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【数据结构】(5) ArrayList 顺序表

news 来源：原创 2025/5/16 13:41:59

一、使用 ArrayList

ArrayList 就是数组的封装，但是数组只有 [] 操作存取值，和 .length 操作获取数组内存长度；而 ArrayList 有更多的功能：

1、创建对象

2、扩容机制

ArrayList 有自动扩容机制，在插入元素时不用担心数组容量是否足够。创建对象时，数组容量默认为为 10，容量不够时，每次扩容都会乘以 1.5 倍。源码如下：

若添加元素时触发扩容机制，过程如下：

创建一个新的数组，长度比原来大。
将旧数组的元素拷贝到新数组中。
添加新的元素到新数组中。
释放旧数组的空间。

可以看到扩容存在拷贝操作，需要遍历旧数组中的元素，因此效率低下。故创建对象时应设置一个合适的大小，避免频繁扩容。

从上面的源代码可以看到，拷贝操作使用的 Arrays.copyOf 方法，创建了 newCapacity 容量的新数组，并把旧数组 elementData 复制到新数组中，并返回新数组。

3、插入一个元素

.addAll(list)：把 list 中的所有元素添加到末尾。

总结一下获取数组长度的方法：

数组为 .length
String 为 .length()
集合类为 .size()

同样的作用却有不同的名字，这是在以后开放中需要避免的，我们应该统一风格。

4、获取、设置一个元素

5、遍历元素

使用 for 循环或 for-each，重点讲 for-each。回顾集合类框架，集合接口 Collection 继承了可迭代的接口 Iterable：

因此实现了 Iterable 接口的 iterator 方法的集合类，可通过对象调用 iterator 方法得到一个迭代器。ArrayList 实现 iterator 方法的源码如下：

手动实现遍历：

迭代器的效果等价于 for-each，因此实现了 Iterable 接口的 iterator 方法的类，都是可迭代的，即可使用 for-each 语句的。

6、删除一个元素

7、获取一个元素的位置

8、判断是否包含一个元素

源码使用了 indexOf：

9、获取子列表

若想避免子列表牵动父列表，应创建新的列表：

10、清空元素

Java 中存在垃圾回收机制，JVM会自动回收没被引用的内存空间，不需要手动地释放元素所占空间（如 C 中的 free）。

二、ArrayList 的使用练习

1、实现简单的洗牌算法

Card 类，对象表示一张牌，存有花色和牌值：

class Card {String suit; // 花色String value; // 牌值public Card(String suit, String value) {this.suit = suit;this.value = value;}public String getSuit() {return suit;}public String getValue() {return value;}public void setSuit(String suit) {this.suit = suit;}public void setValue(String value) {this.value = value;}@Overridepublic String toString() {return this.suit + this.value;}
}

主类中 createPokerCards 方法，创建一副新牌：

    public static ArrayList<Card> createPokerCards() {ArrayList<Card> cards = new ArrayList<Card>();String[] suits = {"♠", "♥", "♦", "♣"};String[] values = {"A", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", "10", "J", "Q", "K"};for (String suit : suits) {for (String value : values) {cards.add(new Card(suit, value));}}return cards;}

主类中 shufflePokerCards 方法，打乱扑克牌：

    public static void shufflePokerCards(ArrayList<Card> cards) {Random random = new Random();for (int i = 0; i < cards.size(); i++) {int j = random.nextInt(cards.size()); // 随机生成 j 位置// 交换 i 位置和 j 位置的牌Card temp = new Card(cards.get(i).getSuit(), cards.get(i).getValue()); // 创建新的对象，避免后续 temp 因 i 位置被 j 处覆盖而发生改变cards.set(i, cards.get(j));cards.set(j, temp);}}

主类中 dealPokerCards 方法，发牌：

    public static ArrayList<ArrayList<Card>> dealPokerCards(ArrayList<Card> cards, int numPlayers) {ArrayList<ArrayList<Card>> hands = new ArrayList<>();// 创建 numPlayers 手空牌for (int i = 0; i < numPlayers; i++) {ArrayList<Card> hand = new ArrayList<>();hands.add(hand);}int numCards = cards.size() / numPlayers; // 每人手牌数// 给每人发牌for (int i = 0; i < numCards; i++) {for (int j = 0; j < numPlayers; j++) {Card card = cards.remove(0); // 取出第一张牌hands.get(j).add(card); // 给 j 号玩家发牌}}return hands;}

主类中 printHands 方法，打印所有手牌：

    public static void printHands(ArrayList<ArrayList<Card>> hands) {for (ArrayList<Card> hand : hands) {System.out.println("手牌:" + hand);}}

主逻辑：

    public static void main(String[] args) {// 创建扑克牌ArrayList<Card> cards = createPokerCards();System.out.println("新牌：" + cards);// 洗牌shufflePokerCards(cards);System.out.println("洗牌：" + cards);// 发牌ArrayList<ArrayList<Card>> hands = dealPokerCards(cards, 4);// 打印手牌printHands(hands);}

