Java集合框架：ArrayList详解

目录

一、ArrayList简介

二、ArrayList源码介绍（动态扩容以及构造方法是如何实现的）

1. 扩容机制：

  源码：

  源码详解： ​编辑

  如何扩容：

  2. 扩容源码详解：

 三、ArrayList的构造方法

    构造方法的演示：

四、ArrayList类的常用方法

             注：List subList(int fromIndex, int toIndex)：

    常用的方法演示：

    List subList(int fromIndex, int toIndex)方法的演示:

五、ArrayList的几种遍历方式

六、ArrayList练习

   1. 实现洗牌算法

    2. 杨辉三角

---

     ​​​常见的线性表结构：顺序表，链表，栈，队列。（线性表在逻辑上是线性结构，也就是一条线，但是在物理结构上不一定是连续的，通常是以数组和链表的形式存储）

     顺序表：用一段物理地址连续的存储空间来存储数据元素，一般采用数组存储。

一、ArrayList简介

    在集合框架中，ArrayList是一个类，实现了List接口：

二、ArrayList源码介绍（动态扩容以及构造方法是如何实现的）

1. 扩容机制：

public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
        arrayList.add(1);
}

  源码：

public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
 
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    如下代码；当我们new一个ArrayList数组的时候，我们可以看到ArrayList的源码，此时并没有开辟一块内存空间，而是new了一个空的数组，所以应该是在add第一个数据元素的时候开辟的空间，我们需要再看一下add() 方法的源码：

public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
 
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }
 
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }
 
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
 
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

   源码详解：

 如何扩容：

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);
    }

  2. 扩容源码详解：

 三、ArrayList的构造方法

    构造方法的演示：

public static void main(String[] args) {
        //无参构造，在第一次add元素时给初始容量大小是10，扩容按1.5倍扩容
        ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
        arrayList.add(1);
        arrayList.add(2);
        //可以传参一个实现了Collection接口的类的实例化对象
        LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
        //可以传参一个具体的对象，之后这个ArrayList1数组就包含了这个LinkedList中的数据
        ArrayList<Integer> arrayList1 = new ArrayList<>(linkedList);
        //带一个参数的构造：这个参数多大，这个数组的初始化容量就是多大
        ArrayList<Integer> arrayList2 = new ArrayList<>(20);
}

四、ArrayList类的常用方法

    注：List<E> subList(int fromIndex, int toIndex)：

   常用的方法演示：

public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);//尾插元素e，默认放在数组的最后的位置
        list.add(2);
        list.add(3);
        LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
        linkedList.add(4);
        linkedList.add(5);
        list.addAll(linkedList);//将linkedList中的元素放进list中
        System.out.println(list);
        list.get(2);
        list.set(2,222);
        boolean a = list.contains(222);
        System.out.println(a);
        List<Integer> list1 = list.subList(1,4);//此时截取的是下标1-3位置的元素
        System.out.println(list1);
        list1.remove(2);
        list1.remove(new Integer(222));
        System.out.println(list1);
        //清空数组中的元素
        list.clear();
        System.out.println(list);
    }

 List<E> subList(int fromIndex, int toIndex)方法的演示:

List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);//尾插元素e，默认放在数组的最后的位置
        list.add(2);
        list.add(3);
        LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
        linkedList.add(4);
        linkedList.add(5);
        List<Integer> list1 = list.subList(1,3);
        list1.set(0,1111);
        System.out.println(list1);
        System.out.println(list);

  运行结果：

      此时可以看到将截取之后的list1中的下标1位置的元素改变之后，原来list中的元素也跟着一块改变了，此时就说明截取的对象并没有产生新的对象，只是将截取后的列表的首地址给到了subList方法的返回值。

五、ArrayList的几种遍历方式

public static void main(String[] args) {
        //无参构造，在第一次add元素时给初始容量大小是10，扩容按1.5倍扩容
        List<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
        arrayList.add(1);
        arrayList.add(2);
        arrayList.add(3);
        //直接遍历：在AbstractCollection中重写了toString方法
        System.out.println(arrayList);
 
