Java数据结构——ArrayList

前言
ArrayList是一种 顺序表,⽤⼀段 物理地址连续的存储单元依次存储数据的线性结构，一般情况都是采用数组存储，在数组上实现一些增删查改等等功能, ArrayList是Java中最常用的 动态数组实现之一，其内部的内存空间是可以改变的，今天就来探究一下ArrayList使用及其原理

一 ArrayList的简介

ArrayList虽然是一个普通的类，但是它实现了List接口

List接口在JDK17的部分源码

ArrayList类在JDK17的部分源码

我们可以从上面看出

1. List是一个接口，继承了Collection类
2. ArrayList是一个类，继承了AbstractList类
3. ArrayList实现了List中的RandomAccess接口，说明其支持随机访问
4. 实现了Cloneable接口，说明其支持clone
5. 实现了Serializable接口，说明其支持序列化 

下面是ArrayList的一些常用方法，因为其实现了List接口，所以List中的抽象方法，在ArrayList都有

二 ArrayList的构造方法

ArrayList ()	无参构造
ArrayList (int initialCapacity)	确定初始容量
ArrayList (Collection<? extends E> c)	利用其他Collection来构造

public class Test {public static void main(String[] args) {//1.无参构造List<Integer> list = new ArrayList<>();//2.含参构造，确定其初始化的容量，确定其初始化容量为1List<Integer> list1 = new ArrayList<>(1);//3.利用其他构造//这里list2与list的元素一致List<Integer> list2 = new ArrayList<>(list);}
}

无参构造源码


虽然无参构造没有给定容量，但是编译器会默认一个容量，JDK17中默认容量为10

含初始容量一个参数的构造

如果给定初始容量，编译器会进行判断，如果初始容量>0就按照你给定的容量创建对象，如果初始容量==0就按照默认的容量进行创建，反之如果<0就抛出容量不合法的异常

注意在创建线性表的时候，要指定是什么类型的线性表
1.如果不写类型，编译器会报错，因为其不知道是什么类型

2.并且其必须是包装类型
如果写成普通类型编译器也会报错

3.那何为包装类型呢

基本数据类型	包装类
byte	Byte
short	Short
int	Integer
long	Long
float	Float
double	Double
char	Character
boolean	Boolean

这些类型中除了int和char的包装类有所改变，其他的都是基本类型的首字母大写

三 ArrayList常用方法

方法	解释
boolean add(E e)	尾插 e
void add(int index, E e)	将 e插入到 index 位置
boolean addAll(Collection<? extends E> c)	尾插 c 中的全部元素
E remove(int index)	删除 index 下标元素
boolean remove(Object o)	删除遇到的第一个 o
E get(int index)	获取下标 index 下标元素
E set(int index, E e)	将下标 index 下标元素设置为 e
void clear()	清空列表
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
int size()	返回此列表中的实际的元素数

1.add()方法

boolean add(E e)
将指定的元素追加到此列表的末尾。

public class Test {public static void main(String[] args) {List<Integer> list = new ArrayList<>();list.add(1);list.add(2);list.add(3);System.out.println(list);}
}

运行结果如下

注意这里的如果已经确定了是那种包装类型，就不可以在添加其他的包装类型的数据了

public class Test {public static void main(String[] args) {List<Integer> list = new ArrayList<>(3);list.add(1);list.add(2);list.add(3);System.out.println("扩容前长度"+list.size());list.add(4);System.out.println("扩容后长度"+list.size());System.out.println(list);}
}

运行结果如下

我们发现一个问题就是上面我们初始化容量为3，但是我们添加了4个元素其并没有报错，为什么呢？那是因为其ArrayList类add方法中有扩容操作，但是这里的真实长度变为4

void add(int index, E e)
在index下标插入e
index>=0&&index<=其列表的长度

public class Test {public static void main(String[] args) {List<Integer> list = new ArrayList<>();list.add(1);list.add(2);list.add(3);//在1下标插入99list.add(1,99);// list.add(4,1);System.out.println(list);}
}

我们要注意这里并不是简单替换，而是将某一个下标修改为一个数后，原本的数要往后偏移
偏移的同时其如果存储不下，也会进行扩容

运行结果如下

注意这里的下标要合法 index下标>=0&&index<=list.size()
这里等于其list的容量也可以，因为这样正好就相当于上面一个参数的add进行尾插

如果大于list.size()就会出现数组越界异常
这里长度为3，这里index>=0&&index<=3,因此这里出现数组越界异常异常了

boolean addAll(Collection<? extends E> c)
将指定集合中的所有元素追加到此列表的末尾
这里是可以自己尾插自己的

public class Test {public static void main(String[] args) {List<Integer> list = new ArrayList<>();list.add(1);list.add(2);list.add(3);System.out.println("尾插前list"+list);List<Integer> list1 = new ArrayList<>();list1.add(10);list1.add(20);list1.add(30);//将list1尾插到list后面list.addAll(list1);System.out.println("尾插后list"+list);}
}

