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笔记中提供了大量的代码示例,需要说明的是,大部分代码示例都是本人所敲代码并进行测试,源码已经标注出,不足之处,请大家指正~

本博客中所有言论仅代表博主本人观点,若有疑惑或者需要本系列分享中的资料工具,敬请联系 qingqing_crawl@163.com

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前言:

前一段时间在大学课堂上学习了 c++ 版的数据结构,虽然考过了,但是感觉学的不扎实,不深入。尤其是楼主主要是 Java 方向的,所以一直想着再学习来一遍,一边学习数据结构,一边看着 jdk 源码,提升一下自己的内功。

数据结构的开篇当然要拿顺序线性表开刀了。当然这一部分自认为还是比较简单,直接来拿 ArrayList 说事。

一、ArrayList 概述

ArrayList是 List 接口的可变数组的实现。除了实现 List 接口外,此类还提供一些方法来操作内部用来存储列表的数组的大小。

每个 ArrayList 实例都有一个容量,该容量是指用来存储列表元素的数组的大小。随着向 ArrayList 中不断添加元素,其容量也自动增长自动增长会带来数据向新数组的重新拷贝,因此,如果可预知数据量的多少,可在构造 ArrayList 时指定其容量。

二、ArrayList 源码解析

值的注意的是,对于 ArrayList 来说,它实现了 List 接口,底层是使用数组来实现的,所以对 ArrayList 的操作,实际上就是对数组的操作。下面我们看一看,ArrayList 到底是如何实现的?

1.底层使用数组实现:

transient Object[] elementData;

2. 构造方法:ArrayList 实现了三种形式的构造器,可以构造一个空的列表,也可以构造一个由我们指定初始容量的空列表,还可以构造一个包含 Collection

的元素的非空列表

源码:

public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
} public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
} public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}

3. set(int index, E element) 和 add(E e),这两个方法比较简单,简单说明一下即可。

set(int index, E element) 可以用指定的元素替代列表中指定位置上的元素,并返回被替代了的元素,第二行的 rangeCheck() 方法是对传入的 index 进行范围的校验,很简单,不再说明。

public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index); E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}

add(E e) 方法,将指定的元素添加到列表的末尾,第 2 行做的是检查添加后是否超过了数组的长度,如果超过了则为数组扩容,然后再添加。

public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}

4. add(int index, E element) 将指定的元素插入到列表的指定位置

解析:第 2 行的方法是对传入的 index 进行校验,判断其 index > size || index < 0,若满足此条件,则抛异常:IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index))。

第 3 行的 ensureCapacityInternal() 方法是检查添加后是否超过了数组的长度,如果超过了则为数组扩容。

第 5 行为主要操作,是将 elementData 数组中的从 index 开始,长度为  size - index 的元素拷贝到 index + 1 的位置上,即将这些元素后移一位。然后第 7 行将空缺出来的 index 位置上的元素赋值为出入的 element。

 public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}

5. addAll(Collection<? extends E> c) 方法,将该 collection 中的所有元素添加到此列表的尾部,此方法不难理解,不再详解。

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}

6.addAll(int index, Collection<? extends E> c) :从指定的位置开始,将指定 collection 中的所有元素插入到此列表中。此方法与之前介绍的 add(int index, E element) 几乎一样,add(int index, E element) 方法已经详细介绍过了,也不再赘述。

 public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index); Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount int numMoved = size - index;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
numMoved); System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}

7. get(int index):返回此列表中指定位置上的元素。 同样先校验 index ,然后直接获取即可。

 public E get(int index) {
rangeCheck(index); return elementData(index);
}

8. remove(int index):移除此列表中指定位置上的元素。

解析:首先在第 2 行还是先校验传入 index 是否在正常的范围内。

第 5 行取出 index 位置的元素。

第 7 行定义了一个 munMoved = size - index - 1,对应为要删除的这个 index 位置的元素后面元素的个数,若 index 位置后面还有元素,就将 elementData 从 index + 1 位置开始的 numMoved 个元素复制到 index 位置,即让 index 后面的元素向前移了一位,这样就将 index 位置的元素删除了。

 public E remove(int index) {
rangeCheck(index); modCount++;
E oldValue = elementData(index); int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work return oldValue;
}

为了让大家更好的理解,LZ 画了一个示意图供大家参考:

9. remove(Object o):移除此列表中首次出现的指定元素(如果存在)。这是因为 ArrayList 中允许存放重复的元素。

解析:值的注意的是 ArrayList 中允许存放 null 值,所以此操作要分两种情况来完成。

而第 5 行和第 11 行的 fastRemove(int index) 方法,类似于 remove(int index) 方法,前面已经做了详细的讲解。

 public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}

总结:关于 ArrayList 的源码解析和实现原理 LZ 先介绍到这里,都是挑选常用的方法来介绍的,欢迎大家一块学习,讨论交流。后续的关于数据结构的知识 LZ 还会持续更新~~

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