数据结构：ArrayList类和顺序表
文章目录
- 1.前言
- 2.ArrayList常见的操作
- 3.模拟实现ArrayList
-
- 3.1模拟实现add方法
- 3.2模拟实现indexOf方法
- 3.3模拟实现 get 和 set 方法
- 3.4模拟实现remove方法
- 3.5模拟实现 size 和 clear 方法
- 4.ArrayList类的基础使用
-
- 4.1一段入门代码
- 4.2一道经典题目
- 5.简谈顺序表的优缺点
- 6.代码存放地址
1.前言
学前须知：
- ArrayList类底层是实现是使用顺序表来实现的，本文是先通过顺序表来模拟实现ArrayList类，再通过使用ArrayList类来编写一些代码案例，以达到熟练掌握ArrayList类和顺序表相关知识点。
- 顺序表本质上其实就是用数组来实现的。
2.ArrayList常见的操作
在模拟实现ArrayList类之前，我们先要知道ArrayList类中有哪些常见操作，才能有针对性地对类中的这些方法进行模拟实现。
| 方法 | 操作 |
|---|---|
| add(int data) | 在顺序表中的最后位置添加数据 |
| add(int pos, int data) | 在顺序表最后指定位置处添加数据 |
| indexOf(int toFind) | 查找顺序表最后的某个元素返回其下标 |
| get(int pos) | 获取pos位置上的元素 |
| set(int pos, int value) | 将pos位置上的元素替换成value值 |
| remove(int key) | 删除顺序表中的某个数据 |
| clear() | 清空顺序表 |
注意:
（1）ArrayList是一个动态类型的顺序表，也就是说，当顺序表为满的时候，插入元素会自动对顺序表进行扩容。
（2）换句话说，接下来准备实现的顺序表中，也是需要手动对顺序表（数组）在必要的时候（数组为满时）进行扩容。
3.模拟实现ArrayList
3.1模拟实现add方法
add方法是在顺序表（数组）中最后位置处添加数据。
add方法可分为两种情况：一是直接在顺序表后面直接添加数据；二是在顺序表中指定位置处添加数据。
情况一：先判断顺序表是否是满的，如若是满，则需要先对这个顺序表进行扩容；如若不满，则直接在最后处添加即可。
/**
* 判断该顺序表是否为满
* @return
*/
private boolean isFull(){
return this.usedSize==this.elem.length;
}
/**
* 在顺序表中的最后位置添加数据
* @param data
*/
public void add(int data){
if(isFull()){
this.elem= Arrays.copyOf(this.elem,2*this.elem.length);
}
this.elem[this.usedSize]=data;
this.usedSize++;
}
情况二：除了需要像上面情况一一样判断顺序表为满，如若是满，则需要对顺序表进行扩容；除此之外，还需要判断指定下标是否合法（越界）。其中，在插入数据的时候，在插入数据的位置开始，往后的元素都需要先向后移动一个元素，再将需要插入的元素插入到该指定位置处即可。
/**
* 判断该顺序表是否为满
* @return
*/
private boolean isFull(){
return this.usedSize==this.elem.length;
}
/**
* 判断输入下标的有效性
* @param pos
* @return
*/
private boolean checkPosInAdd(int pos){
if(pos<0||pos>this.usedSize){
return false;
}
return true;
}
/**
* 在顺序表指定位置处添加数据
* @param pos
* @param data
*/
public void add(int pos, int data){
if(!checkPosInAdd(pos)){
throw new MyArrayListIndexOutException("输入下标不合法");
}
if(isFull()){
this.elem= Arrays.copyOf(this.elem,2*this.elem.length);
}
for (int i = this.usedSize-1; i >= pos; i--) {
this.elem[i+1]=this.elem[i];
}
this.elem[pos]=data;
this.usedSize++;
}
3.2模拟实现indexOf方法
indexOf方法是查找顺序表中的某个元素并返回其下标。
该方法的实现并不是很难，直接上代码：
/**
* 查找顺序表中的某个元素返回其下标
* @param toFind
* @return
*/
public int indexOf(int toFind){
for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
if(this.elem[i]==toFind){
return i;
}
}
return -1;
}
3.3模拟实现 get 和 set 方法
get方法是获取顺序表中某个位置上的元素；set方法是更新顺序表中某个位置上的元素。
（1）get方法：需要先判断输入的下标是否是合法的，以及对顺序表的判断，判断其是否为空，再进行获取指定元素的操作。
/**
* 判断输入下标的有效性
* @param pos
* @return
*/
private boolean checkPosInAdd(int pos){
if(pos<0||pos>this.usedSize){
return false;
}
return true;
}
/**
* 判断顺序表时候为空
* @return
*/
private boolean isEmpty(){
return this.usedSize==0;
}
/**
* 获取pos位置上的元素
* @param pos
* @return
*/
public int get(int pos){
if(!checkPosInAdd(pos)){
throw new MyArrayListIndexOutException("输入下标不合法");
}
if(isEmpty()){
throw new MyArrayListEmptyException("顺序表为空");
}
return this.elem[pos];
}
（2）set方法：也是一样需要先判断输入的下标是否是合法的，以及对顺序表的判断，判断其是否为空，再进行更新指定元素的操作。
/**
* 判断输入下标的有效性
* @param pos
* @return
*/
private boolean checkPosInAdd(int pos){
