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数据结构笔记总结(1.7)动态数组

极客笔记 Geekerstar 12个月前 (05-06) 303次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码
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动态数组

实际上现在我们的数组内部使用的还是java内部的一个静态数组,对于java这个静态数组来说,它的容量是有限的,我们需要一个容量动态可变化的数组。

目前这个数组只有四个容量,并且已经装满了,此时如果我们再向数组中添加一个元素的话,显然是无法办到的,根据我们现在的代码逻辑会抛出一个异常。

因此我们只能想其他办法了,办法其实很简单,只需要再开辟一个新的数组就行了。

我们将这个新的数组叫做newData,但是空间要比原来的大一些,原来只有四个不够用了,这次我们开八个空间,然后将data中所有的元素依次放进newData中,所以我们就需要一次循环操作,循环遍历原数组中的所有元素,并依次赋值到newData中。

核心目的就是让newData取代data,换句话说,此时我们数组容量已经变成了8,size依然是四个元素,data指向有新空间的八个元素的数组newData。

此时data和newData指向同一个空间,整个过程封装在一个函数中,因此执行完后,newData就失效了,而Data由于是整个类的成员变量,它和类的生存周期是一致的,因此只要我们这个类在使用,那么这个data就是有效的,并且指向八个空间的新数组,原来的数组由于java的垃圾回收机制被回收了。这样实际上就实现了扩容。

代码演示

完整的动态Array代码如下:


public class Array<E> {

    private E[] data;
    private int size;

    // 构造函数,传入数组的容量capacity构造Array
    public Array(int capacity){
        data = (E[])new Object[capacity];
        size = 0;
    }

    // 无参数的构造函数,默认数组的容量capacity=10
    public Array(){
        this(10);
    }

    // 获取数组的容量
    public int getCapacity(){
        return data.length;
    }

    // 获取数组中的元素个数
    public int getSize(){
        return size;
    }

    // 返回数组是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return size == 0;
    }

    // 在index索引的位置插入一个新元素e
    public void add(int index, E e){

        if(index < 0 || index > size)
            throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and index <= size.");

        if(size == data.length)
            resize(2 * data.length);

        for(int i = size - 1; i >= index ; i --)
            data[i + 1] = data[i];

        data[index] = e;

        size ++;
    }

    // 向所有元素后添加一个新元素
    public void addLast(E e){
        add(size, e);
    }

    // 在所有元素前添加一个新元素
    public void addFirst(E e){
        add(0, e);
    }

    // 获取index索引位置的元素
    public E get(int index){
        if(index < 0 || index >= size)
            throw new IllegalArgumentException("Get failed. Index is illegal.");
        return data[index];
    }

    // 修改index索引位置的元素为e
    public void set(int index, E e){
        if(index < 0 || index >= size)
            throw new IllegalArgumentException("Set failed. Index is illegal.");
        data[index] = e;
    }

    // 查找数组中是否有元素e
    public boolean contains(E e){
        for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
            if(data[i].equals(e))
                return true;
        }
        return false;
    }

    // 查找数组中元素e所在的索引,如果不存在元素e,则返回-1
    public int find(E e){
        for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
            if(data[i].equals(e))
                return i;
        }
        return -1;
    }

    // 从数组中删除index位置的元素, 返回删除的元素
    public E remove(int index){
        if(index < 0 || index >= size)
            throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");

        E ret = data[index];
        for(int i = index + 1 ; i < size ; i ++)
            data[i - 1] = data[i];
        size --;
        data[size] = null; // loitering objects != memory leak

        if(size == data.length / 2)
            resize(data.length / 2);
        return ret;
    }

    // 从数组中删除第一个元素, 返回删除的元素
    public E removeFirst(){
        return remove(0);
    }

    // 从数组中删除最后一个元素, 返回删除的元素
    public E removeLast(){
        return remove(size - 1);
    }

    // 从数组中删除元素e
    public void removeElement(E e){
        int index = find(e);
        if(index != -1)
            remove(index);
    }

    @Override
    public String toString(){

        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %d\n", size, data.length));
        res.append('[');
        for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
            res.append(data[i]);
            if(i != size - 1)
                res.append(", ");
        }
        res.append(']');
        return res.toString();
    }

    // 将数组空间的容量变成newCapacity大小
    private void resize(int newCapacity){

        E[] newData = (E[])new Object[newCapacity];
        for(int i = 0 ; i < size ; i ++)
            newData[i] = data[i];
        data = newData;
    }
}

简单测试一下,仔细观察数组动态扩容的过程

public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        Array<Integer> arr = new Array<>();
        for(int i = 0 ; i < 10 ; i ++)
            arr.addLast(i);
        System.out.println(arr);

        arr.add(1, 100);
        System.out.println(arr);

        arr.addFirst(-1);
        System.out.println(arr);

        arr.remove(2);
        System.out.println(arr);

        arr.removeElement(4);
        System.out.println(arr);

        arr.removeFirst();
        System.out.println(arr);
    }
}

运行程序,观察结果

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