数据结构与算法(一): 动态数组
发布日期:2021-06-30 12:22:55
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分类:技术文章
本文共 6027 字,大约阅读时间需要 20 分钟。
小码哥数据结构与算法(一): 动态数组
本篇是的学习笔记, 使用JAVA语言
一、数组(Array)
- 数组是一种
顺序存储
的线性表,所有元素的内存地址都是连续的
int[] array = new int[]{11, 22, 33}复制代码
在很多编程语言中, 数组有个致命的缺点, 无法动态修改容量
实际开发中我们希望数组的容量是动态变化的
二、动态数组
- 可以通过数组实现一个动态数组, 动态数组的容量是动态变化的
- 可以对动态数组进行
增删改查
操作
// 元素的数量int size(); // 是否为空boolean isEmpty();// 是否包含某个元素boolean contains(E element); // 添加元素到最后面void add(E element); // 返回index位置对应的元素E get(int index); // 设置index位置的元素E set(int index, E element); // 往index位置添加元素void add(int index, E element); // 删除index位置对应的元素 E remove(int index); // 查看元素的位置int indexOf(E element); // 清除所有元素void clear(); 复制代码
三、动态数组的设计
- 创建类
ArrayList
如下图, 创建size
属性来管理数组中元素的个数, 创建elements
属性来管理存取的数据
public class ArrayList{ private int size; private E[] elements;}复制代码
- 添加初始化方法, 创建
elements
数组, 并指定elements
默认的容量
public class ArrayList{ private int size; private E[] elements; // 设置elements数组默认的初始化空间 private static final int CAPACITY_DEFAULT = 10; public ArrayList(int capacity) { capacity = capacity < CAPACITY_DEFAULT ? CAPACITY_DEFAULT : capacity; elements = (E[]) new Object[capacity]; } // 默认情况 public ArrayList() { this(CAPACITY_DEFAULT); }}复制代码
四、动态数组的实现
1、添加元素
- 我们知道, 每当数组添加新元素时, 都会在数组最后一个元素的后面添加新元素
- 这个
新元素需要添加到的索引
等于当前数组元素的个数
, 在ArrayList
中size
属性就是当前数组元素的个数
, 所以就是将新元素添加到数组的size
位置上, 然后size
加1
public void add(E element) { elements[size] = element; size++;}复制代码
2、数组扩容
- 由于数组
elements
最大的容量只有10
, 所以当数组存满元素时, 就需要对数组进行扩容 - 因为数组是无法动态扩容的, 所以需要创建一个新的数组,这个数组的容量要比之前数组的容量大
- 然后在将原数组中的元素存放到新数组中, 这样就实现了数组的扩容
private void ensureCapacity() { // 获取数组当前容量 int oldCapacity = elements.length; // 如果 当前存储的元素个数 < 当前数组容量, 直接返回 if (size < oldCapacity) return; // 新数组的容量为原数组容量的1.5倍 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 创建新数组 E[] newElements = (E[]) new Object[newCapacity]; // 原数组中的元素存储到新数组中 for (int i = 0; i < size; i++) { newElements[i] = elements[i]; } // 引用新数组 elements = newElements;}复制代码
- 此时,
add
方法的实现如下, 在添加新元素之前, 先判断是否需要扩容
public void add(E element) { // 添加新元素之前, 先判断是否需要扩容 ensureCapacity(); elements[size] = element; size++;}复制代码
3、删除元素
- 删除元素, 实际上就是去掉
指定位置的元素
, 并将后面的元素向前移动
- 如下图, 当删除索引为
3
的元素时, 只需要将后面的元素向前移动, 然后在去掉最后一个元素,size
减1
即可
public E remove(int index) { // 取出需要删除的元素 E element = elements[index]; // 通过循环, 将index后面的所有元素向前移动一位 for (int i = index; i < size - 1; i++) { elements[i] = elements[i + 1]; } // 删除最后一个元素 elements[--size] = null; // 将删除的元素返回 return element;}复制代码
- 注意: 删除元素时传入的索引不能越界, 即
不能小于0, 也不能大于等于size
- 所以我们在删除元素之前需要先进行索引检查
private void rangeCheck(int index) { if (index < 0 || index >= size) { throw new IndexOutOfBoundsException("Index:" + index + ", Size:" + size); }}复制代码
- 此时,
remove
方法实现如下
public E remove(int index) { // 判断索引是否越界 rangeCheck(index); // 取出需要删除的元素 E element = elements[index]; // 通过循环, 将index后面的所有元素向前移动一位 for (int i = index; i < size - 1; i++) { elements[i] = elements[i + 1]; } // 删除最后一个元素 elements[--size] = null; // 将删除的元素返回 return element;}复制代码
4、数组缩容
- 当数组中的元素删除后, 数组剩余的空间可能会很大, 这样就会造成内存的浪费
- 所以当数组中元素删除后, 我们需要对数组进行缩容
- 实现方法类似于扩容, 当数组中容量小于某个值时, 创建新的数组, 然后将原有数组中的元素存入新数组即可
