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数据结构（顺序表）JAVA方法的介绍

news 来源：原创 2025/9/19 20:46:33

前言

在 Java 中，集合类（Collections）是构建高效程序的核心组件之一，而 List 接口作为集合框架中的重要一员，是一个有序、可重复的元素集合。与 Set 接口不同，List 保证了元素的顺序性，并允许存储重复的元素。List 接口在实际开发中应用广泛，尤其适用于需要按索引访问、频繁修改和管理元素顺序的场景。

无论是在处理数据集合、动态数组，还是实现类似链表的数据结构时，List 都提供了灵活的解决方案。而它的丰富方法集合，可以帮助开发者高效地操作数据，包括添加、删除、查找、修改元素等常见操作。

在这篇博客中，我们将深入分析 List 接口中的所有方法，并通过代码示例帮助大家理解每个方法的用法及其背后的实现原理。通过掌握这些方法，你将能更好地在开发中利用 List，提升代码的可读性与执行效率。

接下来，我们将逐一介绍 List 接口的核心方法，并探讨如何根据不同的场景和需求灵活选择适合的操作。无论你是 Java 新手还是有一定经验的开发者，掌握这些基本操作都能为你的编码之路奠定坚实的基础。

让我们从最基本的 add 方法开始，逐步探索更多功能强大的方法吧！

1. List接口的介绍

1.1什么是 `List` 接口？

List 是 Java 集合框架中的一个接口，表示一个有序的集合，它允许存储重复的元素。与其他集合类型如 Set 不同，List 保证元素的顺序性，并提供了通过索引来访问元素的功能。这意味着，List 中的每个元素都有一个确定的位置（索引），可以通过索引快速访问和操作元素。List 接口广泛应用于需要按顺序处理数据的场景，如存储一系列任务、排列顺序的元素或管理动态数据。

`1.2List` 在 Java 集合框架中的作用

List 接口是 Java 集合框架中非常重要的一部分，它继承自 Collection 接口，并且是 Iterable 接口的实现类。它的作用是提供一种容器，用来存储数据元素，支持根据索引顺序访问元素。由于 List 保留元素的插入顺序，它广泛应用于以下几类场景：

动态数组：当需要动态扩展数组的大小时，List 可以作为替代数组的容器，尤其是在大小未知或频繁改变的情况下。
数据存储与排序：需要按顺序存储并且可能需要按照某种规则排序的元素。
按顺序访问：当操作数据需要按顺序进行处理时，List 提供了高效的随机访问和迭代能力。

1.3继承关系：`List` → `Collection` → `Iterable`

List 接口属于 Java 集合框架的一部分，它继承自 Collection 接口。可以理解为：

List 是 Collection 的一种扩展，提供了更多具体的方法，例如按索引访问元素（get(int index)）以及在列表中插入元素（add(int index, E element)）。
Collection 是 Java 集合框架的根接口，定义了基本的集合操作，如添加元素、删除元素、检查集合大小等。
Iterable 是所有集合类的父接口，提供了一个 iterator() 方法，用于获取一个可以遍历集合元素的迭代器。

这种继承关系使得 List 拥有 Iterable 的遍历能力和 Collection 的常规集合操作，同时又提供了 List 特有的按位置操作元素的能力。

1.4常见实现类：`ArrayList`, `LinkedList` 等

List 接口有多个常见的实现类，最常用的包括：

ArrayList：基于动态数组实现，提供快速的随机访问（根据索引访问元素），但在插入和删除元素时，可能需要移动数组中的元素，性能较低。
LinkedList：基于双向链表实现，支持高效的插入和删除操作，但随机访问元素的性能较差，需要遍历链表。
Vector 和 Stack：这两个类也是 List 的实现类，Vector 基于动态数组，支持线程安全，但性能较差；Stack 是 Vector 的一个子类，专门用于栈结构的操作。
CopyOnWriteArrayList：线程安全的 List 实现类，适用于多线程环境，但其性能在频繁修改操作时较低。

1.5为什么学习 `List` 接口的方法？

学习 List 接口的方法，能够帮助你更好地理解如何在实际开发中处理有序集合。掌握 List 的基本操作不仅对理解其他集合类（如 Set 和 Map）有帮助，还能在以下场景中提升开发效率：

数据管理：List 非常适合用于管理一组有序的数据，如排好序的数字列表、学生成绩、任务队列等。
顺序处理：在许多实际应用中，数据处理需要按顺序进行，List 提供了对数据的随机访问、排序、修改等强大功能。
高效操作：理解 List 中的常见操作（如增、删、查、改）能够帮助你编写更高效、易于维护的代码，尤其是在涉及动态数据结构时。

1.6实际开发中的应用场景

任务队列管理：任务队列或调度程序经常使用 List 来存储和管理任务，以便按顺序执行。
图像处理：在图像处理、图像编辑等领域，List 被用来存储像素值或变换操作，支持按索引访问和修改。
数据持久化：在数据库管理系统（如 ORM 框架）中，List 可用于存储查询结果集合，并根据需要进行排序、更新等操作。
用户输入的历史记录：某些应用程序（如文本编辑器、命令行工具）需要记录用户的历史操作，可以通过 List 保存历史记录，方便用户查看和回退。

