动手编写—动态数组（Java实现）

数组基础回顾

1、数组是一种常见的数据结构，用来存储同一类型值的集合

2、数组就是存储数据长度固定的容器，保证多个数据的数据类型要一致

3、数组是一种顺序存储的线性表，所有元素的内存地址是连续的

4、例如：new 一个int基本类型的数组array

• int[] array = new int[]{11,22,33};
  

• 

5、数组的优势与劣势

• 数组具有很高的随机访问能力，通过数组下标就可以读取对应的值
• 数组在插入与删除元素时，会导致大量的元素移动
• 数组的长度是固定的，无法动态扩容，在实际开发中，我们更希望数组的容量是可以动态改变的
• 总结——数组适用于读操作多，写操作少的场景

自定义动态数组

动态数组的设计

/**
  * 元素的数量
  */
protected int size;
/**
  * 数组所有元素及内存地址指向
  */
private E[] elements;

图示结构：

抽象父类接口设计

将动态数组与链表共同的属性与方法抽取出，作为抽象类，提高复用性

抽象父类接口——List

public interface List {

    //查无元素的返回标志
    int ELEMENT_NOT_FOUND = -1;
    
    /**
     * 元素的数量
     * @return
     */
    int size();

    /**
     * 是否为空
     * @return
     */
    boolean isEmpty();

    /**
     * 设置index位置的元素
     * @param index
     * @param element
     * @return 原来的元素ֵ
     */
    E set(int index, E element);

    /**
     * 获取index位置的元素
     * @param index
     * @return
     */
    E get(int index);

    /**
     * 是否包含某个元素
     * @param element
     * @return
     */
    boolean contains(E element);

    /**
     * 查看元素的索引
     * @param element
     * @return
     */
    int indexOf(E element);

    /**
     * 添加元素到尾部
     * @param element
     */
    void add(E element);


    /**
     * 在index位置插入一个元素
     * @param index
     * @param element
     */
    void add(int index, E element);

    /**
     * 删除index位置的元素
     * @param index
     * @return
     */
    E remove(int index);

    /**
     * 删除指定元素
     * @param element
     * @return
     */
    public E remove(E element);

    /**
     * 清除所有元素
     */
    void clear();

抽象父类设计

抽象父类AbstractList是对接口List的实现

public abstract class AbstractList implements List  {
    /**
     * 元素的数量
     */
    protected int size;

    /**
     * 元素的数量
     * @return
     */
    public int size() {
        return size;
    }

    /**
     * 是否为空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    /**
     * 是否包含某个元素
     * @param element
     * @return
     */
    public boolean contains(E element) {
        return indexOf(element) != ELEMENT_NOT_FOUND;
    }

    /**
     * 添加元素到尾部
     * @param element
     */
    public void add(E element) {
        add(size, element);
    }

    /**
     * 非法索引访问数组异常
     * @param index
     */
    protected void outOfBounds(int index) {
        throw new IndexOutOfBoundsException("Index:" + index + ", Size:" + size);
    }

    /**
     * 索引检查函数
     * @param index
     */
    protected void rangeCheck(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            outOfBounds(index);
        }
    }

    /**
     * 数组添加元素的索引检查函数
     * @param index
     */
    protected void rangeCheckForAdd(int index) {
        //index > size,元素可以添加在数组size位置，即数组尾部下一存储单元
        if (index < 0 || index > size) {
            outOfBounds(index);
        }
    }
}

动态数组之DynamicArray

public class DynamicArray extends AbstractList {

    /**
     * 数组所有元素及内存地址指向
     */
    private E[] elements;

    //数组的默认初始化值
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    /**
     * 带参构造函数，参数是数组初始化值
     * @param capacity
     */
    public DynamicArray(int capacity) {

        //如果传入的capacity>默认初始值，取capacity，否则取默认值
        capacity = Math.max(capacity, DEFAULT_CAPACITY);
        //通过new Object[]，动态数组可以实现多对象化
        elements = (E[]) new Object[capacity];
    }

    /**
     * 构造函数，将数组初始化
     */
    public DynamicArray() {
        this(DEFAULT_CAPACITY);
    }

    /**
     * 设置index位置的元素值
     * @param index
     * @param element
     * @return old
     */
    public E set(int index,E element){
        //检查索引是否合法
        rangeCheck(index);

