Java封装数组之动态数组实现方法详解

本文实例讲述了Java封装数组之动态数组实现方法。分享给大家供大家参考，具体如下：

前言：在此之前，我们封装的数组属于静态数组，也即数组空间固定长度，对于固定长度的数组当元素超过容量时会报数组空间不足。为了能更好的使用数组，我们来实现一个可以自动扩充容量的数组。

实现思路：

1.当数组容量达到事先定义值时创建一个空间是data数组两倍的newData数组（扩容）；

2.把data数组中的元素全部赋值到newData数组中；

3.把data数组重新执行newData数组。

一、定义核心扩容方法

// 数组扩容
private void resize(int newCapacity){
    E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity];
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        newData[i] = data[i];
    }
    data = newData;
}

二、改进之前的数组添加元素方法（数组空间不够时自动扩容 --原理空间的2倍）

  //在第index个位置插入一个新元素
  public void add(int index, E e) {
    //(1)判断当前需要插入值的位置是否合理，合理则转入(3),否则抛出位置不合法异常
    if (index < 0 || index > size)
      throw new IllegalArgumentException("您选择的位置不合法");

    //(2)先判断当前数组容量是否已满，满则进行容量扩充
    if (size == data.length)
      resize(data.length * 2);

    //将index位置之后的元素往后依次移动一位
    for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
      //(3)将index之后的元素依次往后移动一位，然后将新元素插入到index位置
      data[i + 1] = data[i];
    }
    data[index] = e;
    //(4)维护size值
    size++;
  }

三、改进之前的数组删除元素方法（数组空间空闲太大就会缩容（原来空间的1/2））

//从数组中删除index位置的元素，返回删除的元素
  public E remove(int index) {
    //1.判断索引的选择是否合法
    if (index < 0 || index > size)
      throw new IllegalArgumentException("您选择的位置不合法");

    //2.先存储需要删除的索引对应的值
    E ret = data[index];

    //将索引为index之后（index）的元素依次向前移动
    for (int i = index + 1; i < size; i++) {
      //3.执行删除--实质为索引为index之后（index）的元素依次向前移动，将元素覆盖
      data[i - 1] = data[i];
    }
    //4.维护size变量
    size--;
    // loitering objects != memory leak 手动释放内存空间
    data[size] = null;
    if (size == data.length / 2) {
      resize(data.length / 2);
    }
    //5.返回被删除的元素
    return ret;
  }

通过以上，我们就可以实现一个动态的数组。

测试一下改进后的代码：

1.测试addLast()

 DynamicArray<Integer> arr=new DynamicArray<Integer>(10);
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
      arr.addLast(i);
    }
    System.out.println("添加数组元素：");
    System.out.println(arr);

结果为：

2.测试add(int index,E e)方法

 arr.add(1, 100);
 System.out.println("在数组指定索引位置插入元素e：");
 System.out.println(arr);

结果：

现在数组已经从刚才定义的容量为10个变为了容量为20个，数组中元素为11个，为此实现了数组扩容。

3.测试removeLast方法

 System.out.println("删除数组最后一个元素：");
  arr.removeLast();
 System.out.println(arr);

结果为：

此时我们可以看出，删除一个元素之后，数组容量又从新变为了10个。

本节所有代码：

/**
 * 3.动态数组
 * 数组容量可变
 */

public class DynamicArray<E> {
  //使用private 的目的是防止用户从外界修改，造成数据不一致
  private E[] data;
  private int size;//数组中元素个数

  //构造函数，传入数组的容量capacity构造Array函数
  public DynamicArray(int capacity) {
    data = (E[]) new Object[capacity];//泛型不能直接实例化
    size = 0;
  }

  //无参构造函数，默认数组的容量capacity=10
  public DynamicArray() {
    this(10);
  }

  //获取数组中元素个数
  public int getSize() {
    return size;
  }

  //获取数组的容量
  public int getCapacity() {
    return data.length;
  }

  //获取数据是否为空
  public boolean iEmpty() {
    return size == 0;
  }

  //向所有元素后添加元素
  public void addLast(E e) {
    add(size, e);//size表示此时的最后一个元素
  }

  //在所有元素之前添加一个新元素
  public void addFirst(E e) {
    add(0, e);//0表示第一个位置
  }

  //在第index个位置插入一个新元素
  public void add(int index, E e) {
    //(1)判断当前需要插入值的位置是否合理，合理则转入(3),否则抛出位置不合法异常
    if (index < 0 || index > size)
      throw new IllegalArgumentException("您选择的位置不合法");

