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数据结构-ArrayList与顺序表

news 2025/10/10 10:47:13

1. 线性表

2.顺序表

2.1 接口的实现

3. ArrayList简介

4. ArrayList使用

4.1 ArrayList的构造

4.2 ArrayList常见操作

4.3 ArrayList的遍历

4.4 ArrayList的扩容机制

5. ArrayList的具体使用

5.1 简单的洗牌算法

6. ArrayList的问题及思考

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改查。

2.1 接口的实现

public class SeqList {private int[] array;private int[] size;//默认构造方法SeqList(){}// 将顺序表的底层容量设置为initcapacitySeqList(int initcapacity){ }// 新增元素,默认在数组最后新增 public void add(int data) { }// 在 pos 位置新增元素 public void add(int pos, int data) { }// 判定是否包含某个元素 public boolean contains(int toFind) { return true; }// 查找某个元素对应的位置 public int indexOf(int toFind) { return -1; }// 获取 pos 位置的元素 public int get(int pos) { return -1; }// 给 pos 位置的元素设为 value public void set(int pos, int value) { }//删除第⼀次出现的关键字key public void remove(int toRemove) { }// 获取顺序表⻓度 public int size() { return 0; }// 清空顺序表 public void clear() { }// 打印顺序表，注意：该⽅法并不是顺序表中的⽅法，为了⽅便看测试结果给出的 public void display() { }
}

3. ArrayList简介

在集合框架中，ArrayList是一个普通的类，实现了List接口，具体框架图如下：

【说明】

1. ArrayList是以泛型方式实现的，使用时必须要先实例化

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

3. ArrayList实现了Cloneable接口，表明ArrayList是可以clone的

4. ArrayList实现了Serializable接口，表明ArrayList是支持序列化的

5. 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

6. 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

public static void main(String[] args) {//ArrayList创建，推荐写法//创建一个空的列表List<Integer> list1=new ArrayList<>();//创建一个具有10个容量的列表List<Integer> list2=new ArrayList<>(10);list2.add(1);list2.add(2);list2.add(3);//将 list2 中的所有元素复制进去。//这是 ArrayList 的一个构造函数：public ArrayList(Collection<? extends E> c)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

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中有效元素的个数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(0));list.set(0,"JAVA");System.out.println(list.get(0));System.out.println( list);// 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(0,"JAVA2");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(0);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falseif (list.contains("JavaEE")){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SubList返回,但是和ArrayList共⽤⼀个elementData数组List<String> ret=list.subList(0, 3);System.out.println(ret);list.clear();System.out.println(list);}

4.3 ArrayList的遍历

ArrayList 可以使用三种方式遍历：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 i:list){System.out.print(i+" ");}System.out.println();//使用迭代器遍历Iterator<Integer> it=list.iterator();while (it.hasNext()){System.out.print(it.next()+" ");}System.out.println();}

4.4 ArrayList的扩容机制

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 (JDK17)中扩容方式：

public boolean add(E e) {modCount++;add(e, elementData, size);return true;}private void add(E e, Object[] elementData, int s) {if (s == elementData.length) //第⼀次存储的时候 elementData.length=0，s = 0elementData = grow();elementData[s] = e;size = s + 1;}private Object[] grow() {return grow(size + 1);}private Object[] grow(int minCapacity) {int oldCapacity = elementData.length;if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {int newCapacity = ArraysSupport.newLength(oldCapacity,minCapacity - oldCapacity, /* minimum growth */oldCapacity >> 1 /* preferred growth */);return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);} else {return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY,minCapacity)];}}//oldLength: 当前数组的⻓度
//minGrowth: 最⼩需要增加的⻓度
//prefGrowth: ⾸选的增⻓ 度（通常是当前⼤⼩的⼀半）public static int newLength(int oldLength, int minGrowth, int prefGrowth) {// preconditions not checked because of inlining// assert oldLength >= 0// assert minGrowth > 0//当前⻓度加上 minGrowth 和 prefGrowth 中的较⼤值。int prefLength = oldLength + Math.max(minGrowth, prefGrowth); // mightoverflowif (0 < prefLength && prefLength <= SOFT_MAX_ARRAY_LENGTH) {return prefLength;} else {// put code cold in a separate methodreturn hugeLength(oldLength, minGrowth);}}private static int hugeLength(int oldLength, int minGrowth) {int minLength = oldLength + minGrowth;if (minLength < 0) { // overflowthrow new OutOfMemoryError("Required array length " + oldLength + " + " + minGrowth + " is too large");} else if (minLength <= SOFT_MAX_ARRAY_LENGTH) {return SOFT_MAX_ARRAY_LENGTH;} else {return minLength;}}

如果调用不带参数的构造方法，第一次分配数组大小为10

后续扩容为1.5倍扩容

5. ArrayList的具体使用

5.1 简单的洗牌算法

class Card{public int rank;//牌面值public String suit;//花色@Overridepublic String toString() {return String.format("[%s %d]", suit, rank);}
}
public class CardDemo {public static final String[] SUITS={"♠","♥","♣","♦"};//买一副牌private static List<Card> buyDeck(){List<Card> deck=new ArrayList<>();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;}//交换两张牌的位置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);}//从后往前依次遍历[0,i),交换随机r位置的牌和当前i位置的牌private static void shuffle(List<Card> deck){Random random=new Random();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);shuffle(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<>());hands.add(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));}
}