        //for循环遍历
        for (int i = 0; i < arrayList.size(); i++) {
            System.out.print(arrayList.get(i) + " ");
        }
        //for each遍历
        System.out.println();
        for (Integer x : arrayList) {
            System.out.print(x + " ");
        }
        //迭代器的遍历
        Iterator<Integer> it = arrayList.listIterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next() + " ");
        }
}

六、ArrayList练习

   1. 实现洗牌算法

package PokerGame;
 
public class Poker {
    //定义花色
    private String suit;
    //数字
    private int rank;
    public Poker(String suit, int rank) {
        this.suit = suit;
        this.rank = rank;
    }
    public String getSuit() {
        return suit;
    }
    public void setSuit(String suit) {
        this.suit = suit;
    }
    public int getRank() {
        return rank;
    }
    public void setRank(int rank) {
        this.rank = rank;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "{" + suit + " " + rank + "}";
    }
}

package PokerGame;
 
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
 
public class Game {
    private static final String[] suits = {"♥", "♣", "♦", "♠"};
    public List<Poker> buyPoker() {
        List<Poker> pokers = new ArrayList<>();
        //每一张Poker都需要有四种颜色
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            //每一种颜色都需要生成13张牌
            for (int j = 1; j <= 13; j++) {
                Poker poker = new Poker(suits[i],j);
                pokers.add(poker);
            }
        }
        return pokers;
    }
    public void shuffle(List<Poker> pokers) {
        for (int i = pokers.size() - 1; i > 0; i--) {
            Random random = new Random();
            int index = random.nextInt(i);//这里就是生成一个0-51的随机数
            //交换: 生成一个随机数，从最后一张牌开始和前边的牌交换
            swap(pokers,i,index);
        }
    }
    private void swap(List<Poker> pokers,int i, int j) {
        Poker tmp = pokers.get(i);
        pokers.set(i,pokers.get(j));//这里调用的是List的set方法
        pokers.set(j,tmp);
    }
    public List<List<Poker>> game(List<Poker> pokers) {
        List<List<Poker>> hand = new ArrayList<>();
        List<Poker> hand1 = new ArrayList<>();
        List<Poker> hand2 = new ArrayList<>();
        List<Poker> hand3 = new ArrayList<>();
        hand.add(hand1);
        hand.add(hand2);
        hand.add(hand3);
        //最外层循环 控制轮数
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            for (int j = 0; j < 3; j++) {
                Poker removePoker = pokers.remove(0);
                hand.get(j).add(removePoker);
            }
        }
        return hand;
    }
}

package PokerGame;
 
import java.util.List;
 
public class Text {
    public static void main(String[] args) {
        Game game = new Game();
        List<Poker> pokers = game.buyPoker();
        System.out.println(pokers);
        //洗牌
        System.out.println("洗牌：");
        game.shuffle(pokers);
        //
        System.out.println(pokers);
 
        //揭牌：
        List<List<Poker>> hand = game.game(pokers);
        System.out.println("揭牌：");
        for (int i = 0; i < hand.size(); i++) {
            System.out.println("第"+(i+1)+"个人的牌："+hand.get(i));
        }
        //剩下的牌
        System.out.println(pokers);
    }
}

    2. 杨辉三角

//杨辉三角
    public List<List<Integer>> generate(int numRows) {
        List<List<Integer>> ret = new ArrayList<>();
        List<Integer> row = new ArrayList<>();
        row.add(1);
        ret.add(row);
        for (int i = 1; i < numRows; i++) {//i就是行的下标
            List<Integer> prevRow = ret.get(i-1);
            List<Integer> curRow = new ArrayList<>();
            curRow.add(1);//第一个1
            //中间的数值
            for (int j = 1; j < i; j++) {//j就是列的下标
                int x = prevRow.get(j) + prevRow.get(j - 1);
                curRow.add(x);
            }
            curRow.add(1);
            ret.add(curRow);
        }
        return ret;
    }