public void trim() { // 获取当前数组的容量 int capacity = elements.length; // 当size大于等于容量的一半, 或则容量已经小于默认容量(10)时, 直接返回 if (size >= capacity >> 1 || capacity < CAPACITY_DEFAULT) return; // 计算新的容量 = 原有容量的一半 int newCapacity = capacity >> 1; // 创建新数组 E[] newElements = (E[]) new Object[newCapacity]; // 将原数组元素存入新数组 for (int i = 0; i < size; i++) { newElements[i] = elements[i]; } // 引用新数组 elements = newElements;}复制代码
- 每次删除元素后, 判断是否需要缩容
public E remove(int index) { // 判断索引是否越界 rangeCheck(index); // 取出需要删除的元素 E element = elements[index]; // 通过循环, 将index后面的所有元素向前移动一位 for (int i = index; i < size - 1; i++) { elements[i] = elements[i + 1]; } // 删除最后一个元素 elements[--size] = null; // 判断数组是否需要缩容 trim(); // 将删除的元素返回 return element;}复制代码
5、清空元素
- 清空元素, 只需要将所有的元素置为
null
, 然后size
置为0
public void clear() { // 清空存储的数据 for (int i = 0; i < size; i++) { elements[i] = null; } // 将size置为0 size = 0;}复制代码
6、修改元素
- 修改元素时, 只需要将原有位置的元素替换掉即可, 只是需要注意一下索引是否越界
public E set(int index, E element) { // 判断索引是否越界 rangeCheck(index); // 取出被替换元素 E oldElement = elements[index]; // 替换元素 elements[index] = element; // 返回被替换元素 return oldElement;}复制代码
7、 查询元素
- 查询元素, 只需要将指定索引的元素返回, 注意索引是否越界即可
public E get(int index) { rangeCheck(index); return elements[index];}复制代码
8、插入元素
- 插入元素类似于删除元素, 只需要将插入位置后面的元素向后移动即可
- 注意: 需要从后向前移动元素, 如果从前向后移动元素, 那么会进行元素覆盖, 最后出错
public void add(int index, E element) { // 从后向前的顺序, 将元素向后移动 for (int i = size - 1; i >= index; i--) { elements[i + 1] = elements[i]; } // 插入元素 elements[index] = element; // size+1 size++;}复制代码
- 需要注意的是, 插入元素的索引也不能越界, 不过不同于删除和设置元素时, 插入的位置可以是所有元素的最后, 即size的位置
public void rangeCheckForAdd(int index) { // 当索引小于0 或 大于 size时 抛出异常 if (index < 0 || index > size) { throw new IndexOutOfBoundsException("Index:" + index + ", Size:" + size); }}复制代码
- 此时,
add
方法如下
public void add(int index, E element) { // 检查索引是否越界 rangeCheckForAdd(index); // 从后向前的顺序, 将元素向后移动 for (int i = size - 1; i >= index; i--) { elements[i + 1] = elements[i]; } // 插入元素 elements[index] = element; // size+1 size++;}复制代码
9、查看元素位置
- 可以通过循环, 查找元素在数组中的位置
- 注意: 数组中可以存储
null
, 而null
是不能调用equals
方法的, 所以需要对传入的元素进行判断, 如果查找的元素是null
, 需要单独处理 - 当元素存在时返回索引, 否则返回变量
ELEMENT_ON_FOUND
的值
private static final int ELEMENT_ON_FOUND = -1;public int indexOf(E element) { if (element == null) { for (int i = 0; i < size; i++) { if (elements[i] == null) return i; } }else { for (int i = 0; i < size; i++) { if (element.equals(elements[i])) return i; } } return ELEMENT_ON_FOUND;}复制代码
10、是否包含某个元素
- 当元素存在时, 只需要判断索引是否等于
ELEMENT_ON_FOUND
即可
public boolean contains(E element) { // 查看元素的索引是否为ELEMENT_ON_FOUND即可 return indexOf(element) != ELEMENT_ON_FOUND;}复制代码
11、元素的数量
- 数组元素的数量, 就是size的值
public int size() { return size;}复制代码
12、数组是否为空
- 判断
size
的值是否为0
即可
public boolean isEmpty() { return size == 0;}复制代码
13、动态数组打印
- 可以重写
toString
方法, 来打印ArrayList
中的元素
@Overridepublic String toString() { 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();}
转载地址:https://javaedge.blog.csdn.net/article/details/104489125 如侵犯您的版权,请留言回复原文章的地址,我们会给您删除此文章,给您带来不便请您谅解!
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[***.240.166.169]2024年04月21日 01时14分02秒
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