这里其实也是可以自己尾插自己的
下面这个自己尾插自己成功了

注意这里是不可以不同类型的列表进行尾插
一个列表中不可以放两种包装类型一样，尾插不同类型的肯定会报错

2.remove()方法

E remove(int index)
删除 index 下标元素
index>=0&&index<列表长度

public class Test {public static void main(String[] args) {List<Integer> list = new ArrayList<>();list.add(1);list.add(2);list.add(3);//删除1下标的值list.remove(1);System.out.println(list);}
}

这里删除1下标的值，也就是删除这里的2
运行结果如下

boolean remove(Object o)
删除遇到的第一个 o
在使用的时候要将一个数装箱以后再进行删除

这里直接使用基本类型就是删除的是对应下标的值，而不是自己想要的

这时候就要进行装箱操作，这样就可以删除对应的值了，删除的就不是下标对应的值了
这里就是删除第一个出现的1元素，而不是下标，所以这里0下标的1被删除了

void clear()
清空列表

public class Test {public static void main(String[] args) {List<Integer> list = new ArrayList<>();list.add(1);list.add(2);list.add(3);//删除1下标的值Integer a = 1;list.remove(a);System.out.println(list);list.clear();System.out.println("清空后"+list);}
}

这里就是将其置为空

3.get()和set()方法

E get(int index)
获取下标 index 下标元素

E set(int index, E e)
将下标 index 下标元素设置为 e
index>=0&&index<列表长度

public class Test {public static void main(String[] args) {List<Integer> list = new ArrayList<>();list.add(1);list.add(2);list.add(3);System.out.println("获取1下标的值："+list.get(1));list.set(1,999);System.out.println("修改后1下标的值："+list.get(1));}
}

这里和add方法不同的是，这个是直接修改值，而add是添加值
运行结果如下

4.index()方法

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
找不到就返回-1

public class Test {public static void main(String[] args) {List<Integer> list = new ArrayList<>();list.add(1);list.add(2);list.add(3);list.add(1);System.out.println("第一个元素1的下标："+list.indexOf(1));//0//如果没有找到就返回-1System.out.println(list.indexOf(100));//-1System.out.println("最后一个元素1的下标："+list.lastIndexOf(1));}
}

5.subList截取方法

List subList(int fromIndex, int toIndex)
截取下标[fromIndex,toIndex]的list

public class Test {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);List<Integer> list1 = list.subList(1,3);//这里是左闭右开的截取方法System.out.println("截取[1,3)下标的元素："+list1);}
}

运行结果如下

其实这里并不是真正的截取
例如：

public class Test {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);List<Integer> list1 = list.subList(1,3);//这里是左闭右开的截取方法System.out.println("截取[1,3)下标的元素："+list1);list1.remove(0);//删除list1中的0下标的值也就是2System.out.println("被截取的list: "+ list);}
}

这里删除截取中0下标的2，而原本的list中的2也被删除了
运行结果如下

可以看出这里我们对截取的内容删除，导致了list中的这部分内容也被删除了

只是将其一个对象指向截取的部分，只是将其截取部分的地址放入一个新对象中，因此对截取修改也会影响原本的list

四 ArrayList的遍历

for循环遍历

public class Test {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);for (int i = 0; i < list.size(); i++) {//获取下标对应的值System.out.print(list.get(i)+" ");}}
}

这里的size()获取其列表长度
进行一个一个下标遍历就行
运行结果如下

增强for循环(for each)

public class Test {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);//每个元素的类型为Integerfor (Integer integer:list) {System.out.print(integer+" ");}}
}

这里使用for-each遍历，这里列表中元素类型都为Integer，就用一个临时integer来访问和打印

迭代器遍历

public class Test {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);//使用迭代器//从前向后遍历Iterator<Integer> it = list.iterator();//获取其开始位置while(it.hasNext()){//不断的往后走System.out.print(it.next()+" ");}System.out.println();//从后向前遍历给定其下标从其最后面开始ListIterator<Integer> it1 = list.listIterator(list.size());while (it1.hasPrevious()){System.out.print(it1.previous()+" ");}System.out.println();}
}

运行结果如下

ArrayList问题及其思考

1.在其查找数据是非常简单和高效的
2.但是，ArrayList列表在添加或者删除元素的时候，都需要将其后面的数据向前移动，时间复杂度为O(N)
3.在添加数据时候可能会扩容，是1.5倍数扩容，有点浪费空间

因此还需要其他的数据结构来完成添加或者删除元素会更高效一点