【Java】 ArrayList和LinkedList实现(简单手写)以及分析它们的区别

一.手写ArrayList

public class ArrayList {

    private Object[] elementData;       //底层数组
    private int size;                   //数组大小

    public int size(){
        /*
         * 返回数组大小
         */
        return size;
    }

    public ArrayList(){
        /*
         * 无参构造器，通过显式调用含参构造器
         */
        this(10);
    }

    public ArrayList(int initialCapacity){
        /*
         * 1.含参构造器
         * 2.要对传入的初始量的合法性进行检测
         * 3.通过新建数组实现
         */
        if(initialCapacity<0){
            try {
                throw new Exception();
            } catch (Exception e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        elementData=new Object[initialCapacity];
    }

    public boolean isEmpty(){
        /*
         * 判断是否为空
         */
        return size==0;
    }

    public Object get(int index){//获取指定位置的元素
        /*
         * 1.获取指定下标的对象
         * 2.下标合法性检测
         */
        rangeCheck(index);
        return elementData[index];
    }

    public boolean add(Object obj){//在末尾添加元素
        /*
         * 添加对象（不指定位置）
         * 注意数组扩容
         */
        ensureCapacity();
        elementData[size]=obj;
        size++;
        return true;
    }   

    public void add(int index,Object obj){//在指定位置添加元素
        /*
         * 插入操作（指定位置）
         * 1.下标合法性检查
         * 2.数组容量检查、扩容
         * 3.数组复制（原数组，开始下标，目的数组，开始下标，长度）
         */
        rangeCheck(index);
        ensureCapacity();
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index+1,size-index);
        elementData[index]=obj;
        size++;
    }
    public Object remove(int index){//删除指定位置元素
        /*
         * 1.删除指定下标对象，并返回其值
         * 2.下标合法性检测
         * 3.通过数组复制实现
         * 4.因为前移，数组最后一位要置为空
         */
            rangeCheck(index);
            int arrnums=size-index-1;
            Object oldValue=elementData[index];
            if(arrnums>0){
                System.arraycopy(elementData, index+1, elementData,index, arrnums);
            }
            elementData[--size]=null;
            return oldValue;
        }   

    public boolean remove(Object obj){//删除指定元素
        /*
         * 1.删除指定对象
         * 2.通过遍历
         * 3.equals的底层运用，找到下标，调用remove(int i)
         */
        for(int i=0;i<size;i++){
            if(get(i).equals(obj)){         //注意底层用的是equals不是“==”
                remove(i);
            }
            break;
        }
        return true;
    }

    public Object set(int index,Object obj){//修改指定位置的元素
        /*
         * 1.将指定下标的对象改变
         * 2.下标合法性检查
         * 3.直接通过数组的赋值来实现改变
         * 4.返回旧值
         */
        rangeCheck(index);
        Object oldValue=elementData[index];
        elementData[index]=obj;
        return oldValue;
    }

    private void rangeCheck(int index){
        /*
         * 对下标的检查
         */
        if(index<0||index>=size){
            try {
                throw new Exception();
            } catch (Exception e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private void ensureCapacity(){
        /*
         * 1.对容器容量的检查
         * 2.数组扩容，通过数组复制来实现（量和值两者都要保障）
         */
        if(size==elementData.length){
            Object[] newArray=new Object[size*2+1];
            System.arraycopy(elementData, 0, newArray, 0, elementData.length);
            elementData=newArray;
        }
    }
    public int indexOf(Object obj) {//查询元素第一次出现的位置
          //ArrayList中的元素可以为null，如果为null返回null的下标
            if (obj == null) {
                for (int i = 0; i < size; i++)
                    if (elementData[i]==null)
                        return i;

            } else {
                for (int i = 0; i < size; i++)
                    if (obj.equals(elementData[i]))
                        return i;
            }
            //如果没有找到对应的元素返回-1。
            return -1;
    }
    public int lastIndexOf(Object obj) {//查询元素最后一次出现的位置
        if (obj == null) {
        //如果o为null从后往前找到第一个为null的下标
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
        //从后往前找到第一个值为o的下标
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)
                if (obj.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }
}

二.手写LinkedList

package com.whzc.ywb.study.section03.linkedList;
/**
 * 自己实现链表
 * @author ywb
 *
 * @param <E>
 */
public class LinkedList<E> {

    private class Node{
        public E e;//元素
        public Node next;//指针
        public Node(E e,Node next) {//传入元素和指针
            this.e = e;
            this.next = next;
        }
        public Node(){//不传入元素和指针
            this(null,null);//this是传入两个参数的构造器
        }
        public Node(E e){
            this(e,null);
        }
        