if(pos<0||pos>this.usedSize){
return false;
}
return true;
}
/**
* 判断顺序表时候为空
* @return
*/
private boolean isEmpty(){
return this.usedSize==0;
}
/**
* 将pos位置上的元素替换成value值
* @param pos
* @param value
*/
public void set(int pos, int value){
if(!checkPosInAdd(pos)){
throw new MyArrayListIndexOutException("输入下标不合法");
}
if(isEmpty()){
throw new MyArrayListEmptyException("顺序表为空");
}
this.elem[pos]=value;
}
3.4模拟实现remove方法
remove方法是用来删除顺序表中的某个元素（数据）。
步骤一：判断顺序表是否是空的，如若是空的，则无需进行删除操作。
步骤二：使用前面已经有的indexOf方法，找出所要删除元素的下标，找不到则无需进行下面的删除操作。
步骤三：以所要删除元素的下标为起始点，将后面的所有元素都向前挪一格即可，最后将usedSize加1。
/**
* 查找顺序表中的某个元素返回其下标
* @param toFind
* @return
*/
public int indexOf(int toFind){
for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
if(this.elem[i]==toFind){
return i;
}
}
return -1;
}
/**
* 判断顺序表时候为空
* @return
*/
private boolean isEmpty(){
return this.usedSize==0;
}
/**
* 删除顺序表中的某个数据
* @param key
*/
public void remove(int key){
if(isEmpty()){
throw new MyArrayListEmptyException("顺序表为空");
}
int index=indexOf(key);
if(index==-1){
System.out.println("顺序表中不存在这个数据");
return;
}
for (int i = index; i < this.usedSize-1; i++) {
this.elem[i]=this.elem[i+1];
}
this.usedSize--;
}
3.5模拟实现 size 和 clear 方法
size方法是显示顺序表的长度；clear方法是清空顺序表。（这两个方法都只需对usedSize进行操作即可）
（1）size方法：直接返回usedSize的值即可。
/**
* 显示顺序表的长度
* @return
*/
public int size(){
return this.usedSize;
}
（1）get方法：直接将usedSize的值置为0即可。
/**
* 清空顺序表
*/
public void clear(){
this.usedSize=0;
}
这样就将顺序表中的一些常用方法都模拟实现出来了。
4.ArrayList类的基础使用
4.1一段入门代码
在模拟实现完顺序表之后，接下来就是看看ArrayList的基础使用，在实际写代码的过程中，我们基本都是直接使用ArrayList这个类来实现的，前面的模拟实现是让我们更好地、更深入地理解下面使用ArrayList类的使用代码。
示例代码如下：
public class Main {
public static void main1(String[] args) {
MyArraylist myArraylist=new MyArraylist();
myArraylist.add(2);
myArraylist.add(3);
myArraylist.add(4);
myArraylist.display();
myArraylist.add(2,99);
myArraylist.display();
myArraylist.set(2,98);
myArraylist.display();
System.out.println(myArraylist.size());
System.out.println(myArraylist.indexOf(3));
}
}
运行结果：
4.2一道经典题目
对于ArrayList类这部分的题目中，有一道比较经典的题目 —— 杨辉三角（此处点开前往LeetCode提前刷此题）。
步骤一：将杨辉三角第一行是保证整个杨辉三角能够往下写的条件，较为特殊，单独处理，直接添加数字1即可。
步骤二：在杨辉三角每一行头尾处的数字都保证是1，然后将每一行中间部分的每一个位置的数字都添加上一行该位置（j）的数据加上上一行该位置前面（j-1）的数据。
步骤三：将每一行已经添加下来的数据都存到ret中即可。
class Solution {
public List<List<Integer>> generate(int numRows) {
List<List<Integer>> ret=new ArrayList<>();
List<Integer> one=new ArrayList<>();
one.add(1);
ret.add(one);
for(int i=1;i<numRows;i++){
List<Integer> curRow=new ArrayList<>();
List<Integer> preRow=ret.get(i-1);
curRow.add(1);
for(int j=1;j<i;j++){
curRow.add(preRow.get(j)+preRow.get(j-1));
}
curRow.add(1);
ret.add(curRow);
}
return ret;
}
}
5.简谈顺序表的优缺点
顺序表经常会与后面学到的链表做对比，两者的优缺点是互补的。这里先简单地讲讲顺序表这一部分：
（1）顺序表对于数据的插入和删除（更新）效率都是比较低的，时间复杂度达到O(n)，相对于后面学到的链表时间复杂度是偏大的，所以这是其缺点之一。
（2）顺序表在插入数据的时候，可能会出现空间不足的情况，然而这时候往往就需要对顺序表进行扩容操作，这样有可能会造成一部分空间未被利用而导致空间浪费，这也是其缺点之一，到后面学习到的链表中则不会出现此类问题。
（3）顺序表对于数据的查找效率是非常高的，这也是顺序表的一大亮点，可以直接通过下标来找到顺序表的的某一个数据，时间复杂度仅为O(1)，相比于链表的O(n)有了明显的提升，所以，这是其优点之一。
6.代码存放地址
本文中涉及到的全部代码都提交在此处，需要的可到此查看：顺序表完整代码。