线性表数据结构解读（一）顺序存储结构ArrayList
线性表
线性表：零个或多个具有相同类型的数据元素的有限序列。数据元素的个数称为线性表的长度。
A=(a1,a2,……ai-1,ai,ai+1,……，an); ● A代表一个线性表
● ai(1<=i<=n)成为线性表的元素，i为元素的下标，表示该元素在线性表中的位置
● 线性表中n为表长，其中n>=0
● 长度等于零时称为空表，通常记为：L＝( )
● 将元素ai-1成为元素ai的直前驱，将元素ai+1成为元素ai的直接后继。理解线性表的定义有以下要点
⑴ 序列——顺序性：元素具有线性顺序，第一个元素无前驱，最后一个元素无后继，其他每个元素有且仅有一个前驱和一个后继。
⑵ 有限——有限性：元素个数有限，在计算机中处理的对象都是有限的。
⑶ 相同类型——相同性：元素取自于同一个数据对象，这意味着每个元素占用相同数量的存储单元。
⑷ 元素类型不确定——抽象性：数据元素的类型是抽象的、不具体的，需要根据具体问题确定。线性表的操作
建表（初始化）、求表长、查找、插入、删除线性表的存储结构
包括顺序存储结构和链式存储结构两种，因此可以将线性表分为顺序表和链表两大类本篇博文我们来一起学习下顺序存储结构。
顺序存储结构
定义：线性表在顺序存储形式下构成的表。
线性表的顺序存储结构具有两个基本特点
① 线性表中所有元素所占的存储空间是连续的；
② 线性表中各数据元素在存储空间中是按逻辑顺序依次存放的。假设线性表中的第一个数据元素的存储地址（即首地址）为 ADR(a1)，每一个数据元素占k个字节，则线性表中第i个元素ai在计算机存储空间中的存储地址为：ADR(ai)=ADR(a1)+(i-1)k
例如：长度为n的线性表在计算机中的顺序存储结构
在程序设计语言中，通常定义一个一维数组来表示线性表的顺序存储空间。数组需要根据情况预设足够的大小，同时还需要一个变量指出线性表在数组中的当前状况，如元素个数或最后一个元素在数组中的位置等。这两方面的信息共同描述一个顺序表，可将它们封装在一起。
顺序存储结构的优缺点
优点：查询很快
缺点：插入和删除效率慢在Java中，我们常见具有代表性的顺序存储结构有很多，这里我们以ArrayList为例，进行分析，看看它内部是如何实现顺序存储结构的，由于源码过长，这里我们重点分析增删改查和迭代器方法。
构造方法
ArrayList提供了三个构造方法，可以构造一个默认初始容量为12的空列表和构造一个指定初始容量的空列表以及构造一个包含指定collection的元素的列表，这些元素按照该集合的迭代器返回它们的顺序排列。
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements Cloneable, Serializable, RandomAccess {
/**
* 最小容量值，Java中为10，android中为12
*/
private static final int MIN_CAPACITY_INCREMENT = 12;
/**
* 数组元素的长度
*/
int size;
/**
* ArrayList是基于数组的方式实现的
*/
transient Object[] array;
/**
* 创建一个指定带容量大小的ArrayList
*/
public ArrayList(int capacity) {
if (capacity < 0) {
throw new IllegalArgumentException("capacity < 0: " + capacity);
}
array = (capacity == 0 ? EmptyArray.OBJECT : new Object[capacity]);
}
/**
* 创建一个无参构造的ArrayList
*/
public ArrayList() {
array = EmptyArray.OBJECT;
}
/**
* 创建一个包含collection的ArrayList
*/
public ArrayList(Collectionextends E> collection) {// java的多态性
if (collection == null) {
throw new NullPointerException("collection == null");
}
Object[] a = collection.toArray();
if (a.getClass() != Object[].class) {
Object[] newArray = new Object[a.length];
System.arraycopy(a, 0, newArray, 0, a.length);
a = newArray;
}
array = a;
size = a.length;
}添加方法
/**
* 添加方法，添加到列表的尾部
*/
@Override public boolean add(E object) {
Object[] a = array;// 将array赋值给一个局部数组
int s = size;// 用局部的s获取长度
if (s == a.length) {// 如果现在的长度等于数组array的长度，那么空间满了，需要声明一个新数组
Object[] newArray = new Object[s +
(s < (MIN_CAPACITY_INCREMENT / 2) ?
