封装数组之动态数组实现

wfaceboss

发布于 2019-04-08 02:23:17

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前言：在此之前，我们封装的数组属于静态数组，也即数组空间固定长度，对于固定长度的数组当元素超过容量时会报数组空间不足。为了能更好的使用数组，我们来实现一个可以自动扩充容量的数组。

实现思路：

1.当数组容量达到事先定义值时创建一个空间是data数组两倍的newData数组（扩容）；

2.把data数组中的元素全部赋值到newData数组中；

3.把data数组重新执行newData数组。

一、定义核心扩容方法

// 数组扩容
private void resize(int newCapacity){
    E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity];
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        newData[i] = data[i];
    }
    data = newData;
}

二、改进之前的数组添加元素方法（数组空间不够时自动扩容 --原理空间的2倍）

    //在第index个位置插入一个新元素
    public void add(int index, E e) {
        //(1)判断当前需要插入值的位置是否合理，合理则转入(3),否则抛出位置不合法异常
        if (index < 0 || index > size)
            throw new IllegalArgumentException("您选择的位置不合法");

        //(2)先判断当前数组容量是否已满，满则进行容量扩充
        if (size == data.length)
            resize(data.length * 2);


        //将index位置之后的元素往后依次移动一位
        for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
            //(3)将index之后的元素依次往后移动一位，然后将新元素插入到index位置
            data[i + 1] = data[i];
        }
        data[index] = e;
        //(4)维护size值
        size++;
    }

三、改进之前的数组删除元素方法（数组空间空闲太大就会缩容（原来空间的1/2））

//从数组中删除index位置的元素，返回删除的元素
    public E remove(int index) {
        //1.判断索引的选择是否合法
        if (index < 0 || index > size)
            throw new IllegalArgumentException("您选择的位置不合法");

        //2.先存储需要删除的索引对应的值
        E ret = data[index];

        //将索引为index之后（index）的元素依次向前移动
        for (int i = index + 1; i < size; i++) {
            //3.执行删除--实质为索引为index之后（index）的元素依次向前移动，将元素覆盖
            data[i - 1] = data[i];
        }
        //4.维护size变量
        size--;
        // loitering objects != memory leak 手动释放内存空间
        data[size] = null;
        if (size == data.length / 2) {
            resize(data.length / 2);
        }
        //5.返回被删除的元素
        return ret;
    }

通过以上，我们就可以实现一个动态的数组。

测试一下改进后的代码：

1.测试addLast()

 DynamicArray<Integer> arr=new  DynamicArray<Integer>(10);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            arr.addLast(i);
        }
        System.out.println("添加数组元素：");
        System.out.println(arr);

结果为：

2.测试add(int index,E e)方法

 arr.add(1, 100);
 System.out.println("在数组指定索引位置插入元素e：");
 System.out.println(arr);

结果：

现在数组已经从刚才定义的容量为10个变为了容量为20个，数组中元素为11个，为此实现了数组扩容。

3.测试removeLast方法

 System.out.println("删除数组最后一个元素：");
   arr.removeLast();
  System.out.println(arr);