    //(2)先判断当前数组容量是否已满，满则进行容量扩充
    if (size == data.length)
      resize(data.length * 2);

    //将index位置之后的元素往后依次移动一位
    for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
      //(3)将index之后的元素依次往后移动一位，然后将新元素插入到index位置
      data[i + 1] = data[i];
    }
    data[index] = e;
    //(4)维护size值
    size++;
  }

  //获取index索引位置的元素
  public E get(int index) {
    //(1)判断当前需要插入值的位置是否合理，合理则转入(2),否则抛出位置不合法异常
    if (index < 0 || index > size)
      throw new IllegalArgumentException("您选择的位置不合法");

    //(2)返回索引index对应的值
    return data[index];
  }

  //获取最后一个元素
  public E getLast() {
    return get(size - 1);
  }

  //获取第一个元素
  public E getFirst() {
    return get(0);
  }

  //修改index索引位置的元素为e
  void set(int index, E e) {
    //(1)判断当前需要插入值的位置是否合理，合理则转入(2),否则抛出位置不合法异常
    if (index < 0 || index > size)
      throw new IllegalArgumentException("您选择的位置不合法");

    //(2)修改索引index对应的值
    data[index] = e;
  }

  //查找数组中是否包含元素e
  public boolean contains(E e) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
      if (data[i] == e)
        return true;
    }
    return false;
  }

  //查找数组中元素e所在的索引（只是一个），如果不存在元素e，则返回-1；
  public int find(E e) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
      if (data[i] == e)
        return i;
    }
    return -1;
  }

  //从数组中删除index位置的元素，返回删除的元素
  public E remove(int index) {
    //1.判断索引的选择是否合法
    if (index < 0 || index > size)
      throw new IllegalArgumentException("您选择的位置不合法");

    //2.先存储需要删除的索引对应的值
    E ret = data[index];

    //将索引为index之后（index）的元素依次向前移动
    for (int i = index + 1; i < size; i++) {
      //3.执行删除--实质为索引为index之后（index）的元素依次向前移动，将元素覆盖
      data[i - 1] = data[i];
    }
    //4.维护size变量
    size--;
    // loitering objects != memory leak 手动释放内存空间
    data[size] = null;

    //缩容操作
    if (size == data.length / 2 && data.length != 0) {
      resize(data.length / 4);
    }
    //5.返回被删除的元素
    return ret;
  }

  //从数组中删除第一个元素，返回删除的元素
  public E removeFirst() {
    return remove(0);
  }

  //从数组中删除最后一个元素，返回删除的元素
  public E removeLast() {
    return remove(size - 1);
  }

  //从数组中删除元素（只是删除一个）
  public void removeElement(E e) {
    int index = find(e);
    if (index != -1)
      remove(index);
  }

  // 数组扩容方法
  private void resize(int newCapacity) {
    E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity];
    for (int i = 0; i < size; i++) {
      newData[i] = data[i];
    }
    data = newData;
  }

  @Override
  public String toString() {
    StringBuilder res = new StringBuilder();
    res.append(String.format("Array:size=%d, capacity=%d\n", size, data.length));
    res.append('[');
    for (int i = 0; i < size; i++) {
      res.append(data[i]);
      if (i != size - 1) {
        res.append(",");
      }
    }
    res.append(']');
    return res.toString();
  }

}

测试代码：

public class test {
  public static void main(String[] args) {

    DynamicArray<Integer> arr=new DynamicArray<Integer>(10);
    for (int i = 0; i < 10; i++) {

      arr.addLast(i);
    }
    System.out.println("添加数组元素：");
    System.out.println(arr);

    arr.add(1, 100);
    System.out.println("在数组指定索引位置插入元素e：");
    System.out.println(arr);

    System.out.println("删除数组最后一个元素：");
    arr.removeLast();
    System.out.println(arr);

  }
}

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希望本文所述对大家java程序设计有所帮助。