MIN_CAPACITY_INCREMENT : s >> 1)];// s<6?12:6
System.arraycopy(a, 0, newArray, 0, s);// 把原来的数组拷贝到新的数组中来
array = a = newArray;
}
a[s] = object;// 把元素添加进来
size = s + 1;// 长度+1
modCount++;// 计量器，只要数组中元素动一下，它就+1
return true;
}
/**
* 添加方法，添加到指定位置
*
* @param index the index at which to insert the object.
* @param object the object to add.
* @throws IndexOutOfBoundsException
* when {@code location < 0 || location > size()}
*/
@Override public void add(int index, E object) {
Object[] a = array;
int s = size;
if (index > s || index < 0) {
throwIndexOutOfBoundsException(index, s);
}
// 当数组长度容量足够时，执行System.arraycopy方法实现数组的复制
if (s < a.length) {
System.arraycopy(a, index, a, index + 1, s - index);
} else {// 当数组容量不足时，进行扩容
// assert s == a.length;
// 创建新数组
Object[] newArray = new Object[newCapacity(s)];
// 将数据拷贝到新数组中，并移动位置
System.arraycopy(a, 0, newArray, 0, index);
System.arraycopy(a, index, newArray, index + 1, s - index);
array = a = newArray;
}
a[index] = object;
size = s + 1;
modCount++;
}
/**
* 添加方法，将容器中所有元素添加到此列表的尾部
* Adds the objects in the specified collection to this {@code ArrayList}.
* @param collection the collection of objects.
* @return {@code true} if this {@code ArrayList} is modified, {@code false}
* otherwise.
*/
@Override public boolean addAll(Collection collection) {
Object[] newPart = collection.toArray();
int newPartSize = newPart.length;
if (newPartSize == 0) {
return false;
}
Object[] a = array;
int s = size;
int newSize = s + newPartSize; // If add overflows, arraycopy will fail
if (newSize > a.length) {
int newCapacity = newCapacity(newSize - 1); // ~33% growth room
Object[] newArray = new Object[newCapacity];
System.arraycopy(a, 0, newArray, 0, s);
array = a = newArray;
}
System.arraycopy(newPart, 0, a, s, newPartSize);
size = newSize;
modCount++;
return true;
}删除方法
/**
* 删除列表中指定位置上的元素
* @param index the index of the object to remove.
* @return the removed object.
* @throws IndexOutOfBoundsException
* when {@code location < 0 || location >= size()}
*/
@Override public E remove(int index) {
Object[] a = array;
int s = size;
if (index >= s) {
throwIndexOutOfBoundsException(index, s);
}
@SuppressWarnings("unchecked") E result = (E) a[index];
// 将删除位置之后的元素向前挪动一个位置
System.arraycopy(a, index + 1, a, index, --s - index);
// 将数组末尾置空
a[s] = null;
size = s;
modCount++;
return result;
}
// 删除列表中首次出现的指定元素（如果存在）
@Override public boolean remove(Object object) {
Object[] a = array;
int s = size;
if (object != null) {
for (int i = 0; i < s; i++) {
if (object.equals(a[i])) {
System.arraycopy(a, i + 1, a, i, --s - i);
a[s] = null; // Prevent memory leak
size = s;
modCount++;
return true;
}
}
} else {
for (int i = 0; i < s; i++) {
if (a[i] == null) {
System.arraycopy(a, i + 1, a, i, --s - i);
a[s] = null; // Prevent memory leak
size = s;
modCount++;
return true;
}
}
}
return false;
}
修改方法
/**
* 修改方法
*
* @param index the index at which to put the specified object.
* @param object the object to add.
* @return the previous element at the index.
* @throws IndexOutOfBoundsException
* when {@code location < 0 || location >= size()}
*/
@Override public E set(int index, E object) {
Object[] a = array;// 给一个下标index，用object修改
if (index >= size) {
throwIndexOutOfBoundsException(index, size);
}
@SuppressWarnings("unchecked") E result = (E) a[index];
a[index] = object;
return result;
}
查找方法
/**
* 查找是否包含某个元素
*
* @param object the object to search for.