结果为：

此时我们可以看出，删除一个元素之后，数组容量又从新变为了10个。

此小节到此为止，若你喜欢，关注我，我们一起加油！

本节所有代码：

  1 /**
  2  * 3.动态数组
  3  * 数组容量可变
  4  */
  5 
  6 
  7 public class DynamicArray<E> {
  8     //使用private 的目的是防止用户从外界修改，造成数据不一致
  9     private E[] data;
 10     private int size;//数组中元素个数
 11 
 12     //构造函数，传入数组的容量capacity构造Array函数
 13     public DynamicArray(int capacity) {
 14         data = (E[]) new Object[capacity];//泛型不能直接实例化
 15         size = 0;
 16     }
 17 
 18     //无参构造函数，默认数组的容量capacity=10
 19     public DynamicArray() {
 20         this(10);
 21     }
 22 
 23     //获取数组中元素个数
 24     public int getSize() {
 25         return size;
 26     }
 27 
 28     //获取数组的容量
 29     public int getCapacity() {
 30         return data.length;
 31     }
 32 
 33     //获取数据是否为空
 34     public boolean iEmpty() {
 35         return size == 0;
 36     }
 37 
 38     //向所有元素后添加元素
 39     public void addLast(E e) {
 40         add(size, e);//size表示此时的最后一个元素
 41     }
 42 
 43     //在所有元素之前添加一个新元素
 44     public void addFirst(E e) {
 45         add(0, e);//0表示第一个位置
 46     }
 47 
 48     //在第index个位置插入一个新元素
 49     public void add(int index, E e) {
 50         //(1)判断当前需要插入值的位置是否合理，合理则转入(3),否则抛出位置不合法异常
 51         if (index < 0 || index > size)
 52             throw new IllegalArgumentException("您选择的位置不合法");
 53 
 54         //(2)先判断当前数组容量是否已满，满则进行容量扩充
 55         if (size == data.length)
 56             resize(data.length * 2);
 57 
 58 
 59         //将index位置之后的元素往后依次移动一位
 60         for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
 61             //(3)将index之后的元素依次往后移动一位，然后将新元素插入到index位置
 62             data[i + 1] = data[i];
 63         }
 64         data[index] = e;
 65         //(4)维护size值
 66         size++;
 67     }
 68 
 69     //获取index索引位置的元素
 70     public E get(int index) {
 71         //(1)判断当前需要插入值的位置是否合理，合理则转入(2),否则抛出位置不合法异常
 72         if (index < 0 || index > size)
 73             throw new IllegalArgumentException("您选择的位置不合法");
 74 
 75         //(2)返回索引index对应的值
 76         return data[index];
 77     }
 78 
 79     //获取最后一个元素
 80     public E getLast() {
 81         return get(size - 1);
 82     }
 83 
 84     //获取第一个元素
 85     public E getFirst() {
 86         return get(0);
 87     }
 88 
 89     //修改index索引位置的元素为e
 90     void set(int index, E e) {
 91         //(1)判断当前需要插入值的位置是否合理，合理则转入(2),否则抛出位置不合法异常
 92         if (index < 0 || index > size)
 93             throw new IllegalArgumentException("您选择的位置不合法");
 94 
 95         //(2)修改索引index对应的值
 96         data[index] = e;
 97     }
 98 
 99     //查找数组中是否包含元素e
100     public boolean contains(E e) {
101         for (int i = 0; i < size; i++) {
102             if (data[i] == e)
103                 return true;
104         }
105         return false;
106     }
107 
108     //查找数组中元素e所在的索引（只是一个），如果不存在元素e，则返回-1；
109     public int find(E e) {
110         for (int i = 0; i < size; i++) {
111             if (data[i] == e)
112                 return i;
113         }
114         return -1;
115     }
116 
117     //从数组中删除index位置的元素，返回删除的元素
118     public E remove(int index) {
119         //1.判断索引的选择是否合法
120         if (index < 0 || index > size)
121             throw new IllegalArgumentException("您选择的位置不合法");
122 
123         //2.先存储需要删除的索引对应的值
124         E ret = data[index];
125 
126         //将索引为index之后（index）的元素依次向前移动
127         for (int i = index + 1; i < size; i++) {
128             //3.执行删除--实质为索引为index之后（index）的元素依次向前移动，将元素覆盖
129             data[i - 1] = data[i];
130         }
131         //4.维护size变量
132         size--;
133         // loitering objects != memory leak 手动释放内存空间
134         data[size] = null;
135 
136         //缩容操作
137         if (size == data.length / 2 && data.length != 0) {
138             resize(data.length / 4);
139         }
140         //5.返回被删除的元素
141         return ret;
142     }
143 
144     //从数组中删除第一个元素，返回删除的元素
145     public E removeFirst() {
146         return remove(0);
147     }
148 
149     //从数组中删除最后一个元素，返回删除的元素
150     public E removeLast() {
151         return remove(size - 1);
152     }
153 
154     //从数组中删除元素（只是删除一个）
155     public void removeElement(E e) {
156         int index = find(e);
157         if (index != -1)
158             remove(index);
159     }
160 
161     // 数组扩容方法
162     private void resize(int newCapacity) {
163         E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity];
164         for (int i = 0; i < size; i++) {
165             newData[i] = data[i];
166         }
167         data = newData;
168     }
169 
170     @Override
171     public String toString() {
172         StringBuilder res = new StringBuilder();
173         res.append(String.format("Array:size=%d, capacity=%d\n", size, data.length));
174         res.append('[');
175         for (int i = 0; i < size; i++) {
176             res.append(data[i]);
177             if (i != size - 1) {
178                 res.append(",");
179             }
180         }
181         res.append(']');
182         return res.toString();
183     }
184 
185 }

测试代码：

 1 public class test {
 2     public static void main(String[] args) {
 3 
 4         DynamicArray<Integer> arr=new  DynamicArray<Integer>(10);
 5         for (int i = 0; i < 10; i++) {
 6 
 7             arr.addLast(i);
 8         }
 9         System.out.println("添加数组元素：");
10         System.out.println(arr);
11 
12         arr.add(1, 100);
13         System.out.println("在数组指定索引位置插入元素e：");
14         System.out.println(arr);
15 
16         System.out.println("删除数组最后一个元素：");
17         arr.removeLast();
18         System.out.println(arr);
19 
20     }
21 }