【Java数据结构】深入解析ArrayList与顺序表

1.前言~🥳🎉🎉🎉

2.ArrayList的介绍

3.使用ArrayList

3.1 ArrayList的构造方法

3.11 第一个构造方法

3.12第二个构造方法

3.13第三个构造方法

3.2ArrayList中的tostring方法

3.3ArrayList 的 add 方法

4.ArrayList的常用方法

4.1 addAll方法

4.2subList方法

4.3ArrayList的常用方法总使用

5.ArrayList的遍历

6.总结

1.前言~🥳🎉🎉🎉

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在上一章我们将顺序表的模拟讲了之后，我们现在正式开始介绍ArrayList这个类（顺序表）。开始吧！

参考文章：【Java 数据结构】顺序表_数据结构java顺序表基本算法测试-CSDN博客

2.ArrayList的介绍

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：

❤️❤️由这可知：

1. ArrayList是以泛型方式实现的，所以使用时必须要先实例化

2. ArrayList实现了RandomAccess接口，表明ArrayList支持随机访问

3. ArrayList实现了Cloneable接口，表明ArrayList是可以clone的

4. ArrayList实现了Serializable接口，表明ArrayList是支持序列化的

5. 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

6. 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

我们查看源码可知的确实施了这些接口。

这就是类定义的前部分，这里还是比较复杂的，会随着我们学习的深入，逐步学习到。

❤️❤️接下来我们来看ArrayList的几个成员变量：

对于第一个成员变量，我们无需了解，只需要关注下后面五个成员变量。

3.使用ArrayList

3.1 ArrayList的构造方法

3.11 第一个构造方法

当前是一个带参数的构造方法，很好理解，根据传递的参数开辟数组空间的大小。如果参数是等于0，就直接把 EMPTY_ELEMENTDATA 这个空数组赋值给存放数据的数组中。如果是给定一个负数，显然是错误的，也即直接抛出异常！

3.12第二个构造方法

对于这个无参构造方法居然也是给了一个空数组，也就是没有分配数组内存，那它到底是怎么把数据放进去的？别急，随着后面的讲解，我们会解开这个谜题。

3.13第三个构造方法

里面涉及了泛型的进阶，我们这也不怎么好描述，就直接说特点吧：

下面是这个构造方法的一些特点：

参数c要求是实现了Collection接口的对象，

参数c中的<>元素类型必须与ArrayList中的<>元素类型兼容，即参数c中的<>元素类型必须是ArrayList中<>元素类型的子类或者相同类型。

在使用该构造方法后，它会按照参数c中元素的顺序将元素添加到新创建的ArrayList中。

实例如下：
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add("orange");

        ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<>(list);
        System.out.println(arrayList);
    }

}
所以由这可知我们就将list内部的元素apple banana orange全部复制到Arraylist内部中（按顺序复制）。

3.2ArrayList中的tostring方法

由上图可知我们的ArrayList重写了toString方法。所以在用println时，内部参数为ArrayList对象时其将打印出该对象内部的所有元素，以字符串形式打印出来。

例如，如果ArrayList中有三个元素 “apple”、“banana” 和 “orange”，那么调用println方法将打印出字符串 “[apple, banana, orange]”。

3.3ArrayList 的 add 方法

别小看这几行代码，跟我们自己模拟实现的还是有区别的，真正有内涵的代码其实在 ensureCapacityInternal 这个方法中，那么现在，我们就一步步去解开他的面纱：

由这可知，我们就可以解开之前构造方法中的问题：我们用无参构造方法给其elementData一个空数组，也就是没有分配内存，那么它到底怎么存放数据进去？

我们看源码可知如果在使用add时elementData指向一个空数组，那么在使用add方法时内部的ensureCapacityInternal方法会给其element重新指向一个可以存放十个数据的数组，这样就可以存放数据了。

我们还从源码处可知在使用add时如果其数组中的数据已经满了，那么其会为该数组扩容1.5倍再存放数据。

所以这就是add的厉害之处。不仅能给内部为空数组的ArrayList对象重新开辟一个内部为10个数据的数组，使其能存放数据；它还可以为满数据的数组实现扩容，使其也能存放数据。

4.ArrayList的常用方法

在这里我们就重点讲两个方法 addAll和subList,

❤️❤️对于其他方法的使用，都很简单，自己去查源码，我这就不讲了。到了数据结构阶段，就要尝试着自己看源码，培养自主学习的能力！

4.1 addAll方法

ArrayList中的addAll方法是用于将另一个集合c中的所有元素添加到当前ArrayList对象中的方法。它的语法如下：
boolean addAll(Collection<? extends E> c)
其中有以下要求：

