【数据结构】 ArrayList简介与实战-阿里云开发者社区

【数据结构】 ArrayList简介与实战

2023-09-26 124

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简介： 【数据结构】 ArrayList简介与实战

什么是ArrayList

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

ArrayList相关说明

ArrayList是以泛型方式实现的，使用时必须要先实例化
ArrayList实现了RandomAccess接口，表明ArrayList支持随机访问
ArrayList实现了Cloneable接口，表明ArrayList是可以clone的
ArrayList实现了Serializable接口，表明ArrayList是支持序列化的
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
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

ArrayList使用

ArrayList的构造

ArrayList的构造有三种

无参构造

ArrayList创建，推荐写法

// 构造一个空的列表
List<Integer> list1 = new ArrayList<>();

指定顺序表初始容量

// 构造一个具有10个容量的列表
List<Integer> list2 = new ArrayList<>(10);
list2.add(1);
list2.add(2);
list2.add(3);

利用其他 Collection 构建 ArrayList

// list3构造好之后，与list2中的元素一致
ArrayList<Integer> list3 = new ArrayList<>(list2);

ArrayList常见操作

ArrayList虽然提供的方法比较多，但是常用方法如下所示

例如我们有以下代码

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("JavaSE");
list.add("JavaWeb");
list.add("JavaEE");
list.add("遇事问春风乄");
list.add("数据结构");

获取list有效元素个数

// 获取list中有效元素个数
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(1));//获取
list.set(1, "JavaWEB");//设置

在list的index位置插入指定元素

在list的index位置插入指定元素后，index及后续的元素统一往后搬移一个位置

list.add(1, "Java数据结构");

删除指定元素

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("JavaEE")

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(list.size()-1)

检测list中是否包含指定元素

包含返回true，否则返回false

if(list.contains("遇事问春风乄")){
  list.add("遇事问春风乄");
}

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

//从前往后
System.out.println(list.indexOf("JavaSE"));
//从后往前
System.out.println(list.lastIndexOf("JavaSE"));

截取部分 list

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, 4);

ArrayList的遍历

ArrayList 可以使用三方方式遍历：for循环+下标、foreach、使用迭代器

for循环+下标

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) + " ");
}

foreach

List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(5);
// 借助foreach遍历
for (Integer integer : list) {
  System.out.print(integer + " ");
}

使用迭代器

List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(5);
Iterator<Integer> it = list.listIterator();
while(it.hasNext()){
  System.out.print(it.next() + " ");
}

注意事项

ArrayList最长使用的遍历方式是：for循环+下标以及 foreach
迭代器是设计模式的一种

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源码中扩容方式

Object[] elementData; // 存放元素的空间
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // 默认空间
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; // 默认容量大小
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }
    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
// overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
    private void grow(int minCapacity) {
// 获取旧空间大小
        int oldCapacity = elementData.length;
// 预计按照1.5倍方式扩容
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 如果用户需要扩容大小 超过 原空间1.5倍，按照用户所需大小扩容
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
// 如果需要扩容大小超过MAX_ARRAY_SIZE，重新计算容量大小
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 调用copyOf扩容
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
// 如果minCapacity小于0，抛出OutOfMemoryError异常
        if (minCapacity < 0)
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;
    }

小结

检测是否真正需要扩容，如果是调用grow准备扩容
预估需要库容的大小
初步预估按照1.5倍大小扩容
如果用户所需大小超过预估1.5倍大小，则按照用户所需大小扩容
真正扩容之前检测是否能扩容成功，防止太大导致扩容失败
使用copyOf进行扩容

ArrayList的具体使用

杨辉三角

题目描述

给定一个非负整数 numRows，生成「杨辉三角」的前 numRows 行。

题目解释：

题中返回值为 List<List< Integer > >,意思为返回一个List，这个List里面的每一个元素也为List

解法思路：

List里面放List可以类似与我们的二维数组，而我们的杨辉三角也可以看成一个二维数组

比如我们现在有一个List实例为ret，ret里面存放的是List类型的元素；ret的每一个List元素里存放的是杨辉三角每一行的所有元素

通过观察我们发现，杨辉三角的第一位总是1，并且每一行的最后一个与第一个都为1；其余的等于上面一行的两个数相加

代码实现：

class Solution {
    public List<List<Integer>> generate(int numRows) {
        List<List<Integer>> ret = new ArrayList<>();
        List<Integer> row = new ArrayList<>();
        ret.add(row);
        row.add(1);
        for(int i = 1;i < numRows;i++) {
            List<Integer> row1 = ret.get(i-1);
            List<Integer> row2 = new ArrayList<>(i);
            ret.add(row2);
            row2.add(1);
            for(int j = 1;j < i;j++)
            {
                int h = row1.get(j) + row1.get(j-1);
                row2.add(h);
            }
            row2.add(1);
        }
        return ret;
    }
}

简单的洗牌算法

比如我们现在需要实现一个简单的炸金花

Card类

那么我们首先第一步，我们得了解一下扑克，我们除开大小王，就剩下52张牌。每张牌都有相应的面额和花色

那么我们便可以建立一个Card类用于描述我们的扑克

class Card {
    public int rank; // 牌面值
    public String suit; // 花色
    @Override
    public String toString() {
        return String.format("[%s %d]", suit, rank);
    }
}

买牌（初始化）

接下来我们需要买一副牌，其实也就是对我们的牌进行初始化

一共四个花色，每一种花色对应13张牌

public static final String[] SUITS = {"♠", "♥", "♣", "♦"};
    // 买一副牌
    private static List<Card> buyDeck() {
        List<Card> deck = new ArrayList<>(52);
        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;
    }

洗牌

买回来的牌肯定不能直接完，所以我们要进行洗牌

在洗牌环节我们会对一张张牌进行遍历，然后让该牌于随机的一张牌进行交换

这里为了随机数产生方便，我们选择从后往前遍历

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);
    }
    private static void shuffle(List<Card> deck) {
        Random random = new Random();//随机数
        for (int i = deck.size() - 1; i > 0; i--) {
            int r = random.nextInt(i);
            swap(deck, i, r);
        }
    }

摸牌

三个人轮流摸牌，我闷这里采用二维数组的思想来实现，也就是List里面的元素是List

摸一张牌，排队里就少一张牌，这里操作起来非常简单，我们只需要将牌堆deck的0下标进行删除就好

使用E remove(int index)删除当前下标的元素，并返回该元素，将该元素添加到每一位玩家的手中

List<List<Card>> hands = new ArrayList<>();
        hands.add(new ArrayList<>());
        hands.add(new ArrayList<>());
        hands.add(new ArrayList<>());
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            for (int j = 0; j < 3; j++) {
                hands.get(j).add(deck.remove(0));
            }
        }

效果展示：

完整代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
class Card {
    public int rank; // 牌面值
    public String suit; // 花色
    @Override
    public 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<>(52);
        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;
    }
    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);
    }
    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 < 3; 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));
    }
}

总结

关于《【数据结构】 ArrayList简介与实战》就讲解到这儿，感谢大家的支持，欢迎各位留言交流以及批评指正，如果文章对您有帮助或者觉得作者写的还不错可以点一下关注，点赞，收藏支持一下！

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