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【数据结构与算法】模拟实现ArrayList

二月知野 2023-05-15 原文

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ArrayList简介

ArrayList 类是一个可以动态修改的数组,与普通数组的区别就是它是没有固定大小的限制,我们可以添加或删除元素。ArrayList 继承了 AbstractList ,并实现了 List 接口。

简单来说ArrayList的底层就是一个动态的顺序表
而顺序表的底层就是数组.
因此要模式实现ArrayList就相当于基于数组实现一些操作,例如增删查改等。

ArrayList模拟实现

	public int[] elem;
    public int usedSize;//记录有效数据的个数
    //默认容量
    private static final int DEFAULT_SIZE = 10;
    public MyArraylist() {
        this.elem = new int[DEFAULT_SIZE];
    }

将数据放在elem这个数组中,usedSize用于计算有效数据的个数,DEFAULT_SIZE是elem的默认容量。

打印顺序表

打印顺序表,我们可以使用循环对顺序表中的数据进行打印。

    /**
     * 打印顺序表:
     * 根据usedSize判断即可
     */
    public void display() {
        for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
            System.out.print(this.elem[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }

注意:顺序表中elem的有效数据是从[0,usedSize),不能直接将整个数组打印完,我们存放的数据不一定能将数组放满。

获取顺序表的长度

此处的顺序表长度并不是底层数组的长度,而是数组种有效数据的个数.因此我们直接返回usedSize即可

	public int size() {
        return this.usedSize;
    }

判断当前的顺序表是不是满的

要想判断当前的顺序表是不是满的,只需要看看usedSize(有效数据的个数)是不是大于等与底层数组的长度 如果是满的,返回true.如果不是满的,就返回false

    /**
     * 判断当前的顺序表是不是满的!
     */
    public boolean isFull() {
        if (size() >= this.elem.length) {
            return true;
        }
        return false;
        // 更简单的写法
        // return size() >= this.elem.length;
    }

判断当前顺序表是不是空的

判断当前顺序表是不是空的,只要看顺序表的有效数据是不是等于0即可

    //判断顺序表是否为空
    private boolean isEmpty() {
        return size()==0;
    }

数组扩容

在实现增加元素之前,我们要考虑一下,当数组满了之后,应该怎么做.顺序表不是链表,不用考虑满不满的这种情况,但顺序表不一样,数组长度是我们事先定好的.
如果数组长度设置的过大,而数据量很少,势必会造成空间的浪费.设置的过小,可能无法把所有元素存放进去.
为了避免这种情况,我们就可以使用动态顺序表.虽然听上去很高大上,但其实也就是加了一个动态扩容的过程

扩容也并不复杂,使用Arrays.copyOf方法即可

数组名 = Arrays.copyOf(要拷贝的数组,拷贝数组的长度);

在拷贝时,如果要拷贝数组的长度超过了原数组,那么超过原数组的部分,就是数组类型的默认值

新增元素,默认在数组最后新增

在解决数组满了这种情况之后,新增元素就很简单了.
一共分为两步:首先先判断数组是否满了,数组满了,就进行扩容.然后进行新增元素.如果没满,直接增加元素即可

    /** 新增元素,默认在数组最后新增
     * 判断顺序表是否满了
     * 满了->扩容
     * @param data
     */
    public void add(int data) {
        if (isFull()) {
            //扩容
            this.elem = Arrays.copyOf(this.elem,2*this.elem.length);
        }
        this.elem[usedSize] = data;
        usedSize++;
    }

在指定pos位置新增元素

在指定位置新增元素,首先要判断数组是否满了,如果满了要进行扩容.其次,pos位置是否合法,合法位置才能新增元素.
因为是从指定位置新增元素,如果这个位置不是在最后面,那么在新增元素时,首先要把pos及其以后位置的元素都往后移动一位,将pos位置空出来,这样才能将元素放进去

    public void add(int pos, int data) {
        if(isFull()){
            this.elem = Arrays.copyOf(this.elem,2*this.elem.length);
        }
        if(checkPos(pos)){
            for (int i = usedSize; i >= pos; i--) {
                this.elem[i] = this.elem[i-1];
            }
            this.elem[pos] = data;
        }
        this.usedSize++;
    }
    // 检查pos位置是否合法
    private boolean checkPos(int pos) {
        if (pos < 0 || pos > size()) {
            System.out.println("pos位置不合法");
            return false;
        }
        return true;//合法
    }

判定是否包含某个元素

直接对数组进行遍历然后比较即可,如果相等,直接返回true 如果遍历完没有与它相等的,就返回false

    // 判定是否包含某个元素
    public boolean contains(int toFind) {
        for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
            if (toFind == this.elem[i]) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

查找某个元素对应的位置

与上面判断是否包含某个元素相同,遍历就行.
如果相等,返回当前的i值,如果不相等,就继续遍历.如果遍历完还没找到,就返回-1

    // 查找某个元素对应的位置
    public int indexOf(int toFind) {
        for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
            if (toFind == this.elem[i]) {
                return i;
             }
        }
            return -1;
    }

