淺析 ArrayList

来源:https://www.cnblogs.com/emanjusaka/archive/2023/12/19/page_12.html
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ArrayList是一個使用List介面實現的Java類。顧名思義，Java ArrayList提供了動態數組的功能，其中數組的大小不是固定的。它實現了所有可選的列表操作，並允許所有元素，包括null。 ...


by emanjusaka from https://www.emanjusaka.top/2023/12/java-arrayList 彼岸花開可奈何
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ArrayList是一個使用List介面實現的Java類。顧名思義，Java ArrayList提供了動態數組的功能，其中數組的大小不是固定的。它實現了所有可選的列表操作，並允許所有元素，包括null。

ArrayList 繼承於 AbstractList ，實現了 List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable 這些介面。

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

  }

ArrayList 中的構造函數

// 預設初始化容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 用於空實例的共用空數組實例。
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 用於預設大小的空實例的共用空數組實例。我們將其與EMPTY_ELEMENTDATA區別開來，以瞭解添加第一個元素時要膨脹多少。
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;
        }
    }
  • 預設構造函數，使用初始容量10構造一個空列表(無參數構造)
  • 帶初始容量參數的構造函數。（用戶自己指定容量）
  • 構造包含指定collection元素的列表，這些元素利用該集合的迭代器按順序返回

自動擴容


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;
        // 最小容量大於初始容量
        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)
            // 擴容
            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;
    }

當我們在 Java 中創建 ArrayList 時，它的預設容量為 10。如果添加的元素多於初始容量，則 ArrayList 可以自動調整大小。如果確定需要添加到 ArrayList 的最小元素數，則可以使用ensureCapacity()方法指定。

  • 初始容量：當創建一個新的 ArrayList 時，它會指定一個初始容量。這個初始容量決定了 ArrayList 可以容納多少個元素，而不必擴容。

  • 擴容因數：ArrayList 還具有一個擴容因數，它決定了當 ArrayList 需要擴容時，它的容量將增加多少。擴容因數通常是一個大於 1 的數字，例如 1.5 或 2。

  • 擴容條件：當 ArrayList需要添加一個新元素時，它會檢查其當前容量是否足夠。如果當前容量不夠，它將進行擴容。

  • 擴容過程：擴容過程包括以下步驟：

    • 創建一個新的數組，其容量為當前容量乘以擴容因數。
    • 將 ArrayList 中的所有元素複製到新的數組中。
    • 將新的數組設置為 ArrayList 的 backing 數組。
    • 將 ArrayList 的容量更新為新的容量。

ArrayList的重要特性

  • ArrayList繼承AbstractList類並實現List介面。
  • ArrayList按大小初始化。但是，如果集合增大，則大小會自動增加；如果從集合中刪除對象，則大小會自動減小。
  • ArrayList允許我們隨機訪問列表。
  • ArrayList 不能用於原始類型，如 int、char 等。我們需要一個包裝類來處理這種情況。
  • Java中的ArrayList可以看作C++中的向量。
  • ArrayList 不同步。 Java 中它的等價同步類是 Vector。

ArrayList 中方法

  • add(int index, Object element)：該方法用於在列表中的特定位置索引處插入特定元素。
  • add(Object o)：此方法用於將特定元素附加到列表末尾。
  • addAll(Collection c)：此方法用於將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順序。
  • addAll(int index, Collection c)：用於將特定集合中從指定位置開始的所有元素插入到提到的列表中。
  • clear()：此方法用於從任何列表中刪除所有元素。
  • clone()：該方法用於返回 Java 中 ArrayList 的淺表副本。
  • contains(Object o)：如果此列表包含指定元素，則返回 true。
  • ensureCapacity(int minCapacity)：如有必要，增加此 ArrayList 實例的容量，以確保它至少可以容納最小容量參數指定的元素數量。
  • forEach(Consumer<? super E> action)：對 Iterable 的每個元素執行給定的操作，直到處理完所有元素或該操作引發異常。
  • 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現的索引，如果該元素不在列表中，則返回 -1。
  • isEmpty()：如果此列表不包含任何元素，則返回 true。
  • lastIndexOf(Object o)：返回特定元素最後一次出現的索引，如果該元素不在列表中，則返回 -1。
  • listIterator()：返回此列表中元素的列表迭代器（按正確的順序）。
  • listIterator(int index)：返回列表中元素的列表迭代器（按正確的順序），從列表中的指定位置開始。
  • remove(int index)：刪除此列表中指定位置的元素。
  • remove(Object o)：從此列表中刪除第一次出現的指定元素（如果存在）。
  • removeAll(Collection c)：從此列表中刪除指定集合中包含的所有元素。
  • removeIf(Predicate filter)：刪除此集合中滿足給定謂詞的所有元素。
  • removeRange(int fromIndex, int toIndex)：從此列表中刪除索引介於 fromIndex（包含）和 toIndex（不包含）之間的所有元素。
  • retainAll(Collection<?> c)：僅保留此列表中指定集合中包含的元素。
  • set(int index, E element)：將此列表中指定位置的元素替換為指定元素。
  • size()：返回此列表中的元素數量。
  • spliterator()：在此列表中的元素上創建一個後期綁定和快速失敗的 Spliterator。
  • subList(int fromIndex, int toIndex)：返回此列表中指定的 fromIndex（包含）和 toIndex（不包含）之間的部分的視圖。
  • toArray()：此方法用於返回一個數組，其中包含按正確順序排列的列表中的所有元素。
  • toArray(Object[] o)：它還用於返回一個包含此列表中所有元素的數組，其順序與之前的方法相同。
  • trimToSize()：此方法用於將 ArrayList 實例的容量修剪為列表的當前大小。

向 ArrayList 添加元素

可以使用 add() 方法向 ArrayList 添加元素。

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

// 這將在第四個位置添加“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，然後此方法用新的給定元素更新給定索引處存在的元素。

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);

    }
}

輸出結果：

從 ArrayList 中移除元素

可以使用 remove() 方法從 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);

    }
}

輸出結果：

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);
        }

    }
}

輸出結果：

ArrayList 大小

可以使用ArrayList的size() 方法來查找ArrayList中的元素數量。

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());

    }
}

輸出結果：

對 ArrayList 進行排序

可以使用 Collections 實用程式類的 sort() 方法對 ArrayList 進行排序。

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);
        }

    }
}

輸出結果：

參考資料

本文原創，才疏學淺，如有紕漏，歡迎指正。如果本文對您有所幫助，歡迎點贊，並期待您的反饋交流，共同成長。

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

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