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彼岸花开可奈何

浅析 ArrayList

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2023-12-19

by emanjusaka from https://www.emanjusaka.top/2023/12/java-arrayList 彼岸花开可奈何
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ArrayList是一个使用List接口实现的Java类。顾名思义,Java ArrayList提供了动态数组的功能,其中数组的大小不是固定的。它实现了所有可选的列表操作,并允许所有元素,包括null。

ArrayList​ 继承于 AbstractList​​ ,实现了 List​​, RandomAccess​​, Cloneable​​, java.io.Serializable​​ 这些接口。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{

  }

ArrayList 中的构造函数

// 默认初始化容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 用于空实例的共享空数组实例。
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 用于默认大小的空实例的共享空数组实例。我们将其与EMPTY_ELEMENTDATA区别开来,以了解添加第一个元素时要膨胀多少。
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
  
public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }

    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        Object[] a = c.toArray();
        if ((size = a.length) != 0) {
            if (c.getClass() == ArrayList.class) {
                elementData = a;
            } else {
                elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class);
            }
        } else {
            // replace with empty array.
            elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }
  • 默认构造函数,使用初始容量10构造一个空列表(无参数构造)

  • 带初始容量参数的构造函数。(用户自己指定容量)

  • 构造包含指定collection元素的列表,这些元素利用该集合的迭代器按顺序返回

自动扩容


public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
            // any size if not default element table
            ? 0
            // larger than default for default empty table. It's already
            // supposed to be at default size.
            : DEFAULT_CAPACITY;
        // 最小容量大于初始容量
        if (minCapacity > minExpand) {
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);
        }
    }

    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            // 扩容
            grow(minCapacity);
    }

    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
      private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

当我们在 Java 中创建 ArrayList 时,它的默认容量为 10。如果添加的元素多于初始容量,则 ArrayList 可以自动调整大小。如果确定需要添加到 ArrayList 的最小元素数,则可以使用ensureCapacity()​​方法指定。

  • 初始容量:当创建一个新的 ArrayList 时,它会指定一个初始容量。这个初始容量决定了 ArrayList 可以容纳多少个元素,而不必扩容。

  • 扩容因子:ArrayList 还具有一个扩容因子,它决定了当 ArrayList 需要扩容时,它的容量将增加多少。扩容因子通常是一个大于 1 的数字,例如 1.5 或 2。

  • 扩容条件:当 ArrayList需要添加一个新元素时,它会检查其当前容量是否足够。如果当前容量不够,它将进行扩容。

  • 扩容过程:扩容过程包括以下步骤:

    • 创建一个新的数组,其容量为当前容量乘以扩容因子。

    • 将 ArrayList 中的所有元素复制到新的数组中。

    • 将新的数组设置为 ArrayList 的 backing 数组。

    • 将 ArrayList 的容量更新为新的容量。

ArrayList的重要特性

  • ArrayList继承AbstractList类并实现List接口。

  • ArrayList按大小初始化。但是,如果集合增大,则大小会自动增加;如果从集合中删除对象,则大小会自动减小。

  • ArrayList允许我们随机访问列表。

  • ArrayList 不能用于原始类型,如 int、char 等。我们需要一个包装类来处理这种情况。

  • Java中的ArrayList可以看作C++中的向量。

  • ArrayList 不同步。 Java 中它的等价同步类是 Vector。

ArrayList 中方法

  • add(int index, Object element):该方法用于在列表中的特定位置索引处插入特定元素。

  • add(Object o):此方法用于将特定元素附加到列表末尾。

  • addAll(Collection c):此方法用于将特定集合中的所有元素附加到所提到的列表的末尾,按照指定集合的迭代器返回值的顺序。

  • addAll(int index, Collection c):用于将特定集合中从指定位置开始的所有元素插入到提到的列表中。

  • clear():此方法用于从任何列表中删除所有元素。

  • clone():该方法用于返回 Java 中 ArrayList 的浅表副本。

  • contains(Object o):如果此列表包含指定元素,则返回 true。

  • ensureCapacity(int minCapacity):如有必要,增加此 ArrayList 实例的容量,以确保它至少可以容纳最小容量参数指定的元素数量。