结果：

2、打印杨辉三角

118. 杨辉三角 - 力扣（LeetCode）

分析：

第 i (0 ~ numRows) 行有 i + 1 列。
每一行第一个和最后一个都为 1。
中间的第 j 个等于 [i-1][j-1] + [i-1][j] 。

class Solution {public List<List<Integer>> generate(int numRows) {List<List<Integer>> rows = new ArrayList<>(numRows);for(int i = 0; i < numRows; i++) {List<Integer> row = new ArrayList<>(i + 1);for(int j = 0; j < i+1; j++) {if(j == 0 || j == i) {row.add(1);}else {List<Integer> lastRow = rows.get(i - 1);row.add(lastRow.get(j - 1) + lastRow.get(j));}}rows.add(row);}return rows;}
}

三、自己实现一个 MyArrayList

1、功能实现

import java.util.Arrays;/** 功能代码 **/
public class MyArrayList {private int[] arr;private int size = 0; // 已用容量// 构造函数, 默认容量为10public MyArrayList() {arr = new int[10];}// 构造函数, 指定容量public MyArrayList(int capacity) {arr = new int[capacity];}// 获取元素个数public int size() {return size;}// 扩容, 私有, 不需要暴露给外界private void resize() {// 创建一个新的数组, 容量为原来的1.5倍int oldCapacity = arr.length;int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 扩容为原来的1.5倍; cpu 计算加减移位比乘除快// 创建新数组，并将原数组中的元素复制到新数组中arr = Arrays.copyOf(arr, newCapacity);}// 添加元素public void add(int val) {// 已满，扩容if (size == arr.length) {resize();}// 添加元素arr[size++] = val;}// 指定位置添加元素public void add(int index, int val) {// 超出范围if (index < 0 || index > size) {throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);}// 已满，扩容if (size == arr.length) {resize();}// 移动元素for (int i = size - 1; i >= index; i--) {arr[i + 1] = arr[i];}// 添加元素arr[index] = val;size++;}// 根据下标，获取元素public int get(int index) {// 超出范围if (index < 0 || index >= size) {throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);}return arr[index];}// 根据下标，设置元素public void set(int index, int val) {// 超出范围if (index < 0 || index >= size) {throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);}arr[index] = val;}// 根据下标，删除元素，返回删除的元素public int remove(int index) {// 超出范围if (index < 0 || index >= size) {throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);}int val = arr[index];// 移动元素for (int i = index; i < size - 1; i++) {arr[i] = arr[i + 1];}size--;return val;}// 根据值，删除元素public boolean delete(int val) {for (int i = 0; i < size; i++) {if (arr[i] == val) {remove(i);return true;}}return false;}// 查找元素所在下标，不存在返回-1public int indexOf(int val) {for (int i = 0; i < size; i++) {if (arr[i] == val) {return i;}}return -1;}// 倒着查找元素所在下标，不存在返回-1public int lastIndexOf(int val) {for (int i = size - 1; i >= 0; i--) {if (arr[i] == val) {return i;}}return -1;}// 判断是否包含元素public boolean contains(int val) {return indexOf(val) >= 0;}// 清空元素public void clear() {size = 0;}// 打印元素public String toString() {StringBuilder sb = new StringBuilder();sb.append("[");for (int i = 0; i < size; i++) {sb.append(arr[i]);if (i < size - 1) {sb.append(", ");}}sb.append("]");return sb.toString();}
}

2、单元测试

/** 单元测试 **/
class MyArrayListTest {// 测试1：构造函数和 add 方法 和 size 方法 和 toString 方法public static void test1() {MyArrayList list = new MyArrayList(3);list.add(1);list.add(2);list.add(3);list.add(1,4); // 自动扩容if (list.size() == 4) {System.out.println("test1 pass");}else {System.out.println("test1 fail");}if (list.toString().equals("[1, 4, 2, 3]")) {System.out.println("test1 pass");}else {System.out.println("test1 fail");}list.add(100,5); // 越界}// 测试2：get 方法 和 set 方法public static void test2() {MyArrayList list = new MyArrayList();list.add(1);list.add(2);list.add(3);if (list.get(0) == 1 && list.get(1) == 2 && list.get(2) == 3) {System.out.println("test2 pass");}else {System.out.println("test2 fail");}list.set(1, 100);if (list.get(1) == 100) {System.out.println("test2 pass");}else {System.out.println("test2 fail");}list.get(100); // 越界list.set(100, 100); // 越界}// 测试3：remove 方法 和 delete 方法public static void test3() {MyArrayList list = new MyArrayList();list.add(1);list.add(2);list.add(3);list.add(4);list.add(5);list.remove(2);if (list.toString().equals("[1, 2, 4, 5]")) {System.out.println("test3 pass");}else {System.out.println("test3 fail");}list.delete(4);if (list.toString().equals("[1, 2, 5]")) {System.out.println("test3 pass");}else {System.out.println("test3 fail");}if (!list.delete(100)) {System.out.println("test3 pass");}else {System.out.println("test3 fail");}list.remove(100); // 越界}// 测试4：indexOf 方法 和 lastIndexOf 方法 和 contains 方法 和 clear 方法public static void test4() {MyArrayList list = new MyArrayList();list.add(1);list.add(2);list.add(3);list.add(2);if (list.indexOf(2) == 1 && list.lastIndexOf(2) == 3 && list.contains(2)) {System.out.println("test4 pass");}else {System.out.println("test4 fail");}if (list.indexOf(100) == -1 && list.lastIndexOf(100) == -1 && !list.contains(100)) {System.out.println("test4 pass");}else {System.out.println("test4 fail");}list.clear();if (list.size() == 0) {System.out.println("test4 pass");}else {System.out.println("test4 fail");}}public static void main(String[] args) {
//        test1();
//        test2();
//        test3();test4();}
}

