
res.append(']');
return res.toString();
}
private void resize(int newCapacity) {
E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity];
for (int i = 0; i < size; i++) {
newData[i] = data[i];
}
data = newData;
}
}
测试动态数组类
泛型测试类
package design.Array;
/**
* @program: design
* @description: 测试泛型类数组实体类
* @author: cyj
* @create: 2019-03-19 11:44
**/
public class Test {
private String name;
private String age;
public Test(String name, String age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return String.format("Student(name: %s, age: %s)", name, age);
}
public static void main(String[] args) {
ArrayObject<Test> arrayObject = new ArrayObject<>();
arrayObject.addLast(new Test("sangsan", "21"));
arrayObject.addLast(new Test("lisi", "22"));
arrayObject.addLast(new Test("wangwu", "23"));
System.out.println(arrayObject);
}
}
输出结果：
Array: size=3 , capacity=10
[Student(name: sangsan, age: 21), Student(name: lisi, age: 22), Student(name: wangwu, age: 23)]
动态数组测试类
package design.Array;
/**
* @program: design
* @description: 测试ArrayObject类
* @author: cyj
* @create: 2019-03-19 10:02
**/
public class ArrayTestObject {
public static void main(String[] args) {
ArrayObject<Integer> arr = new ArrayObject<>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
arr.addLast(i);
}
System.out.println(arr);
arr.add(1, 100);
System.out.println(arr);
arr.addFirst(-1);
System.out.println(arr);
arr.remove(2);
System.out.println(arr);
arr.removeElement(4);
System.out.println(arr);
arr.removeFirst();
System.out.println(arr);
}
}
输出结果(可以看出来数组的长度在变化了)：
Array: size=10 , capacity=10
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
Array: size=11 , capacity=20
[0, 100, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
Array: size=12 , capacity=20
[-1, 0, 100, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
Array: size=11 , capacity=20
[-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
Array: size=10 , capacity=20
[-1, 0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9]
Array: size=9 , capacity=20
[0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9]
数组的底层实现就先写到这里，可以看出效果还是可以的，之后会继续基于数组来实现栈，队列。