靜態數組
Java中最基本的數組大家肯定不會陌生：
int[] array = new int[6];
for (int i = 0; i < array.length; i++){
array[i] = 2 * i + 1;
}
通過循環把元素放入指定的位置中，類似于這樣：
這是一個靜態數組，因為我們在第一步初始化的時候就已經固定了它的長度，后面再也無法改變。所以，由于有這個限制，靜態數組不適用于那些不確定儲存多少數據的場景。
但是如果數組滿了，能否再新建一個更長一些的數組，把原數組這些元素再轉移到新數組中呢？這樣一來，數組就可以繼續使用了。按照這個思路，我們就可以創建基于靜態數組的動態數組。
動態數組的實現原理
“動態”主要體現在以下幾方面：
1.添加元素
不局限于只在數組末尾添加，而是能夠隨意選擇索引位置(只要不超過數組長度)。例如在索引為1處添加元素4：
從圖中可以看出，需要將index處及右側的元素依次向右移動一個單位（從末位元素開始），最后用新增元素覆蓋index處元素。
2.刪除元素
同添加元素，也可根據索引進行選擇。例如刪除索引為0處的元素3：
刪除元素移動元素的方向與添加元素正好相反，從index處開始，直接使用后一位元素覆蓋前一位元素，最后將末位元素置為null。
3.數組擴容
數組一旦裝滿元素，可觸發數組擴容，即新建一個更長的數組，將原數組元素轉移到新數組中，并將引用指向新數組，完成數組的變更；
4.數組縮減
如果數組元素相對總容量來說過少(例如數組元素個數小于數組容量的1/4)，便可觸發數組縮減，即新建一個更短的數組，并轉移元素至新數組。
代碼實現
以下通過新建一個 Array 類，依次實現這幾個重要功能：
public class Array<E> {
private E[] data; // 使用靜態數組存放數組元素
private int size; // 記錄數組元素數量
public Array(int capacity) {
this.data = (E[]) new Object[capacity];
this.size = 0;
}
public Array() {
this(10); // 默認capacity為10
}
// 數組擴容/縮減
public void resize(int newCapacity) {
// 新數組長度必須大于0
if (newCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("capacity must > 0!");
// 創建新數組
E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity];
// 將原數組元素放入新數組中
for (int i = 0; i < size; i++) {
newData[i] = data[i];
}
// 將引用指向新數組
data = newData;
}
/**
* 在指定位置添加元素
* 指定位置處的元素需要向右側移動一個單位
* @param index 索引
* @param element 要添加的元素
*/
public void add(int index, E element) {
if (index < 0 || index > size) throw new IllegalArgumentException("Illegal index, index must > 0 and <= size!");
// 數組滿員觸發擴容
if (size == data.length) {
resize(2 * data.length); // 擴容為原數組的2倍
}
// 從尾部開始，向右移動元素，直到index
for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
data[i + 1] = data[i];
}
// 添加元素
data[index] = element;
size++;
}
// 數組頭部添加元素
public void addFirst(E element) {
add(0, element);
}
// 數組尾部添加元素
public void addLast(E element) {
add(size, element);
}
/**
* 刪除指定位置元素
* 通過向左移動一位，覆蓋指定位置處的元素，實現刪除元素(data[size - 1] = null)
* @param index 索引
*/
public E remove(int index) {
if (index < 0 || index > size) throw new IllegalArgumentException("Illegal index, index must > 0 and < size!");
// 數組長度為0時拋出異常
if (size == 0) throw new IllegalArgumentException("Empty array!");
E removedElement = data[index];
// 向左移動元素
for (int i = index; i < size - 1; i++) {
data[i] = data[i + 1];
}
// 將尾部空閑出的位置置為空，釋放資源
data[size - 1] = null;
size--;
// size過小觸發數組縮減
if (size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0) resize(data.length / 2);
return removedElement;
}
// 刪除頭部元素
public E removeFirst() {
return remove(0);
}
// 刪除尾部元素
public E removeLast() {
return remove(size - 1);
}
// 重寫Override方法，自定義數組顯示格式
@Override
public String toString() {
StringBuilder str = new StringBuilder();
// 顯示數組的整體情況(長度、總容量)
str.append(String.format("Array: size = %d, capacity = %d
[", size, data.length));
// 循環添加數組元素至str
for (int i = 0; i < size; i++) {
str.append(data[i]);
if (i < size - 1) str.append(", ");
}
str.append("]");
return str.toString();
}
}
接下來我們測試一下這個數組的使用情況：
public static void main(String[] args) {
// 添加10個元素
Array<Integer> arr = new Array<>();
for (int i = 0; i < 10; i++)
arr.add(i, i);
// 查看數組當前狀態
System.out.println(arr);
// 繼續添加元素，觀察是否擴容
arr.add(arr.size, 7);
System.out.println(arr);
// 再刪除6個元素，觀察是否縮減
for (int i = 0; i < 6; i++) {
System.out.println("元素" + arr.removeFirst() + "已被刪除！");
}
System.out.println(arr);
}
/*
輸出結果：
Array: size = 10, capacity = 10
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
Array: size = 11, capacity = 20
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 7]
元素0已被刪除！
元素1已被刪除！
元素2已被刪除！
元素3已被刪除！
元素4已被刪除！
元素5已被刪除！
Array: size = 5, capacity = 10
[6, 7, 8, 9, 7]
*/
可以看到，當數組滿員后，繼續添加元素可以成功觸發數組擴容；而當數組元素過少時，也會觸發縮減。
再實現幾個常用方法來完善我們的動態數組類：
// 獲取數組長度
public int getSize() {
return size;
}
// 獲取數組總容量
public int getCapacity() {
return data.length;
}
// 判斷數組是否為空
public boolean isEmpty() {
return getSize() == 0;
}
// 查找指定元素在數組中的位置
public int search(E element) {
for (int i = 0; i < getSize(); i++) {
if (data[i].equals(element)) {
return i;
}
}
// -1表示未找到
return -1;
}
// 判斷指定元素是否在數組中
public boolean contains(E element) {
return search(element) != -1;
}
// 按照索引查找元素值
public E get(int index) {
if (index < 0 || index > size) throw new IllegalArgumentException("Illegal index, index must > 0 and < size!");
return data[index];
}
// 查找頭部元素
public E getFirst() {
return get(0);
}
// 查找尾部元素
public E getLast() {
return get(getSize() - 1);
}
// 設置指定位置的元素值
public void set(int index, E element) {
if (index < 0 || index > size) throw new IllegalArgumentException("Illegal index, index must > 0 and < size!");
data[index] = element;
}
/**
* 按照元素值刪除
* 只刪除數組中第一個元素值與指定值相等的元素
* @param element 指定元素值
*/
public boolean removeElement(E element) {
int index = search(element);
if (index != -1) {
remove(index);
return true;
}
return false;
}
/**
* 按照元素值刪除
* 刪除數組中所有值與指定值相等的元素
*
* @param element 指定元素值
*/
public boolean removeElementAll(E element) {
boolean isRemoved = false;
int i = getSize() - 1;
while (i >= 0) {
if (data[i].equals(element)) {
remove(i);
isRemoved = true;
}
i--;
}
return isRemoved;
}
從外部調用者的角度，無法覺察到其中的數組變更操作，感覺就是一個動態數組，但是由于擴容和縮減操作均需要新建數組，并且遍歷原數組，會導致過多的開銷，所以從性能上來說，并不是好的解決方案。后面我們將學習更加高效的數據結構。
到此這篇關于Java 動態數組的實現示例的文章就介紹到這了,更多相關Java 動態數組內容請搜索服務器之家以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持服務器之家！
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