【数据结构】手动实现基础数据结构_ArrayList

学习数据结构，必不可少的就是手动实现它们，亲自动手做了，才可以真正理解。

 

ArrayList，顾名思义，是用数组实现的链表，一个链表的基本功能可以说是增删查改，对于数组来说，查询、修改是非常容易的，直接通过数组的下标就可以完成，时间复杂度是常数级别的。而添加、删除就比较麻烦，为了保证数据的连续性，数组之间不可以有"空位"(即没有存放有效数据的空间)，那么在添加删除时需要将数组移位，最好的情况是添加删除都在链表的末尾，时间复杂度为O(c)，但最坏的情况是在链表的头部添加删除数据，时间复杂度为O(n)，综合来算，时间复杂度为O(n)

 

如下图，如果要删除a[3]的数据，那么删除之后，a[3]以后的数据都要向前移动一位，以保证数据的有效性，添加同理

 

除了增删查改，还应该能获取到链表的大小、清空链表、判断链表是否为空等操作。此外，链表还应该具有自动扩容的功能，使用链表的人不需要操心链表的大小是否够用，若添加的数据超出了数组的容量，应自动扩容。

 

 

添加数据：有两种方法，一是在链表末尾添加数据，二是在链表中插入数据，这两种实际上可以概括为在链表的某一个位置插入数据。在添加数据之前，首先要判断现有数据的大小是否超出了数组的容量，若超出，则需要扩容，否则插入数据。

 

/**
 * 在链表末尾添加元素
 * 
 * @param e
 * @return
 */
public boolean add(Object e) {
    // 判断是否需要扩容
    if(size == list.length){
        ensureCapacity();
    }
    list[size++] = e;
    return true;
}

/**
 * 在指定下标位置添加元素
 * 
 * @param e     要添加的元素
 * @param index 下标
 * @return
 */
publicboolean add(Object e, int index) {
    // 下标越界，抛出异常
    if (index > size || index < 0) {
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
    }
    // 判断是否需要扩容
    if(size == list.length){
        ensureCapacity();
    }
    // 在末尾添加数据
    if (index == size) {
        return add(e);
    }
    for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
        list[i + 1] = list[i];
    }
    list[index] = e;
    size++;
    return true;
}    

/**
 * 扩容
 */
private void ensureCapacity() {
    Object[] newList = new Object[(int) (size + 0.5 * size)];
    // native方法，提高效率
    System.arraycopy(list, 0, newList, 0, list.length);
    list = newList;
    }
}

删除数据：与添加数据一样，也有两种方法，不带参数的方法默认删除链表最后一个数据，带参数的则删除参数指定的数据

/**
 * 删除元素，参数为空则删除最后一个
 */
public Object remove() {
    if(size <= 0) {
        return null;
    }
    Object o = get(size-1);
    size --;
    return o;
}

/**
 * 删除下标为index的元素
 * @param index
 * @return
 */
public Object remove(int index) {
    if(index < 0 || index >= size) {
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
    }
    Object o = get(index);
    for(int i = index;i<size;i++) {
        list[i] = list[i+1];
    }
    size--;
    return o;
}

查询数据与修改数据都比较简单，直接利用相应的下标进行替换或返回相应的值，判断链表为空直接判断size的值就可以了，而清空链表就将size的值修改为0

/**
 * 获取下标处的元素
 * 
 * @param index 下标
 * @return
 */
public Object get(int index) {
    if (index >= size || index < 0) {
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
    }
    return list[index];
}

/**
 * 判断列表是否为空
 * 
 * @return
 */
public boolean isEmpty() {
    return size == 0;
}

/**
 * 清空列表
 */
public void clear() {
    size = 0;
}

/**
 * 列表大小
 * 
 * @return
 */
public int size() {
    return size;
}

 都是比较粗糙的实现，暂时还未考虑优化