动手编写—动态数组（Java实现）
数组基础回顾
1、数组是一种常见的数据结构，用来存储同一类型值的集合
2、数组就是存储数据长度固定的容器，保证多个数据的数据类型要一致
3、数组是一种顺序存储的线性表，所有元素的内存地址是连续的
4、例如：new 一个int基本类型的数组array
-
int[] array = new int[]{11,22,33}; -
5、数组的优势与劣势
- 数组具有很高的随机访问能力，通过数组下标就可以读取对应的值
- 数组在插入与删除元素时，会导致大量的元素移动
- 数组的长度是固定的，无法动态扩容，在实际开发中，我们更希望数组的容量是可以动态改变的
- 总结——数组适用于读操作多，写操作少的场景
自定义动态数组
动态数组的设计
/**
* 元素的数量
*/
protected int size;
/**
* 数组所有元素及内存地址指向
*/
private E[] elements;
图示结构：
抽象父类接口设计
将动态数组与链表共同的属性与方法抽取出，作为抽象类，提高复用性
抽象父类接口——List
public interface List<E> {
//查无元素的返回标志
int ELEMENT_NOT_FOUND = -1;
/**
* 元素的数量
* @return
*/
int size();
/**
* 是否为空
* @return
*/
boolean isEmpty();
/**
* 设置index位置的元素
* @param index
* @param element
* @return 原来的元素ֵ
*/
E set(int index, E element);
/**
* 获取index位置的元素
* @param index
* @return
*/
E get(int index);
/**
* 是否包含某个元素
* @param element
* @return
*/
boolean contains(E element);
/**
* 查看元素的索引
* @param element
* @return
*/
int indexOf(E element);
/**
* 添加元素到尾部
* @param element
*/
void add(E element);
/**
* 在index位置插入一个元素
* @param index
* @param element
*/
void add(int index, E element);
/**
* 删除index位置的元素
* @param index
* @return
*/
E remove(int index);
/**
* 删除指定元素
* @param element
* @return
*/
public E remove(E element);
/**
* 清除所有元素
*/
void clear();
抽象父类设计
抽象父类AbstractList是对接口List的实现
public abstract class AbstractList<E> implements List<E> {
/**
* 元素的数量
*/
protected int size;
/**
* 元素的数量
* @return
*/
public int size() {
return size;
}
/**
* 是否为空
* @return
*/
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
/**
* 是否包含某个元素
* @param element
* @return
*/
public boolean contains(E element) {
return indexOf(element) != ELEMENT_NOT_FOUND;
}
/**
* 添加元素到尾部
* @param element
*/
public void add(E element) {
add(size, element);
}
/**
* 非法索引访问数组异常
* @param index
*/
protected void outOfBounds(int index) {
throw new IndexOutOfBoundsException("Index:" + index + ", Size:" + size);
}
/**
* 索引检查函数
* @param index
*/
protected void rangeCheck(int index) {
if (index < 0 || index >= size) {
outOfBounds(index);
}
}
/**
* 数组添加元素的索引检查函数
* @param index
*/
protected void rangeCheckForAdd(int index) {
//index > size,元素可以添加在数组size位置，即数组尾部下一存储单元
if (index < 0 || index > size) {
outOfBounds(index);
}
}
}
动态数组之DynamicArray
public class DynamicArray<E> extends AbstractList<E> {
/**
* 数组所有元素及内存地址指向
*/
private E[] elements;
//数组的默认初始化值
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* 带参构造函数，参数是数组初始化值
* @param capacity
*/
public DynamicArray(int capacity) {
//如果传入的capacity>默认初始值，取capacity，否则取默认值
capacity = Math.max(capacity, DEFAULT_CAPACITY);
//通过new Object[]，动态数组可以实现多对象化
elements = (E[]) new Object[capacity];
}
/**
* 构造函数，将数组初始化
*/
public DynamicArray() {
this(DEFAULT_CAPACITY);
}
/**
* 设置index位置的元素值
* @param index
* @param element
* @return old
*/
public E set(int index,E element){
//检查索引是否合法
rangeCheck(index);
