关于对Arraylist的初步认识

痛定思痛。 2024-04-03 09:11 91阅读 0赞

【本节目标】

1. 线性表

2. 顺序表

3. ArrayList的简介

4. ArrayList使用

5. ArrayList的扩容机制

6. 扑克牌

1.线性表

线性表（linear list）是n个具有相同特性的数据元素的有限序列。 线性表是一种在实际中广泛使用的数据结

构，常见的线性表：顺序表、链表、栈、队列...

线性表在逻辑上是线性结构，也就说是连续的一条直线。但是在物理结构上并不一定是连续的，线性表在物

理上存储时，通常以数组和链式结构的形式存储。

2.顺序表

顺序表是用一段物理地址连续的存储单元依次存储数据元素的线性结构，一般情况下采用数组存储。在数组上完成

数据的增删查改

ArrayList是实现了List接口的一个普通类，用Arraylist创建对象时可以被理解为一个动态的顺序表

3. ArrayList简介

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:

![8969639079c2410a8127b5e1db5c5461.png][]

【说明】

1. ArrayList实现了RandomAccess接口，表明ArrayList支持随机访问

2. 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

4. 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

5. 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

4. ArrayList使用

4.1 ArrayList的构造

![46aee1e11f0e4b1498d2adddc59ae083.png][]

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<Integer>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);

4.2 ArrayList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。

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());

4.3 ArrayList的遍历

ArrayList 可以使用三方方式遍历：for循环+下标、foreach、使用迭代器

public static void main(String\[\] args) \{

List<Integer> list = new ArrayList<>();

list.add(1);

list.add(2);

list.add(3);

list.add(4);

list.add(5);

**// 使用下标+for遍历**

for (int i = 0; i < list.size(); i++) \{

System.out.print(list.get(i) + " ");

System.out.println();

**// 借助foreach遍历**

for (Integer integer : list) \{

System.out.print(integer + " ");

System.out.println();

**// 借助迭代器遍历**

Iterator<Integer> it = list.listIterator();

while(it.hasNext())\{

System.out.print(it.next() + " ");

System.out.println();

4.4 ArrayList的扩容机制

下面代码有缺陷吗？为什么？

public static void main(String\[\] args) \{

List<Integer> list = new ArrayList<>();

for (int i = 0; i < 100; i++) \{

list.add(i);

**ArrayList是一个动态类型的顺序表，即：在插入元素的过程中会自动扩容：以下是ArrayList源码中扩容方式：**

Object\[\] elementData; // 存放元素的空间

private static fifinal Object\[\] DEFAULTCAPACITY\_EMPTY\_ELEMENTDATA = \{\}; // 默认空间

private static fifinal int DEFAULT\_CAPACITY = 10; // 默认容量大小

public boolean add(E e) \{

ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!

elementData\[size++\] = e;

return true;

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) \{

ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));

private static int calculateCapacity(Object\[\] elementData, int minCapacity) \{

if (elementData == DEFAULTCAPACITY\_EMPTY\_ELEMENTDATA) \{

return Math.max(DEFAULT\_CAPACITY, minCapacity);

return minCapacity;

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) \{

modCount++;

// overflflow-conscious code

if (minCapacity - elementData.length > 0)

grow(minCapacity);

private static fifinal int MAX\_ARRAY\_SIZE = Integer.MAX\_VALUE - 8;

private void grow(int minCapacity) \{

**// 获取旧空间大小**

int oldCapacity = elementData.length;

**// 预计按照1.5倍方式扩容**

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

**// 如果用户需要扩容大小 超过 原空间1.5倍，按照用户所需大小扩容**

if (newCapacity - minCapacity < 0)

newCapacity = minCapacity;

**// 如果需要扩容大小超过MAX\_ARRAY\_SIZE，重新计算容量大小**

if (newCapacity - MAX\_ARRAY\_SIZE > 0)

newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

**// 调用copyOf扩容**

elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

private static int hugeCapacity(int minCapacity) \{

**// 如果minCapacity小于0，抛出OutOfMemoryError异常**

if (minCapacity < 0)

throw new OutOfMemoryError();

return (minCapacity > MAX\_ARRAY\_SIZE) ? Integer.MAX\_VALUE : MAX\_ARRAY\_SIZE;

【总结】

**1. 检测是否真正需要扩容，如果是调用grow准备扩容**

**2. 预估需要库容的大小**

**初步预估按照1.5倍大小扩容**

**如果用户所需大小超过预估1.5倍大小，则按照用户所需大小扩容**

**真正扩容之前检测是否能扩容成功，防止太大导致扩容失败**

**3. 使用copyOf进行扩容**

5. 使用示例

5.1 扑克牌

public class Card \{

public int rank; // 牌面值

public String suit; // 花色

@Override

public String toString() \{

return String.format("\[%s %d\]", suit, rank);

import java.util.List;

import java.util.ArrayList;

import java.util.Random;

public class CardDemo \{

public static fifinal String\[\] SUITS = \{"♠", "♥", "♣", "♦"\};

// 买一副牌

private static List<Card> buyDeck() \{

List<Card> deck = new ArrayList<>(52);

for (int i = 0; i < 4; i++) \{

for (int j = 1; j <= 13; j++) \{

String suit = SUITS\[i\];

int rank = j;