* @return {@code true} if {@code object} is an element of this
* {@code ArrayList}, {@code false} otherwise
*/
@Override public boolean contains(Object object) {
Object[] a = array;// 声明一个Object数组
int s = size;
if (object != null) {
for (int i = 0; i < s; i++) {// 全部遍历一遍，找到元素返回true
if (object.equals(a[i])) {
return true;
}
}
} else {// 没找到返回false
for (int i = 0; i < s; i++) {
if (a[i] == null) {
return true;
}
}
}
return false;
}迭代器
/**
* 每个List都会有一个迭代器，里面包含hasNext方法，remove方法，
*/
private class ArrayListIterator implements Iterator<E> {
/** Number of elements remaining in this iteration */
private int remaining = size;// 剩下来的数量，用全局变量数组的长度赋值
/** Index of element that remove() would remove, or -1 if no such elt */
private int removalIndex = -1;
/** The expected modCount value */
private int expectedModCount = modCount;
public boolean hasNext() {// 下面是否还有元素
return remaining != 0;
}
@SuppressWarnings("unchecked") public E next() {
ArrayList ourList = ArrayList.this;
int rem = remaining;
if (ourList.modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
if (rem == 0) {// 没有元素可以遍历了
throw new NoSuchElementException();
}
remaining = rem - 1;
return (E) ourList.array[removalIndex = ourList.size - rem];
}
public void remove() {// 用迭代器进行删除，实际上创建一个新数组，删除然后进行copy
Object[] a = array;
int removalIdx = removalIndex;
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
if (removalIdx < 0) {
throw new IllegalStateException();
}
System.arraycopy(a, removalIdx + 1, a, removalIdx, remaining);
a[--size] = null; // Prevent memory leak
removalIndex = -1;
expectedModCount = ++modCount;
}
}
@Override public int hashCode() {
Object[] a = array;
int hashCode = 1;
for (int i = 0, s = size; i < s; i++) {
Object e = a[i];
hashCode = 31 * hashCode + (e == null ? 0 : e.hashCode());
}
return hashCode;
}
// 判断两个对象是否相等
@Override public boolean equals(Object o) {
if (o == this) {
return true;
}
if (!(o instanceof List)) {
return false;
}
List that = (List) o;
int s = size;
if (that.size() != s) {
return false;
}
Object[] a = array;
if (that instanceof RandomAccess) {
for (int i = 0; i < s; i++) {
Object eThis = a[i];
Object ethat = that.get(i);
if (eThis == null ? ethat != null : !eThis.equals(ethat)) {
return false;
}
}
} else { // Argument list is not random access; use its iterator
Iterator it = that.iterator();
for (int i = 0; i < s; i++) {
Object eThis = a[i];
Object eThat = it.next();
if (eThis == null ? eThat != null : !eThis.equals(eThat)) {
return false;
}
}
}
return true;
} 其他方法
/**
* 清空ArrayList集合中所有元素，使用Arrays.fill方法，将其填充为null
* @see #isEmpty
* @see #size
*/
@Override public void clear() {
if (size != 0) {
Arrays.fill(array, 0, size, null);
size = 0;
modCount++;
}
}
/**
* 克隆方法，由于ArrayList实现了Cloneable接口，所以能被克隆
*
* @return a shallow copy of this {@code ArrayList}
* @see java.lang.Cloneable
*/
@Override public Object clone() {
try {
ArrayList result = (ArrayList) super.clone();
result.array = array.clone();
return result;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new AssertionError();
}
}
/**
* 创建一个新的Object数组，把array中的元素拷贝到数组中，然后返回
* @return an array of the elements from this {@code ArrayList}
*/
@Override public Object[] toArray() {
int s = size;
Object[] result = new Object[s];
System.arraycopy(array, 0, result, 0, s);
return result;
}通过源码分析，我们可以看出ArrayList是基于数组实现的，是一个动态数组，其容量能自动增长；我们可以通过下标索引直接查找到指定位置的元素，因此查找效率高，但每次插入或删除元素，就要大量地移动元素，因此插入删除元素的效率低。
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