1.7与其他集合类的对比（`Set`, `Map`）

List vs Set：List 允许重复元素，并且保证元素的顺序，而 Set 不允许重复元素，且没有顺序性。选择 List 适合需要保留顺序并允许重复的场景，选择 Set 则适合去除重复的元素。
List vs Map：Map 是一个键值对集合，通常用于根据某个键来快速查找对应的值。List 更适用于需要按顺序访问单一元素的情况，而 Map 用于键值对存储和快速检索数据。

2.List接口的方法：

2.顺序表与 `List` 接口的关系

在 Java 中，顺序表（也叫动态数组）和 List 接口有着紧密的关系。理解它们之间的关系对于掌握集合框架的使用至关重要。

2.1 顺序表的概念

顺序表是一个基于数组实现的线性表结构，它的元素按照一定顺序排列，可以通过索引直接访问。通常，顺序表具有以下特点：

存储方式：使用连续的内存空间（通常是数组）来存储元素。
访问方式：支持通过索引访问元素，时间复杂度为 O(1)。
插入/删除：在数组末尾插入元素是高效的，但在数组中间插入或删除元素时，需要移动其他元素，因此时间复杂度为 O(n)。
大小动态变化：顺序表的容量通常是动态扩展的，超出容量时，数组会进行扩容。

在 Java 中，顺序表通常由 ArrayList 来实现，ArrayList 是 List 接口的一个常见实现类。

`2.2 List` 接口的概念

List 是 Java 集合框架中的一个接口，表示一个有序的集合。与 Set 类似，List 也可以存储多个元素，但与 Set 不同，List 允许重复元素并且保留元素的插入顺序。List 提供了对集合元素的多种操作，包括：

按索引访问元素（get(int index)）
在指定位置插入元素（add(int index, E element)）
删除指定位置的元素（remove(int index)）

List 是一个非常广泛的接口，包含多个实现类，例如：

ArrayList：基于动态数组实现的顺序表，适用于频繁读取和偶尔修改的场景。
LinkedList：基于双向链表实现，适用于频繁插入和删除的场景。

2.3 顺序表与 `List` 接口的关系

顺序表是 List 的一种实现方式
- ArrayList 是 Java 中实现 List 接口的最常用类之一，它实际上就是一个顺序表。ArrayList 使用一个动态数组来存储元素，因此它可以通过索引高效地访问元素，符合顺序表的基本特性。
- 顺序表 是一种具体的数据结构，而 List 接口 是一个更抽象的定义。ArrayList 实现了 List 接口，因此 ArrayList 是 List 接口的一种实现，基于动态数组实现了 List 提供的各种操作。
List 接口定义了顺序表的行为
- List 接口的定义包括了顺序表所需的元素存取和修改操作。例如，add(int index, E element) 方法允许在指定位置插入元素，这正是顺序表常见的操作。
- List 接口通过继承自 Collection 接口，定义了一些基础的集合操作，如添加、删除、查询等。这些操作也都适用于顺序表（例如，ArrayList）。
ArrayList 是最常用的顺序表实现
- 在 Java 中，ArrayList 是实现 List 接口最常用的类，它就是基于顺序表（动态数组）实现的。ArrayList 会自动扩展数组的大小，当元素数量增加时，会动态调整数组的容量。因此，在大多数情况下，当我们谈论顺序表时，实际指的就是 ArrayList。
List 接口和顺序表的区别
- List 接口 是一个抽象的接口，它不仅仅限制于顺序表（ArrayList）的实现，也包括了基于链表的实现（如 LinkedList）。
- 顺序表 是一个具体的数据结构，专门指代基于数组的实现，它的实现方式是连续的内存空间。List 接口则更为抽象，允许多种实现方式（例如 ArrayList 和 LinkedList），并没有固定的实现方式。

3. 讲解JAVA顺序表中的方法

List<String> list1 = new ArrayList<>();

这里面标红的部分表示指定泛型使用 String 可以确保你在操作 list1 时，只能将 String 类型的元素添加到 list1 中，而不能插入其他类型的对象。

3.1. 添加元素的方法 (`add`)

这些方法用于向顺序表中添加元素。

add(E e)
- 功能：将指定元素添加到列表的末尾。
- 返回值：true，因为 ArrayList 是可变的（始终成功添加）

3.1.2 add(int index, E element)

功能：将指定元素插入到列表的指定位置。如果该位置已有元素，原元素会向后移动。
返回值：无。

3.1.3addAll(Collection<? extends E> c)

功能：将指定集合中的所有元素添加到当前列表的末尾。
返回值：true，表示是否成功执行操作。
示例：

3.1.4 addAll(int index, Collection<? extends E> c)

功能：将指定集合中的所有元素插入到当前列表的指定位置。
返回值：true，表示是否成功执行操作。
示例

3.2. 删除元素的方法 (`remove`)

