【JAVA数据结构】List的基本用法
文章目录
- 一、简单认识泛型
-
- 1.什么是泛型
- 2.泛型的意义
- 3.泛型是如何编译的
- 4.泛型总结
- 二、包装类
-
- 1.什么是包装类
- 2.基本数据类型与对应的包装类型
- 3.装箱和拆箱
- 4.关于拆箱和装箱常见面试题
- 三、List的使用
-
- 1.ArrayList简单介绍
- 2.ArrayList使用
- 3.ArrayList的常见操作
- 4.ArrayList的遍历
- 5.ArrayList的扩容机制
- 总结
一、简单认识泛型
1.什么是泛型
Java 泛型（generics）是 JDK 5 中引入的一个新特性, 泛型提供了编译时类型安全检测机制，该机制允许程序员在编译时检测到非法的类型。
泛型的本质是参数化类型，也就是说所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。
怎么理解这句话呢？我们举个例子：
创建一个通用顺序表：
class MyArrayList{
private int[]elem;
private int usedSize;
public MyArrayList(){
this.elem=new int[10];
}
public void add(int val){
this.elem[usedSize]=val;
usedSize++;
}
public int get(int pos){
return this.elem[pos];
}
}
上面的顺序表看起来好像没什么问题，但细究，我们会发现这个顺序表存在以下问题
- 不通用，它只能存放int类型的数据。
- 我们想的是所有类型的数据都能存放
有同学说，我们可以添加一个Object，Object不是所有类 的父类吗？
class MyArrayList{
private Object[]elem;
private int usedSize;
public MyArrayList(){
this.elem=new Object[10];
}
public void add(Object val){
this.elem[usedSize]=val;
usedSize++;
}
public Object get(int pos){
return this.elem[pos];
}
}
这个顺序表貌似各种元素都能存放，但是也存在以下问题：
- 存放元素，不能指定存放什么元素，也就是说什么都可以放
- 每次取出数据，都需要强制类型转换。
但是我们想要的效果是这样的：
- 我们可以指定顺序表的类型
- 指定类型后，只能存放相应的数据类型
- 取数据的时候，不进行类型转换
很简单，使用泛型。
class MyArrayList<E>{
在顺序表上添加<E>，这代表当前类是一个泛型类，而这个E本质上仅仅是一个占位符
}
那么当我引用的时候，就变成了这样，可以把类型作为参数传递：
public static void main(String[] args) {
MyArrayList<String> myArrayList1=new MyArrayList<>();
MyArrayList<Integer> myArrayList2=new MyArrayList<>();
}
这就是一开始所说的，泛型把类型参数化了。
那么我们使用泛型之后，一开始的代码就需要更改了：
class MyArrayList<E>{
private E[]elem;
private int usedSize;
public MyArrayList(){
//this.elem=new E[10];//泛型不能实例化对象
}
public void add(E val){
this.elem[usedSize]=val;
usedSize++;
}
public E get(int pos){
return this.elem[pos];
}
}
【注意】上面注释，泛型不能实例化
2.泛型的意义
- 增加编译期间的类型检查
- 取消类型转换的使用
3.泛型是如何编译的
- 泛型是一种编译时期的机制——擦除机制
Java 语言中的泛型，它只在程序源码中存在，在编译后的字节码文件中，就已经替换为原来的原生类型（RawType，也称为裸类 型）了，并且在相应的地方插入了强制转型代码，因此，对于运行期的 Java 语言来说，ArrayList＜int＞与 ArrayList＜String＞就是同一 个类
将一段 Java 代码编译成 Class 文件，然后再用字节码反编译工具进行反编译后，将会发现泛型都不见了，程序又变回了 Java 泛型 出现之前的写法，因为泛型类型都变回了原生类型
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4.泛型总结
- 泛型是为了解决某些容器、算法等代码的通用性而引入，并且能在编译期间做类型检查。
- 泛型利用的是 Object 是所有类的祖先类，并且父类的引用可以指向子类对象的特定而工作。
- 泛型是一种编译期间的机制，即 MyArrayList 和 MyArrayList 在运行期间是一个类型
- 泛型是 java 中的一种合法语法，标志就是尖括号 <>
二、包装类
1.什么是包装类
我们知道，Object 引用可以指向任意类型的对象，但有例外出现了，8 种基本数据类型不是对象，那岂不是刚才的泛型机制要失效了？
实际上也确实如此，为了解决这个问题，java 引入了一类特殊的类，即这 8 种基本数据类型的包装类，在使用过程中，会将类似 int 这样的值包装到一个对象中去。
2.基本数据类型与对应的包装类型
| 基本数据类型 | 包装类型 |
|---|---|
| byte | Byte |
| boolean | Boolean |
| short | Short |
| char | Character |
| int | Integer |
| long | Long |
| float | Float |
| double | Double |
常用的包装类可以分为三类：Character、Number、Boolean，继承结构图如下：
3.装箱和拆箱
装箱：
基本类型向对应的包装类转换称为装箱，例如把 char包装成 Character类的对象。
Character i = Character.valueOf(1); //手动装箱
Character j = 1; //自动装箱
拆箱：
包装类向对应的基本类型转换称为拆箱，例如把 Integer 类的对象重新简化为 int。
Integer a= new Integer(1);
int a1= a; //自动拆箱
int a2= a.intValue(); //手动拆箱
4.关于拆箱和装箱常见面试题
equals方法比较的是真正的值，基本数据类型和包装类比较时，会先把基本数据类型包装成对应的包装类型，再进行比较。