  • forEach(Consumer<? super E> action):对 Iterable 的每个元素执行给定的操作,直到处理完所有元素或该操作引发异常。

  • get(int index):返回此列表中指定位置的元素。

  • indexOf(Object o):返回特定元素第一次出现的索引,如果该元素不在列表中,则返回 -1。

  • isEmpty():如果此列表不包含任何元素,则返回 true。

  • lastIndexOf(Object o):返回特定元素最后一次出现的索引,如果该元素不在列表中,则返回 -1。

  • listIterator():返回此列表中元素的列表迭代器(按正确的顺序)。

  • listIterator(int index):返回列表中元素的列表迭代器(按正确的顺序),从列表中的指定位置开始。

  • remove(int index):删除此列表中指定位置的元素。

  • remove(Object o):从此列表中删除第一次出现的指定元素(如果存在)。

  • removeAll(Collection c):从此列表中删除指定集合中包含的所有元素。

  • removeIf(Predicate filter):删除此集合中满足给定谓词的所有元素。

  • removeRange(int fromIndex, int toIndex):从此列表中删除索引介于 fromIndex(包含)和 toIndex(不包含)之间的所有元素。

  • retainAll(Collection<?> c):仅保留此列表中指定集合中包含的元素。

  • set(int index, E element):将此列表中指定位置的元素替换为指定元素。

  • size():返回此列表中的元素数量。

  • spliterator():在此列表中的元素上创建一个后期绑定和快速失败的 Spliterator。

  • subList(int fromIndex, int toIndex):返回此列表中指定的 fromIndex(包含)和 toIndex(不包含)之间的部分的视图。

  • toArray():此方法用于返回一个数组,其中包含按正确顺序排列的列表中的所有元素。

  • toArray(Object[] o):它还用于返回一个包含此列表中所有元素的数组,其顺序与之前的方法相同。

  • trimToSize():此方法用于将 ArrayList 实例的容量修剪为列表的当前大小。

向 ArrayList 添加元素

可以使用 add()​​ 方法向 ArrayList 添加元素。

// 这将在列表末尾添加“emanjusaka”
aList.add("emanjusaka");

// 这将在第四个位置添加“emanjusaka”
aList.add(3,"emanjusaka");


更改 ArrayList 中的元素

可以使用 set()​​ 方法更改 ArrayList 中的元素。需要提供索引和新元素,然后此方法用新的给定元素更新给定索引处存在的元素。

package top.emanjusaka;

import java.util.ArrayList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> aList = new ArrayList<>();
        aList.add("emanjusaka");
        aList.add("Tom");
        aList.add("Jack");
        aList.set(1, "Jerry");
        System.out.println(aList);

    }
}

输出结果:

从 ArrayList 中移除元素

可以使用 remove()​​ 方法从 ArrayList 中移除元素。

package top.emanjusaka;

import java.util.ArrayList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> aList = new ArrayList<>();
        aList.add("emanjusaka");
        aList.add("Tom");
        aList.add("Jack");
        System.out.println(aList);
        aList.remove("Tom");
        System.out.println(aList);
        aList.remove(1);
        System.out.println(aList);

    }
}

输出结果:

迭代 ArrayList

package top.emanjusaka;

import java.util.ArrayList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> aList = new ArrayList<>();
        aList.add("emanjusaka");
        aList.add("Tom");
        aList.add("Jack");
        for (String s : aList) {
            System.out.println(s);
        }

    }
}

输出结果:

ArrayList 大小

可以使用ArrayList的size()​​ 方法来查找ArrayList中的元素数量。

package top.emanjusaka;

import java.util.ArrayList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> aList = new ArrayList<>();
        aList.add("emanjusaka");
        aList.add("Tom");
        aList.add("Jack");
        System.out.println("Number of elements in ArrayList: " + aList.size());

    }
}

输出结果:

对 ArrayList 进行排序

可以使用 Collections 实用程序类的 sort()​​ 方法对 ArrayList 进行排序。

package top.emanjusaka;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> aList = new ArrayList<>();
        aList.add("emanjusaka");
        aList.add("Tom");
        aList.add("Jack");
        Collections.sort(aList);
        for (String s : aList) {
            System.out.println(s);
        }

    }
}

输出结果:

参考资料

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原文地址: https://www.emanjusaka.top/2023/12/java-arrayList

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