数据结构学习笔记（3）_使用数组实现简单线性表功能

线性表（List）：零个或多个数据元素的有限序列。

关键字有两个：

　　“零个”也就是说线性表是可以为空的；

　　“有限序列”不管多长的线性表，总要有一个最大长度，并且元素与元素之间是一对一的关系，也即有一定的顺序。

在Java中有一个很“神奇的”类，就是ArrayList。它神奇的地方在于它使用起来和数组一样简单，但却提供了更多更方便的方法。感觉上ArrayList是可以无限添加元素的！这一点太方便了，它是怎么做到的呢？

其实，ArrayList是底层就是用数组来实现的！但是上次不是才说数组的长度是不能变的吗？实际上，它可以实现“无限的”添加元素只是因为它的底层有一个机制，在数组空元素用完的时候会生成一个长度更长的数组，然后把之前的元素复制过去，这样就实现了扩容。但对于使用者来说，我们不需要关心这些细节。这就是Java基础类带来的方便啊！

我们自己来实现一个ArrayList，不过扩容的功能麻烦了点就不做了~~~但基本的一个线性表应该具有的功能应该是（假定要放入的元素都是int型的，当然改成范型也是可以的）：

增：boolean add(int value)在表的末尾添加新元素；boolean insert(int index, int value)。

删：boolean remove(int index)移除指定位置的元素；void clear()清空整个表。

改：boolean update(int index, int value)将指定位置的元素修改成指定的值。

查： int select(int value)在线性表中查询指定的值，返回元素的位置。如果不存放，返回“-1”。

还有一些功能也是必须的：

长度：int size()返回线性表的长度。

判空：boolean isEmpty()返回该线性表是否为空。

取值：int getValue(int index)获取特定位置的值。

好的，现在我们开始写代码：

　　首先当然是想一下怎样初始化的问题了。

　　本质上，我们还是通过数组来实现，所以我们应该是先定义一个一定长度的的数组，并且，我们应该用一个变量来记录我们添加了多少个元素吧。我们把这个类叫MyArrayList：

public class MyArrayList {
    // 这个线性表的最大长度
    public static final int MAX_LEN = 100;
    // 用来保存数据的数组
    private int[] array = new int[MAX_LEN];
    // 用定记录线性表的长度
    private int len;
}

　　好的，下面就是重头戏了，我们来实现功能了，先从add开始。

思路如下：

　　先判断线性表的长度是否等于最大的长度，如果相等，就说明表已满。不能插入返回false；否则，插入到末尾处，表的长度加1，返回true。代码实现如下：

public boolean add(int value) {
    // 判断线性表是否已满
    if (len == MAX_LEN) {
        return false;
    }
    else {
        array[len] = value;
        len++;
        return true;
    }
}

　　在指定的位置插入数据比较麻烦一点。想象一下，你在饭堂打饭，有前面有一个人插队。那应该是最后的人先退后一步吧，这样前面的人，每个都退后一个就能够腾出位置。所以在指定位置插入的话，要先做这样一步工作。

　　同理，删除一个元素的话，那也就是把这个元素之后的数据依次往前移到一位咯~~~

　　其他方法也是差不多这个样，就不说了，自己看代码快点~~~

public class MyArrayList {

    // 这个线性表的最大长度
    public static final int MAX_LEN = 100;
    // 用来保存数据的数组
    private int[] array = new int[MAX_LEN];
    // 用定记录线性表的长度
    private int len;
    
    /**
     * 添加数据到线性表末尾
     * @param value 要添加的值
     * @return 添加成功为true，添加失败为false
     */
    public boolean add(int value) {
        // 判断线性表是否已满
        if (len == MAX_LEN) {
            return false;
        }
        else {
            array[len] = value;
            len++;
            return true;
        }
    }
    
    /**
     * 在指定的位置添加数据
     * @param index 添加的位置
     * @param value 添加的数据
     * @return 添加成功为true，添加失败为false
     */
    public boolean insert(int index, int value) {
        if (len == MAX_LEN) {
            return false;
        }
        // 如果插入的位置不合理
        if (index < 0 || index > len) {
            return false;
        }
        else {
            // 在index之后的元素都应该向后移
            for (int i = len; i > index; i--) {
                array[i] = array[i - 1];
            }
            array[index] = value;
            len++;
            return true;
        }
    }

    /**
     * 清空线性表
     */
    public void clear() {
        len = 0;
    }
    
    /**
     * 移除指定位置的元素
     * @param index 要移除的元素的位置
     * @return 移除成功为true，添加失败为false
     */
    public boolean remove(int index) {
        if (index < 0 || index > len - 1) {
            return false;
        }
        else {
            // 相当于把index后面的元素向前移一位
            for (int i = index; i < len - 1; i++) {
                array[i] = array[i + 1];
            }
            len--;
            return true;
        }
    }
    
    /**
     * 更新指定位置的元素的值
     * @param index 要更新的元素的位置
     * @param value 新的值
     * @return 更新成功为true，添加失败为false
     */
    public boolean update(int index, int value) {
        if (index < 0 || index > len - 1) {
            return false;
        }
        else {
            array[index] = value;
            return true;
        }
    }
    
    /**
     * 查询指定的数值是否在线性表中
     * @param value 要查询的数值
     * @return 如果找到的话为第一个匹配的位置，找不到的话，返回-1
     */
    public int select(int value) {
        int index = 0;
        for (; index < len; index++) {
            if (array[index] == value) {
                break;
            }
        }
        if (index == len) {
            return -1;
        }
        else {
            return index;
        }
    }
    
    /**
     * 获得线性表的长度
     * @return 线性表的长度
     */
    public int size() {
        return len;
    }
    
    /**
     * 判断线性表是否为空
     * @return 如果为空，返回true，否则为false
     */
    public boolean isEmpty() {
        if (len == 0) {
            return true;
        }
        else {
            return false;
        }
    }
    
    /**
     * 获取某一位置的值
     * @param index 指定的元素位置
     * @return 该位置的值，如果指定的位置不合理，抛出异常
     */
    public int getValue(int index) {
        if (index < 0 || index > len - 1) {
            // 我们这里就不自己定义异常了，让系统去抛出~~~
            return array[MAX_LEN];
        }
        else {
            return array[index];
        }
    }
}

　　其实这样下来，Java自带的ArrayList能够实现的功能我们已经实现了大半了~~~，从上面的代码不难看出，如果在ArrayList进行大量的数据插入和删除操作，效率是比较低的。但它的读取性能是相当高的。

总的来说，ArrayList主要有两个缺点：

　　第一是插入和删除操作带来的大量的数据移动。比如每次都往第0个位置插入或删除，当数据元素很多时，这样的操作也是很费时的。

　　第二是，默认数组分配的大小问题。默认的数组分配得小，那么一下子就不够用了，就要进行数组的“扩容”；如果分配得过大的话，那么就很可能浪费大量的空间。所以，如果我们在事前已经大概知道有多少个元素时，最好是使用ArrayList的：public ArrayList(int initialCapacity)这个构造方法。（默认的数组长度是10）