double a= 0.1;
Double b= new Double(0.1);
Double c= new Double(0.1);
System.out.println(a.equals(b)); //true 2个包装类比较，比较的是包装的基本数据类型的值
System.out.println(b.equals(a)); //true 基本数据类型和包装类型比较时，会先把基本数据类型包装后再比较
==（双等号）
对于基本数据类型，（双等号）比较的是值，而对于包装类型，（双等号）比较的则是2个对象的内存地址。
double a= 0.1;
Double b= new Double(0.1);
Double c= new Double(0.1);
System.out.println(b== c); //false ,new出来的都是新的对象
System.out.println(b== a); //true ,基本数据类型和包装类比较，会先把包装类拆箱
new出来的都是新的对象。2个新的对象内存地址不同，那么==号比较的结果肯定是false。
基本数据类型和包装类型比较时，会先把包装类拆箱再进行值比较（和equals是反的）
3:
Double a= Double.valueOf(0.1);
Double b= Double.valueOf(0.1);
System.out.println(a== b); //false valueOf方法内部实际上也是new
valueOf内部也是用的new方法来构造对象的。2个new出来的对象，内存地址肯定是不一样的。
接着来看下一个陷阱：
public static void main(String[] args) {
System.out.println(Integer.valueOf(1) ==Integer.valueOf(1)); //true
System.out.println(Integer.valueOf(999) ==Integer.valueOf(999)); //false
}
看到结果，你可能很疑惑，我们看看源码：
1.查看Integer.valueOf方法的源码
可以看到，当i的值在low和high范围内是，返回的是一个cache里的Integer对象。
2.追踪IntegerCache.cache的源码：
可以看到从-128到到127之间的值都被缓存到cache里了。这个叫做包装类的缓存。
Java对部分经常使用的数据采用缓存技术，在类第一次被加载时换创建缓存和数据。当使用等值对象时直接从缓存中获取，从而提高了程序执行性能。（通常只对常用数据进行缓存）
Integer默认缓存是-128到127之间的对象，上限127可以通过修改JVM参数来更改。
回到我们的示例代码中，可以看到Integer.valueOf(1)是会直接从缓存中去取被缓存的同一个对象，所以比较的值是true。而Integer.valueOf(999)是缓存范围外的值，那么就会new一个新的对象出来，所以比较的结果是false。
实际上，包装类中整数型的类型基本上都有缓存数据。可以通过阅读源码了解。不过只有Integer类可以通过修改JVM参数来更改缓存上限。
其他类型的缓存范围为：
- Integer类型有缓存-128-127的对象。缓存上限可以通过配置jvm更改
- Byte,Short,Long类型有缓存(-128-127)
- Character缓存0-127
- Boolean缓存TRUE、FALSE
尤其需要特别注意的是，只有valueOf方法构造对象时会用到缓存，new方法等不会使用缓存！
这部分更详细的内容可以参考借鉴参考的文章：深入浅出JAVA包装类及面试题陷阱
三、List的使用
1.ArrayList简单介绍
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：
- ArrayList实现了RandomAccess接口，表明ArrayList支持随机访问
- ArrayList实现了Cloneable接口，表明ArrayList是可以clone的 3. ArrayList实现了Serializable接口，表明ArrayList是支持序列化的
- 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 - 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使用
我们通过IDEA点击进去ArrayList可以发现其有三种方法：
public static void main(String[] args) {
// ArrayList创建，推荐写法
// 构造一个空的列表
List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
// 构造一个具有10个容量的列表
List<Integer> list2 = new ArrayList<>(10);
list2.add(1);
list2.add(2);
list2.add(3);
// list2.add("hello"); // 编译失败，List已经限定了，list2中只能存储整形元素
// list3构造好之后，与list中的元素一致
ArrayList<Integer> list3 = new ArrayList<>(list2);
// 避免省略类型，否则：任意类型的元素都可以存放，使用时将是一场灾难
List list4 = new ArrayList();
list4.add("111"); list4.add(100);
}
3.ArrayList的常见操作
ArrayList虽然提供的方法比较多，但是常用方法如下所示，需要用到其他方法时，同学们自行查看ArrayList的帮助文档。
| 方法 | 解释 |
|---|---|
| boolean add(E e) | 尾插 e |
| void add(int index, E element) | 将 e 插入到 index 位置 |
| boolean addAll(Collection c) | 尾插 c 中的元素 |
| E remove(int index) | 删除 index 位置元素 |
| boolean remove(Object o) | 删除遇到的第一个 o |
| E get(int index) | 获取下标 index 位置元素 |
| E set(int index, E element) | 将下标 index 位置元素设置为 element |
| void clear() | 清空 |
| boolean contains(Object o) | 判断 o 是否在线性表中 |
| int indexOf(Object o) | 返回第一个 o 所在下标 |