3、注意事项

顺序表是一个有序表，在实现添加一个元素时，不能直接将 index 处的元素移到最后面，再把新元素添加到 index 处；这样虽然避免了大量移动，但是打乱了顺序表的有序性，不符合要求。
顺序表的缺点：顺序表在中间插入和删除需要大量移动，时间复杂度为 O(N)；扩容也需要大量拷贝，降低效率；很有可能造成内存空间浪费。
后续的链表可以解决以上问题，但同样带来了其它的问题，总的来说还是 ArrayList 更常用。

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院校联合以项目驱动联合培养医工计算机AI人才路径探析

一、引言 1.1 研究背景与意义在科技飞速发展的当下，医疗人工智能作为一个极具潜力的新兴领域，正深刻地改变着传统医疗模式。从疾病的早期诊断、个性化治疗方案的制定，到药物研发的加速，人工智能技术的应用极大地提升了医疗服务…...

编程日记 2025/5/12 12:22:35

C++ Primer 标准库vector

欢迎阅读我的【CPrimer】专栏专栏简介：本专栏主要面向C初学者，解释C的一些基本概念和基础语言特性，涉及C标准库的用法，面向对象特性，泛型特性高级用法。通过使用标准库中定义的抽象设施，使你更加适应高级…...

编程日记 2025/5/12 16:09:36

Mac本地部署DeekSeek-R1下载太慢怎么办？

Ubuntu 24 本地安装DeekSeek-R1 在命令行先安装ollama curl -fsSL https://ollama.com/install.sh | sh 下载太慢，使用讯雷，mac版下载链接 https://ollama.com/download/Ollama-darwin.zip 进入网站 deepseek-r1:8b，看内存大小4G就8B模型 …...

编程日记 2025/5/12 8:48:19

kamailio-ACC_JSON模块详解【后端语言go】

要确认 ACC_JSON 模块是否已经成功将计费信息推送到消息队列（MQueue），以及如何从队列中取值，可以按照以下步骤进行操作： 1. 确认 ACC_JSON 已推送到队列 1.1 配置 ACC_JSON 确保 ACC_JSON 模块已正确配置并启用。以下…...

编程日记 2025/5/14 6:17:56

利用Python高效处理大规模词汇数据

在本篇博客中，我们将探讨如何使用Python及其强大的库来处理和分析大规模的词汇数据。我们将介绍如何从多个.pkl文件中读取数据，并应用一系列算法来筛选和扩展一个核心词汇列表。这个过程涉及到使用Pandas、Polars以及tqdm等库来实现高效的数据处理。引…...

编程日记 2025/5/15 17:49:45

安装hami的笔记

k3s环境下安装hami提示如下错误： "failed to “StartContainer” for “kube-scheduler” with InvalidImageName: "Failed to apply default image tag “registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-scheduler:v1.31.2k3s1”: 没有Inva…...

编程日记 2025/5/14 5:30:47

2024美团春招硬件开发笔试真题及答案解析

目录一、选择题 1、在 Linux，有一个名为 file 的文件，内容如下所示： 2、在 Linux 中，关于虚拟内存相关的说法正确的是（） 3、AT89S52单片机中，在外部中断响应的期间，中断请求标志位查询占用了（）。 4、下列关于8051单片机的结构与功能，说法不正确的是（）？ 5、…...

编程日记 2025/5/14 3:56:44

HTML 字符实体

HTML 字符实体在HTML中，字符实体是一种特殊的表示方式，用于在文档中插入那些无法直接通过键盘输入的字符。字符实体在网页设计和文档编写中扮演着重要的角色，尤其是在处理特殊字符、符号和数学公式时。以下是关于HTML字符实体的详细解析。字符实体概述 HTML字符实体是一…...

编程日记 2025/5/11 3:34:08

FPGA|生成jic文件固化程序到flash

1、单击file-》convert programming files 2、flie type中选中jic文件，configuration decive里根据自己的硬件选择，单击flash loader选择右边的add device选项 3、选择自己的硬件，单击ok 4、选中sof选项，单机右侧的add file 5、选…...

编程日记 2025/5/15 8:20:24