获取指定pos位置的元素

先检查顺序表是否为空,如果是空的.直接返回-1.如果不为空,再检查pos位置是否合法.
用自定义异常解决了顺序表为空这种情况,处理方法不一,合理即可

    // 获取 pos 位置的元素
    public int get(int pos) {
        if(isEmpty()){
            throw new EmptyException("顺序表为空!");
        }
        if(checkPos(pos)){
            return this.elem[pos];
        }
        return -1;
    }

将指定pos位置的元素替换成value

先判断顺序表是否为空,在判断pos位置是否合法.满足即可将pos位置的值更新为value

    // 给 pos 位置的元素设为【更新为】 value
    public void set(int pos, int value) {
        if(isEmpty()){
            throw new EmptyException("顺序表为空!");
        }
        if(pos < 0 || pos > size()){
            System.out.println("pos位置不合法");
            return;
        }
        this.elem[pos] = value;
    }

删除第一次出现的关键字key

先判断顺序表是否为空,是空直接返回
然后判断顺序表中是否存在key,如果存在key,直接让key所在的位置的后面元素,一个一个往前覆盖,如果不存在,直接返回即可

    public void remove(int key) {
        if(isEmpty()){
            throw new EmptyException("顺序表为空!");
        }
        if(contains(key)) {
            int ret = indexOf(key);
            for (int i = ret; i < usedSize; i++) {
                this.elem[i] = this.elem[i+1];
            }
        }
        this.usedSize--;
    }

清空顺序表

public void clear() {
        this.usedSize = 0;
    }

这里的清空并不是真的清空,而是下次增加元素时,会把之前有的元素覆盖掉.如果不覆盖,那么原来的数据还是存在数组中的
如果想要彻底清空顺序表,就需要使用循环,将数组一个一个置为0

完整代码

主要部分:

import java.util.Arrays;

public class MyArrayList {

    public int[] elem;
    public int usedSize;//0//默认容量
    private static final int DEFAULT_SIZE = 10;

    public MyArrayList() {
        this.elem = new int[DEFAULT_SIZE];
    }

    /**
     * 打印顺序表:
     * 根据usedSize判断即可
     */
    public void display() {
        for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
            System.out.print(this.elem[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }

    /** 新增元素,默认在数组最后新增
     * 判断顺序表是否满了
     * 满了->扩容
     * @param data
     */
    public void add(int data) {
        if (isFull()) {
            //扩容
            this.elem = Arrays.copyOf(this.elem,2*this.elem.length);
        }
        this.elem[usedSize] = data;
        usedSize++;
    }

    /**
     * 判断当前的顺序表是不是满的!
     * @return true:满   false代表空
     */
    public boolean isFull() {
//        if (size() >= this.elem.length) {
//            return true;
//        }
//        return false;
        return size() >= this.elem.length;
    }


    private boolean checkPos(int pos) {
        if (pos < 0 || pos > size()) {
            System.out.println("pos位置不合法");
            return false;
        }
        return true;//合法
    }

    /** 在 pos 位置新增元素
     * 方法:将pos位置的元素向后移动
     * 情况:
     *  pos位置不合法
     *  不能间隔
     * @param pos
     * @param data
     *
     */
    public void add(int pos, int data) {
        if(isFull()){
            this.elem = Arrays.copyOf(this.elem,2*this.elem.length);
        }
        if(checkPos(pos)){
            for (int i = usedSize; i >= pos; i--) {
                this.elem[i] = this.elem[i-1];
            }
            this.elem[pos] = data;
        }
        this.usedSize++;
    }

    // 判定是否包含某个元素
    public boolean contains(int toFind) {
        for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
            if (toFind == this.elem[i]) {
                return true;
            } else {
                continue;
            }
        }
        return false;
    }

    // 查找某个元素对应的位置
    public int indexOf(int toFind) {
        for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
            if (toFind == this.elem[i]) {
                return i;
             }
        }
            return -1;
    }

    // 获取 pos 位置的元素
    public int get(int pos) {
        if(isEmpty()){
            throw new EmptyException("顺序表为空!");
        }
        if(checkPos(pos)){
            return this.elem[pos];
        }
        return -1;
    }
    //判断顺序表是否为空
    private boolean isEmpty() {
        return size()==0;
    }

    // 给 pos 位置的元素设为【更新为】 value
    public void set(int pos, int value) {
        if(isEmpty()){
            throw new EmptyException("顺序表为空!");
        }
        if(pos < 0 || pos > size()){
            System.out.println("pos位置不合法");
            return;
        }
        this.elem[pos] = value;
    }

    /**
     * 删除第一次出现的关键字key
     * @param key
     */
    public void remove(int key) {
        if(isEmpty()){
            throw new EmptyException("顺序表为空!");
        }
        if(contains(key)) {
            int ret = indexOf(key);
            for (int i = ret; i < usedSize; i++) {
                this.elem[i] = this.elem[i+1];
            }
        }
        this.usedSize--;
    }

    // 获取顺序表长度
    public int size() {
        return this.usedSize;
    }

    // 清空顺序表
    public void clear() {
        this.usedSize = 0;
    }
}

自定义异常部分

public class EmptyException extends RuntimeException{
    public EmptyException() {

    }

    public EmptyException(String message) {
        super(message);
    }
}

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