| int lastIndexOf(Object o) | 返回最后一个o的下标 |
| List subList(int fromIndex, int toIndex) | 截取部分list |
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")); System.out.println(list.lastIndexOf("JavaSE"));
// 使用list中[0, 4)之间的元素构成一个新的ArrayList返回
List<String> ret = list.subList(0, 4);
System.out.println(ret);
list.clear();
System.out.println(list.size());
}
4.ArrayList的遍历
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list2 = new ArrayList<>();
list2.add("我");
list2.add("无敌");
list2.add("存在");
System.out.println(list2);
System.out.println("================");
// 使用下标+for遍历
for (int i = 0; i < list2.size(); i++) {
System.out.print(list2.get(i) + " ");
}
System.out.println();
System.out.println("==================");
// 借助foreach遍历
for (String s : list2) {
System.out.print(s + " ");
}
//迭代器打印
System.out.println();
System.out.println("========迭代器打印==========");
Iterator<String> it = list2.iterator();
while (it.hasNext()) {
System.out.print(it.next() + " ");
}
//迭代器List相关打印
System.out.println();
System.out.println("========迭代器List相关打印==========");
ListIterator<String> it2 = list2.listIterator();
while (it2.hasNext()) {
System.out.print(it2.next() + " ");
}
}
有同学看到上面可能有疑问，Iterator与ListIterator都可以迭代输出，那么二者有什么区别呢？
Iterator和ListIterator主要区别在以下方面：
-
ListIterator有add()方法，可以向List中添加对象，而Iterator不能
-
ListIterator和Iterator都有hasNext()和next()方法，可以实现顺序向后遍历，但是ListIterator有hasPrevious()和previous()方法，可以实现逆向（顺序向前）遍历。Iterator就不可以。
-
ListIterator可以定位当前的索引位置，nextIndex()和previousIndex()可以实现。Iterator没有此功能。
-
都可实现删除对象，但是ListIterator可以实现对象的修改，set()方法可以实现。Iierator仅能遍历，不能修改。
因为ListIterator的这些功能，可以实现对LinkedList等List数据结构的操作。其实，数组对象也可以用迭代器来实现。
更详细内容可以参考这篇文章：Iterator和ListIterator区别
这里还有一个点需要注意：
我们在用迭代删除(Iterator.remove())时，可能会因为没有“it.next();”这一行， 抛出java.lang.IllegalStateException异常，原因是通过Iterator来删除集合中某一个不满足条件的元素时，
首先需要使用next方法迭代出集合中的元素 ，然后才能调用remove方法，否则集合可能会因为对同一个Iterator remove了多次而抛出java .lang.IllegalStateException异常。
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list2 = new ArrayList<>();
list2.add("我");
list2.add("无敌");
list2.add("存在");
System.out.println();
System.out.println("========迭代器List相关打印==========");
ListIterator<String> it2 = list2.listIterator();
while (it2.hasNext()) {
String ret = it2.next();
if(ret.equals("hello")) {
it2.remove();//首先需要使用next方法迭代出集合中的元素 ，然后才能调用remove方法
}else {
System.out.print(ret + " ");
}
}
}
5.ArrayList的扩容机制
ArrayList是List接口的实现类，它是支持根据需要而动态增长的数组。java中标准数组是定长的，在数组被创建之后，它们不能被加长或缩短。这就意味着在创建数组时需要知道数组的所需长度，但有时我们需要动态程序中获取数组长度。ArrayList就是为此而生的。
详细内容参照：ArrayList的扩容机制
因此，了解它的扩容机制对使用它尤为重要。
ArrayList扩容发生在add()方法调用的时候，下面是add()方法的源码:
点进去add（）方法的源码：
根据意思可以看出ensureCapacityInternal()是用来扩容的，形参为最小扩容量，进入此方法后：
通过方法calculateCapacity(elementData, minCapacity)获取：
如果传入的是个空数组则最小容量取默认容量与minCapacity之间的最大值
ensureExplicitCapacity方法可以判断是否需要扩容：
如果最小需要空间比elementData的内存空间要大，则需要扩容
接下来重点来了，ArrayList扩容的关键方法grow():
解析：
从此方法中我们可以清晰的看出其实ArrayList扩容的本质就是计算出新的扩容数组的size后实例化，并将原有数组内容复制到新数组中去。
到此扩容就基本完成了。
总结
害，不知该怎么办，人生最难的就是选择，还有坚持！不管怎么说，先一步一步做好该做好的事情。