        //
        E old = elements[index];
        elements[index] = element;
        return old;
    }

    /**
     * 获取数组index位置的元素
     * @param index
     * @return elements[index];
     */
    public E get(int index){
        rangeCheck(index);
        return elements[index];
    }

    /**
     * 查看元素的索引
     * @param element
     * @return
     */
    public int indexOf(E element){
        //如果元素为空，单独判断，防止NPE
        if (element == null){
            for (int i = 0;i < size;i++){
                if (elements[i] == null) return i;
            }
        }else {
        //元素不为空
            for (int i = 0;i < size;i++){
                if (element.equals(elements[i])) return i;
            }
        }
        //查无此元素
        return ELEMENT_NOT_FOUND;
    }

    /**
     * 添加元素到数组指定位置
     * @param index
     * @param element
     */
    public void add(int index,E element){
        //检查索引是否合法
        rangeCheckForAdd(index);
        //检查数组容量是否足够
        ensureCapacity(size + 1);

        for (int i = size;i > index;i--){
            elements[i] = elements[i - 1];
        }
        elements[index] = element;
        size++;
    }

    /**
     * 删除指定元素
     * @param element
     * @return
     */
    public E remove(E element){
        //调用indexOf获取索引，通过索引删除指定元素
        return remove(indexOf(element));
    }

    /**
     * 删除指定index位置的元素
     * @param index
     * @return
     */
    public E remove(int index){
        //检查索引是否合法
        rangeCheck(index);

        E old = elements[index];
        for (int i = index + 1;i < size;i++){
            elements[i - 1] = elements[i];
        }
        //将数组原来尾部最后的元素所在的位置置为null，释放原来地址引用对应的对象内存
        elements[--size] = null;
        //检测是否需要缩容
        trim();
        return old;
    }

    /**
     * 清除所有元素
     */
    public void clear() {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            elements[i] = null;
        }
        size = 0;
    }

    /**
     * 保证要有capacity的容量
     * @param capacity
     */
    private void ensureCapacity(int capacity){
        int oldCapacity = elements.length;
        //如果数组容量足够，return
        if (oldCapacity >= capacity) return;

        //否则的话，数组扩容，数组扩容1.5倍
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        E[] newElements = (E[]) new Object[newCapacity];
        //将原有数组元素复制到新数组中
        for (int i = 0;i < size;i++){
            newElements[i] = elements[i];
        }
        //指向新数组
        elements = newElements;
        System.out.println(oldCapacity + "扩容为" + newCapacity);
    }

    /**
     * 重写toString函数，打印数组
     * @return
     */
    @Override
    public String toString() {
        // size=3, [99, 88, 77]
        StringBuilder string = new StringBuilder();
        string.append("size=").append(size).append(", [");
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (i != 0) {
                string.append(", ");
            }
            string.append(elements[i]);
        }
        string.append("]");
        return string.toString();
    }
}

补充数组缩容

在每次删除数组元素时及清空数组时，进行缩容检查

/**
 * 如果内存使用比较紧张，动态数组有比较多的剩余空间，可以考虑进行缩容操作
 * 例如：经过扩容后的数组很大，在经过删除操作后，数组元素数量不多，而数组所占空间够大
 * 比如剩余空间占总容量的一半时，就进行缩容 (规则可以自定义)
 */
private void trim(){
    int oldCapacity = elements.length;
    int newCapacity = oldCapacity >> 1;

    //如果元素的数量大于缩容后数组长度，或者小于初始量，不进行缩容操作
    if (size >= (newCapacity) || size <= DEFAULT_CAPACITY) return;;

    // 剩余空间还很多
    E[] newElements = (E[]) new Object[newCapacity];
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        newElements[i] = elements[i];
    }
    elements = newElements;

    System.out.println(oldCapacity + "缩容为" + newCapacity);
}

/**
 * 清除所有元素
 */
public void clear() {

    // 数组清空，应该根据情况缩容，避免内存浪费
    if (elements != null && elements.length > DEFAULT_CAPACITY) {
        elements = (E[]) new Object[DEFAULT_CAPACITY];
    }else {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            elements[i] = null;
        }
    }
    size = 0;
}

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