Java自定义一个变长数组的思路与代码

前言

首先需要声明的是，Java本身是提供了变长数组的，即ArrayList。那么自定义一个变长数组有啥用？其实没啥用或者说用处不大，主要就是为了了解下变长数组的设计理念而已。实际工作中直接使用ArrayList。

思路分析

主要功能点：

1. 新建时可以指定容量大小，不指定时使用默认容量大小。
2. 向数组中追加新元素，当超过容量时应该自动扩容。
3. 向数组中指定位置添加新元素，需要考虑指定的下标是否越界，同样也需要考虑扩容操作。
4. 删除末尾的元素，需要考虑缩小容量。
5. 删除指定位置元素，需要考虑指定的下标是否越界，同样也需要考虑缩小容量。
6. 修改特定位置的元素，需要考虑指定的下标是否越界。
7. 以时间复杂度为O ( 1 ) O(1)O(1)获取任意位置的元素，需要考虑指定的下标是否越界。

主要注意点：

1. 扩容： 这里扩容2倍（ArrayList 是扩容 1.5 倍），扩容时新建一个2倍容量的新数组，然后将旧数组中的元素按顺序拷贝到新数组。
2. 缩容： 当数组中的元素个数 <= 0.25 * 容量时，自动缩小容量为原来的一半，新建一个容量是原来容量一半的数组，然后将旧数组中的元素按顺序拷贝到新数组。（ArrayList缩小为和当前元素个数一样大）。
3. 指定位置添加： 需要先将指定位置及后面所有的元素都向后移动一位，将指定位置空出来然后再插入。
4. 指定位置删除： 先将制定位置删除，然后将后面的所有元素都向前移动一位。
5. 容量大小： 需要指定容量的最大值，避免OOM的发生。最小值可以指定也可以不指定。

实现代码

/**
 * 变长数组
 * */
public class ResizeableArray<E> {

    private static final int MIN_CAPACITY = 10;

    private static final int MAX_CAPACITY = Integer.MAX_VALUE - 8;

    // 当前实际数据大小
    private int size = 0;

    // 实际存放元素的数组，容量为 elements.length
    private Object[] elements;

    public ResizeableArray(){
        this(MIN_CAPACITY);
    }

    public ResizeableArray(int initCapacity){
        if(initCapacity < MIN_CAPACITY){
            initCapacity = MIN_CAPACITY;
        }else if(initCapacity > MAX_CAPACITY){
            initCapacity = MAX_CAPACITY;
        }
        this.elements = new Object[initCapacity];
    }

    // 数组的特性，根据下标获取元素
    public E get(int index){
        this.checkIndex(index);
        return (E)elements[index];
    }

    // 添加一个元素到最后
    public void add(E element){
        if(size == elements.length){
            // 需要扩容
            this.expandCapacity();
        }
        elements[size++] = element;
    }

    // 添加一个元素到指定位置
    public void add(int index, E element){

        if(index == size){
            this.add(element);
            return;
        }
        this.checkIndex(index);
        if(size == elements.length){
            // 需要扩容
            this.expandCapacity();
        }
        // 需要先将index和之后的所有元素向后移动一位
        for(int i = size - 1; i >= index; i--){
            elements[i + 1] = elements[i];
        }
        elements[index] = element;
        size++;

    }

    // 设置下标为index的元素
    private void set(int index, E element){
        this.checkIndex(index);
        elements[index] = element;
    }

    /**
     * 删除下标为index的元素
     * 当 size <= 0.25 * capacity 的时候缩小容量
     */

    private void delete(int index){
        this.checkIndex(index);
        elements[index] = null;
        // 如果删除的不是最后一个元素，需要将后续元素往前移动一位
        if(index < size - 1){
            for(int i = index + 1; i < size; i++){
                elements[i - 1] = elements[i];
            }
        }
        size--;
        if(size <= 0.25 * elements.length){
            this.reduceCapacity();
        }
    }

    private void deleteLast(){
        this.delete(size - 1);
    }

    private void checkIndex(int index){
        if(index < 0 || index >= size){
            throw new IndexOutOfBoundsException(String.format("Out of bounds at: %s, size is: %d", index, size));
        }
    }

    private void expandCapacity(){
        if(MAX_CAPACITY == elements.length){
            // 容量达到最大限制，无法扩容。
            throw new RuntimeException("The capacity has reached its maximum limit and cannot be expanded.");
        }
        int newCapacity = Math.min(elements.length << 1, MAX_CAPACITY);
        Object[] newElements = new Object[newCapacity];
        System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, size);
        elements = newElements;
    }

    private void reduceCapacity(){
        if(elements.length == MIN_CAPACITY){
            return;
        }
        int newCapacity = Math.max(elements.length >> 1, MIN_CAPACITY);
        Object[] newElements = new Object[newCapacity];
        System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, size);
        elements = newElements;
    }



    public static void main(String[] args){
        ResizeableArray<Integer> resizeableArray = new ResizeableArray<>();
        System.out.printf("初始化后，size为: %d \n", resizeableArray.size);
        System.out.printf("初始化后，capacity为: %d \n", resizeableArray.elements.length);
        System.out.println();

        for(int i = 0; i < 20; i++){
            resizeableArray.add(i);
        }

        System.out.printf("添加20个元素后，size为: %d \n", resizeableArray.size);
        System.out.printf("添加20个元素后，capacity为: %d \n", resizeableArray.elements.length);
        System.out.printf("添加20个元素后，第5个元素是: %d \n", resizeableArray.get(4));
        System.out.println();

        resizeableArray.delete(4);

        System.out.printf("删除第五个元素后，size为: %d \n", resizeableArray.size);
        System.out.printf("删除第五个元素后，capacity为: %d \n", resizeableArray.elements.length);
        System.out.printf("删除第五个元素后，第5个元素是: %d\n", resizeableArray.get(4));
        System.out.println();

        resizeableArray.add(4, 100);
        System.out.printf("在第五个位置插入元素后，size为: %d \n", resizeableArray.size);
        System.out.printf("在第五个位置插入元素后，capacity为: %d \n", resizeableArray.elements.length);
        System.out.printf("在第五个位置插入元素后，第5个元素是: %d\n", resizeableArray.get(4));
        System.out.println();

        for(int i = 0; i < 15; i++){
            resizeableArray.deleteLast();
        }
        System.out.printf("删除后面15个元素后，size为: %d \n", resizeableArray.size);
        System.out.printf("删除后面15个元素后，capacity为: %d \n", resizeableArray.elements.length);
        System.out.printf("删除后面15个元素后，第5个元素是: %d\n", resizeableArray.get(4));
        System.out.println();

        resizeableArray.set(4, 200);
        System.out.printf("修改第五个元素后，当前size为: %d \n", resizeableArray.size);
        System.out.printf("修改第五个元素后，capacity为: %d \n", resizeableArray.elements.length);
        System.out.printf("修改第五个元素后，第5个元素是: %d\n", resizeableArray.get(4));

    }
}

测试结果

由执行结果可知：

• 初始化后默认容量为10。
• 添加元素超过10个后会自动扩容。
• 删除一个元素后，size会减1，后面元素会自动向前移动一位。
• 插入一个新元素后，size会加1，后续元素后移一位。
• 删除到只有0.25 * 容量个元素后，会自动缩小容量。

总结

到此这篇关于Java自定义一个变长数组的思路与代码的文章就介绍到这了,更多相关Java自定义变长数组内容请搜索猪先飞以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持猪先飞！