这些方法用于删除元素。

3.2.1 remove(Object o)
- 功能：删除列表中首次出现的指定元素。如果列表中有多个相同元素，只删除第一个匹配的元素。
- 返回值：如果元素存在，返回 true；否则返回 false。
- 示例：

3.2.2 remove(int index)

功能：删除指定索引位置的元素，所有后续元素都会向前移动。
返回值：返回被删除的元素。
示例：

3.2.3 removeAll(Collection<?> c)

功能：删除当前列表中所有包含在指定集合中的元素。
返回值：true 如果列表中确实删除了元素；false 如果没有删除任何元素。
示例：

3.2.4removeIf(Predicate<? super E> filter)

功能：按条件删除列表中的元素，使用 Java 8 的 Predicate 表达式。
返回值：true 表示至少删除了一个元素；false 表示没有元素被删除。
示例

3. 3 查询和访问元素的方法

3.3.1 get(int index)
- 功能：返回列表中指定索引位置的元素。
- 返回值：指定索引位置的元素。
- 示例：

3.3.2 indexOf(Object o)

功能：返回列表中指定元素第一次出现的索引，如果不存在则返回 -1。
返回值：指定元素的索引位置，或者 -1（如果不存在）。
示例：

3.3.3 contains(Object o)

功能：检查列表中是否包含指定元素。
返回值：如果包含，返回 true；否则返回 false。
示例：

3.3.4 size()

功能：返回列表中元素的数量。
返回值：当前列表中的元素个数。
示例：

3.4. 修改元素的方法 (`set`)

set(int index, E element)
- 功能：替换指定位置的元素，返回原位置的元素。
- 返回值：返回被替换的元素。
- 示例：

3.5 清空和检查列表的方法

3.5.1 clear()
- 功能：移除列表中的所有元素。
- 返回值：无。
- 示例：

3.5.2 isEmpty()

功能：检查列表是否为空。
返回值：如果列表为空，返回 true；否则返回 false。
示例：

3.6 子列表和转换方法

.3.6.1 subList(int fromIndex, int toIndex)
- 功能：返回列表中的一个子列表，包含从 fromIndex 到 toIndex-1 的元素。
- 返回值：一个新的 List，该列表是原列表的一个视图。
- 示例：

3.6.2 toArray()

功能：将列表转换为数组，返回 Object[] 类型的数组。
返回值：一个包含列表元素的数组。
示例

结语

顺序表，作为一种重要的线性数据结构，在 Java 集合框架中得到了广泛的应用。特别是基于动态数组实现的 ArrayList，它提供了高效的随机访问、动态扩容等功能，使得在实际开发中处理大量数据时更加灵活和高效。

通过本文的讲解，我们深入了解了顺序表的核心概念、实现原理以及常见的操作方法。无论是在元素添加、删除、查找，还是在容量管理、扩容机制的背后，顺序表都以其简单而高效的特性，成为了许多应用场景的首选数据结构。

顺序表的优势：

高效的索引访问：ArrayList 基于数组实现，支持 O(1) 时间复杂度的随机访问。
动态扩容：随着元素的增加，ArrayList 能够自动调整其内部数组的大小，保证数据的存储需求。
灵活性与性能：适用于读操作频繁、插入和删除操作较少的场景，能够提供较好的性能。

顺序表的局限性：

插入和删除操作的性能相对较差，尤其是对中间位置的插入和删除，因为需要移动元素。
在容量较小或扩容频繁的情况下，可能会影响性能。

虽然顺序表有其局限性，但它的优势和广泛应用，使得 ArrayList 成为 Java 集合框架中最常用的数据结构之一。在需要频繁访问元素、需要灵活动态调整大小时，顺序表无疑是一个非常合适的选择。

了解顺序表的实现与操作，有助于我们在开发中做出更合理的选择。虽然 Java 中还提供了其他集合类（如链表 LinkedList、哈希表 HashMap 等），但顺序表作为一种基础数据结构，它在开发中的重要性和实用性不容忽视。

随着技术的不断发展，新的数据结构和算法也在不断涌现，但掌握基本的顺序表实现依然是编写高效 Java 代码的基础。希望这篇文章帮助你更好地理解顺序表，并能在实际项目中灵活应用，提升你的开发效率和代码质量。

前言

1. List接口的介绍

1.1什么是 List 接口？

1.2List 在 Java 集合框架中的作用

1.3继承关系：List → Collection → Iterable

1.4常见实现类：ArrayList, LinkedList 等

1.5为什么学习 List 接口的方法？

1.6实际开发中的应用场景

1.7与其他集合类的对比（Set, Map）

2.List接口的方法：

2.顺序表与 List 接口的关系

2.1 顺序表的概念

2.2 List 接口的概念

2.3 顺序表与 List 接口的关系

顺序表是 List 的一种实现方式

List 接口定义了顺序表的行为

ArrayList 是最常用的顺序表实现

List 接口和顺序表的区别

3. 讲解JAVA顺序表中的方法

3.1. 添加元素的方法 (add)

3.2. 删除元素的方法 (remove)