Card card = new Card();

card.rank = rank;

card.suit = suit;

deck.add(card);

return deck;

private static void swap(List<Card> deck, int i, int j) \{

Card t = deck.get(i);

deck.set(i, deck.get(j));

deck.set(j, t);

private static void shufflfflffle(List<Card> deck) \{

Random random = new Random(20190905);

for (int i = deck.size() - 1; i > 0; i--) \{

int r = random.nextInt(i);

swap(deck, i, r);

public static void main(String\[\] args) \{

List<Card> deck = buyDeck();

System.out.println("刚买回来的牌:");

System.out.println(deck);

shufflfflffle(deck);

System.out.println("洗过的牌:");

System.out.println(deck);

// 三个人，每个人轮流抓 5 张牌

List<List<Card>> hands = new ArrayList<>();

hands.add(new ArrayList<>());

for (int i = 0; i < 5; i++) \{

for (int j = 0; j < 3; j++) \{

hands.get(j).add(deck.remove(0));

System.out.println("剩余的牌:");

System.out.println(deck);

System.out.println("A 手中的牌:");

System.out.println(hands.get(0));

System.out.println("B 手中的牌:");

System.out.println(hands.get(1));

System.out.println("C 手中的牌:");

System.out.println(hands.get(2));

运行结果

刚买回来的牌:

\[\[♠ 1\], \[♠ 2\], \[♠ 3\], \[♠ 4\], \[♠ 5\], \[♠ 6\], \[♠ 7\], \[♠ 8\], \[♠ 9\], \[♠ 10\], \[♠ 11\], \[♠ 12\], \[♠ 13\], \[♥ 1\], \[♥ 2\], \[♥ 3\], \[♥ 4\], \[♥ 5\], \[♥ 6\], \[♥ 7\],

\[♥ 8\], \[♥ 9\], \[♥ 10\], \[♥ 11\], \[♥ 12\], \[♥ 13\], \[♣ 1\], \[♣ 2\], \[♣ 3\], \[♣ 4\], \[♣ 5\], \[♣ 6\], \[♣ 7\], \[♣ 8\], \[♣ 9\], \[♣ 10\], \[♣ 11\], \[♣ 12\], \[♣

13\], \[♦ 1\], \[♦ 2\], \[♦ 3\], \[♦ 4\], \[♦ 5\], \[♦ 6\], \[♦ 7\], \[♦ 8\], \[♦ 9\], \[♦ 10\], \[♦ 11\], \[♦ 12\], \[♦ 13\]\]

洗过的牌:

\[\[♥ 11\], \[♥ 6\], \[♣ 13\], \[♣ 10\], \[♥ 13\], \[♠ 2\], \[♦ 1\], \[♥ 9\], \[♥ 12\], \[♦ 5\], \[♥ 8\], \[♠ 6\], \[♠ 3\], \[♥ 5\], \[♥ 1\], \[♦ 6\], \[♦ 13\], \[♣ 12\], \[♦ 12\],

\[♣ 5\], \[♠ 4\], \[♣ 3\], \[♥ 7\], \[♦ 3\], \[♣ 2\], \[♠ 1\], \[♦ 2\], \[♥ 4\], \[♦ 8\], \[♠ 10\], \[♦ 11\], \[♥ 10\], \[♦ 7\], \[♣ 9\], \[♦ 4\], \[♣ 8\], \[♣ 7\], \[♠ 8\], \[♦ 9\], \[♠

12\], \[♠ 11\], \[♣ 11\], \[♦ 10\], \[♠ 5\], \[♠ 13\], \[♠ 9\], \[♠ 7\], \[♣ 6\], \[♣ 4\], \[♥ 2\], \[♣ 1\], \[♥ 3\]\]

剩余的牌:

\[\[♦ 6\], \[♦ 13\], \[♣ 12\], \[♦ 12\], \[♣ 5\], \[♠ 4\], \[♣ 3\], \[♥ 7\], \[♦ 3\], \[♣ 2\], \[♠ 1\], \[♦ 2\], \[♥ 4\], \[♦ 8\], \[♠ 10\], \[♦ 11\], \[♥ 10\], \[♦ 7\], \[♣ 9\], \[♦

4\], \[♣ 8\], \[♣ 7\], \[♠ 8\], \[♦ 9\], \[♠ 12\], \[♠ 11\], \[♣ 11\], \[♦ 10\], \[♠ 5\], \[♠ 13\], \[♠ 9\], \[♠ 7\], \[♣ 6\], \[♣ 4\], \[♥ 2\], \[♣ 1\], \[♥ 3\]\]

A 手中的牌:

\[\[♥ 11\], \[♣ 10\], \[♦ 1\], \[♦ 5\], \[♠ 3\]\]

B 手中的牌:

\[\[♥ 6\], \[♥ 13\], \[♥ 9\], \[♥ 8\], \[♥ 5\]\]

C 手中的牌:

\[\[♣ 13\], \[♠ 2\], \[♥ 12\], \[♠ 6\], \[♥ 1\]\]

5.2 杨辉三角

杨辉三角

6.顺序表的问题及思考

1. 顺序表中间/头部的插入删除，时间复杂度为O(N)

2. 增容需要申请新空间，拷贝数据，释放旧空间。会有不小的消耗。

3. 增容一般是呈2倍的增长，势必会有一定的空间浪费。例如当前容量为100，满了以后增容到200，我们再继

续插入了5个数据，后面没有数据插入了，那么就浪费了95个数据空间。

思考： 如何解决以上问题呢？

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