//
E old = elements[index];
elements[index] = element;
return old;
}
/**
* 获取数组index位置的元素
* @param index
* @return elements[index];
*/
public E get(int index){
rangeCheck(index);
return elements[index];
}
/**
* 查看元素的索引
* @param element
* @return
*/
public int indexOf(E element){
//如果元素为空，单独判断，防止NPE
if (element == null){
for (int i = 0;i < size;i++){
if (elements[i] == null) return i;
}
}else {
//元素不为空
for (int i = 0;i < size;i++){
if (element.equals(elements[i])) return i;
}
}
//查无此元素
return ELEMENT_NOT_FOUND;
}
/**
* 添加元素到数组指定位置
* @param index
* @param element
*/
public void add(int index,E element){
//检查索引是否合法
rangeCheckForAdd(index);
//检查数组容量是否足够
ensureCapacity(size + 1);
for (int i = size;i > index;i--){
elements[i] = elements[i - 1];
}
elements[index] = element;
size++;
}
/**
* 删除指定元素
* @param element
* @return
*/
public E remove(E element){
//调用indexOf获取索引，通过索引删除指定元素
return remove(indexOf(element));
}
/**
* 删除指定index位置的元素
* @param index
* @return
*/
public E remove(int index){
//检查索引是否合法
rangeCheck(index);
E old = elements[index];
for (int i = index + 1;i < size;i++){
elements[i - 1] = elements[i];
}
//将数组原来尾部最后的元素所在的位置置为null，释放原来地址引用对应的对象内存
elements[--size] = null;
//检测是否需要缩容
trim();
return old;
}
/**
* 清除所有元素
*/
public void clear() {
for (int i = 0; i < size; i++) {
elements[i] = null;
}
size = 0;
}
/**
* 保证要有capacity的容量
* @param capacity
*/
private void ensureCapacity(int capacity){
int oldCapacity = elements.length;
//如果数组容量足够，return
if (oldCapacity >= capacity) return;
//否则的话，数组扩容，数组扩容1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
E[] newElements = (E[]) new Object[newCapacity];
//将原有数组元素复制到新数组中
for (int i = 0;i < size;i++){
newElements[i] = elements[i];
}
//指向新数组
elements = newElements;
System.out.println(oldCapacity + "扩容为" + newCapacity);
}
/**
* 重写toString函数，打印数组
* @return
*/
@Override
public String toString() {
// size=3, [99, 88, 77]
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();
}
}
补充数组缩容
在每次删除数组元素时及清空数组时，进行缩容检查
/**
* 如果内存使用比较紧张，动态数组有比较多的剩余空间，可以考虑进行缩容操作
* 例如：经过扩容后的数组很大，在经过删除操作后，数组元素数量不多，而数组所占空间够大
* 比如剩余空间占总容量的一半时，就进行缩容 (规则可以自定义)
*/
private void trim(){
int oldCapacity = elements.length;
int newCapacity = oldCapacity >> 1;
//如果元素的数量大于缩容后数组长度，或者小于初始量，不进行缩容操作
if (size >= (newCapacity) || size <= DEFAULT_CAPACITY) return;;
// 剩余空间还很多
E[] newElements = (E[]) new Object[newCapacity];
for (int i = 0; i < size; i++) {
newElements[i] = elements[i];
}
elements = newElements;
System.out.println(oldCapacity + "缩容为" + newCapacity);
}
/**
* 清除所有元素
*/
public void clear() {
// 数组清空，应该根据情况缩容，避免内存浪费
if (elements != null && elements.length > DEFAULT_CAPACITY) {
elements = (E[]) new Object[DEFAULT_CAPACITY];
}else {
for (int i = 0; i < size; i++) {
elements[i] = null;
}
}
size = 0;
}
全局的关系图
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