        @Override
        public String toString() {
            return "Node [e=" + e + "]";
        }
    }
    
    private Node dummyHead;
    private int size;
    public LinkedList(){
        dummyHead = new Node(null,null);
        size = 0;
    }
    public int getSize(){
        return size;
    }
    public boolean isEmpty(){
        return size == 0;
    }
    public void addFirst(E e){//在链表头添加元素
        /*Node node = new Node(e);
        node.next = head;
        head = node;*/    //用下面一行代码代替
        //head = new Node(e,head);//括号内的head是之前的链表的头结点，左边的head是现在的头结点
        add(0,e);
    }
    public void addLast(E e){//在链表的尾部添加元素
        add(size,e);
    }
    public void add(int index,E e){//在链表中间添加元素
        if(index < 0 || index > size){
            throw new IllegalArgumentException("索引越界异常");
        }
        Node prev = dummyHead;//定义一个指针指向头结点
        for(int i = 0 ; i < index ; i++){
            prev = prev.next;//将这个指针移动到要插入的位置的前一个元素
        }
        /*Node node = new Node(e);
        node.next = prev.next;
        prev.next = node;*/    //注意这两行代码的顺序。用下面一行代码实现
        prev.next = new Node(e,prev.next);
        size ++;
    }
    public E get(int index){
        if(index < 0 || index > size){
            throw new IllegalArgumentException("索引越界异常");
        }
        Node cur = dummyHead.next;
        for(int i = 0 ; i < index ; i++){
            cur = cur.next;
        }
        return cur.e;
    }
    public E getFirst(){
        return get(0);
    }
    public E getLast(){
        return get(size-1);
    }
    public void update(int index,E e){//修改某个元素
        if(index < 0 || index > size){
            throw new IllegalArgumentException("索引越界异常");
        }
        Node cur = dummyHead.next;
        for(int i = 0 ; i < index ; i++){
            cur = cur.next;
        }
        cur.e = e;
    }
    public boolean contains(E e){//查询链表中是否存在某个元素
        Node node = dummyHead.next;
        while (node != null){
            if(node.e.equals(e)){
                return true;
            }
            node = node.next;
        }
        return false;
    }
    public void delete(int index){//删除元素
        if(index < 0 || index > size){
            throw new IllegalArgumentException("索引越界异常");
        }
        Node prev = dummyHead;
        for(int i = 0 ; i < index ; i++){
            prev = prev.next;
        }
        /*prev.next = prev.next.next;//注意！！！ 这是错误的
        prev.next.next = null;*/
        Node cur = prev.next;
        prev.next = cur.next;
        cur.next = null;
        size--;
    }
    public void deleteFirst(){
        delete(0);
    }
    public void deleteLast(){
        delete(size-1);
    }
    public void deleteElement(E e){

        Node prev = dummyHead;
        while(prev.next != null){
            if(prev.next.e.equals(e))
                break;
            prev = prev.next;
        }

        if(prev.next != null){
            Node delNode = prev.next;
            prev.next = delNode.next;
            delNode.next = null;
            size --;
        }
    }
}

三.分析ArrayList和LinkedList的区别

　　从底层上分析

　　　　　　ArrayList的底层是由数组实现的，而LinkedList的底层是由链表实现的。

　　　　　　ArrayList的空间浪费主要体现在在list列表的结尾预留一定的容量空间，而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗相当的空间

　　从效率上分析

　　　　　　1.当随机访问List时（get和set操作），ArrayList比LinkedList的效率更高，因为LinkedList是线性的数据存储方式，所以需要移动指针从前往后依次查找。

　　　　　　2.当对数据进行增加和删除的操作时(add和remove操作)，LinkedList比ArrayList的效率更高，因为ArrayList是数组，所以在其中进行增删操作时，会对操作点之后所有数据的下标索引造成影响，需要进行数据的移动。

　　　　　　3.从利用效率来看，ArrayList自由性较低，因为它需要手动的设置固定大小的容量，但是它的使用比较方便，只需要创建，然后添加数据，通过调用下标进行使用；而LinkedList自由性较高，能够动态的随数据量的变化而变化，但是它不便于使用。

　　　　　　4.ArrayList主要控件开销在于需要在lList列表预留一定空间；而LinkList主要控件开销在于需要存储结点信息以及结点指针信息。对ArrayList和LinkedList而言，在列表末尾增加一个元素所花的开销都是固定的。对 ArrayList而言，主要是在内部数组中增加一项，指向所添加的元素，偶尔可能会导致对数组重新进行分配；而对LinkedList而言，这个开销是 统一的，分配一个内部Entry对象。

　　　　　　5.LinkedList集合不支持 高效的随机随机访问（RandomAccess），因为可能产生二次项的行为。