参数c要求是实现了Collection接口的对象，

参数c中的<>元素类型必须与ArrayList中的<>元素类型兼容，即参数c中的<>元素类型必须是ArrayList中<>元素类型的子类或者相同类型。

这个方法可以用于批量添加元素到ArrayList对象中，方便快捷。注意，addAll方法不会去重，如果添加的元素在当前ArrayList中已经存在，则会重复添加

4.2subList方法

ArrayList中的subList方法用于获取原顺序表的一个子顺序表。它接受两个参数，分别是起始索引（fromindex）和结束索引（toindex），其左闭右开。一个新的List对象，包含原顺序表中指定范围内的元素。

subList方法返回的子顺序表在原顺序表的内部，对子顺序表的修改会反映到原顺序表上，反之亦然。这意味着，如果你修改了子顺序表中的元素，原顺序表也会相应地被修改；如果你修改了原顺序表中的元素，子顺序表也会相应地被修改。

需要注意的是，如果有一个顺序表此时存在一个子顺序表，现在将该顺序表结构性修改（如添加或删除元素），之后再用println打印子顺序表，会导致ConcurrentModificationException异常抛出。这是因为结构性修改改变了原顺序表的大小，从而也破坏了其子列表的大小，所以打印子列表时就报错。（内容牵涉到了迭代器，这里就不细讲）
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(5);

List<Integer> subList = list.subList(1, 4);
System.out.println(subList);  // 输出：[2, 3, 4]

subList.set(0, 10);
System.out.println(list);  // 输出：[1, 10, 3, 4, 5]

list.add(6);
System.out.println(subList);  // 抛出ConcurrentModificationException异常

4.3ArrayList的常用方法总使用

❤️❤️以下是我们对常用方法的总使用，大家了解一下。

        ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
        // 1，插入(尾插)
        arrayList.add(1);
        arrayList.add(2);
        arrayList.add(3);
        arrayList.add(4);
        arrayList.add(5);
        System.out.println("插入数据后：" + arrayList);

        // 2，在任意位置插（下标）插入
        arrayList.add(0, -1);
        System.out.println("在0下标插入-1后：" + arrayList);

        // new 一个链表对象并尾插“1”，“2”
        LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
        linkedList.addLast(1);
        linkedList.addLast(2);
        // 3，插入 linklist 的所有元素
        arrayList.addAll(linkedList);
        System.out.println("插入linklist后：" + arrayList);

        // 4,删除任意位置（下标）数据
        arrayList.remove(0);
        System.out.println("删除0下标数据后：" + arrayList);

        // 5,删除指定数据
        arrayList.remove(new Integer(1));// 参数为Object（类）类型的对象
        System.out.println("删除第一个1后：" + arrayList);
        // 上面两个remove（）方法构成了重载
        // remove（）方法的参数如果输入整数之后不会自动装箱，而是会被自动识别为index。
        // 因为index是int类型，而顺序表中的数据是Object（类）类型
        // 但在插入数据时，输入的是1，基本类型，它会自动装箱，变成Integer类型
        //删除数据时之所以输入整数时不自动装箱是因为其参数本身就有index（整数）这个类型
        //所以优先选择该整型参数，不会自动装箱。
        // 所以要删除数据，应该输入类类型的对象，而不是基本类型的数据

        // 6，获取任意位置（下标）数据
        int ret = arrayList.get(0);
        System.out.println("得到0下标的数据：" + ret);

        // 7，更改任意位置（下标）数据
        arrayList.set(0,100);
        System.out.println("把0下标数据改成100后：" + arrayList);

        // 8，判断是否存在该数据
        boolean bl = arrayList.contains(100);
        System.out.println("判断是否存在100这个数据：" + bl);

        // 9，返回第一个key的位置（下标）
        int index = arrayList.indexOf(2);
        System.out.println("第一个2的下标：" + index);

        // 10，返回最后一个key的位置（下标）
        int lastIndex = arrayList.lastIndexOf(2);
        System.out.println("最后一个2的下标：" + lastIndex);

        // 11，获取顺序表长度
        int size = arrayList.size();
        System.out.println("顺序表长度为：" + size);

        // 12，截取
        List<Integer> list  = arrayList.subList(1, 3);
       // [1,3)左闭右开，返回出的子顺序表和ArrayList共用一个elementData数组

        System.out.println(list);

        // 13，清空顺序表
        arrayList.clear();
        System.out.println("清空顺序表后：" + arrayList);

5.ArrayList的遍历

❤️❤️对于顺序表的遍历，我们可以通过 for 循环，for-each，以及迭代器的方法遍历：

public class TestArrayList {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
        arrayList.add(1);
        arrayList.add(2);
        arrayList.add(3);
        // 通过for循环遍历ArrayList
        for (int i = 0; i < arrayList.size(); i++) {
            System.out.print(arrayList.get(i) + " ");
        }
        // 通过for-each循环遍历ArrayList
        for (Integer integer : arrayList) {
            System.out.print(integer + " ");
        }
        // 通过迭代器遍历ArrayList(了解即可，无需深入了解，之后会学)
        Iterator<Integer> it = arrayList.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.print(it.next() + " ");
        }
    }
}

除此以外，我们还可以通过println（ArrayList对象）打印出该对象内部的所有元素，这个方法我们在之前就讲过了，这里不多讲述了。