数组

什么是数组

数组是指一组连续的内存存储位置。数组中的每一个位置称为元素,它们具有相同类型并且使用下标去指示。

每一个索引下标对应一个相同数据类型的值。如下是我偷的一张图:

数组下标是连续的，数据存储地址也是连续的，存储数据的类型是统一的。

数组特点

数据类型相同:数组中的元素具有相同的数据类型,可以是数值类型也可以是引用类型，反正同一数组里类型相同。
元素有序:数组中的元素以特定的顺序排列,元素的位置称为下标或索引。
通过索引下标访问:数组使用下标(索引从0开始)来访问特定位置的元素。
长度不可改变:一旦创建,数组的长度是初始化之后就不可改变。

数组的数据形式

数组可以分为一维数组，二维数组，多维数组。

一维数组顾名思义是一个维度的，每个数组单位存储数据。

二维数组顾名思义是两个维度的，每个数组单位存储的是一个一维数组。

n维数组每个数组单位存储的是(n-1)维数组。

java创建数组:

int []a[] = new int[6][6];
int a[][] = new int[6][];(使用时必须初始化每个一维数组)，比如: a[0] = new int[5];
int[][]a = new int[][]{{1,2},{1,3,4}};
int[][]a = new int[][]{}; 不报错但无法使用，它不拥有存放数据的内存空间

上述写法都是不会报错的。

数组操作

数组的查询: 数组的存储是连续的，可以直接通过下标去查询，时间复杂度O(1)
数组的添加: 数组一般是往后添加的，时间复杂度是O（1），如果是往中间添加，那就比较麻烦，时间复杂度为O(n)，因为后面的数据都要后移一位。
数组删除: 与添加同理，删除之后，删除元素的后面数据都要前移，所以时间复杂度O（n）。

本人画图水平有限，将就看😂😂😂😂

数组使用场景

存储固定长度的数据，因为数组长度不可变
实现栈和队列:通过控制元素的添加和移除,数组可以方便实现栈和队列这种先进先出的数据结构。
需要频繁查找元素的场景，连续存储，访问快

Java中的数组实现😎

Java里面有一个数组的实现类ArrayList，它是Java里的一个典型的数组结构的类。

但是你可能会发现，它居然不用指定长度，而且我想加多少数据就加多少数据，不是说数组长度是固定的吗😅😅😅

不要急，是因为它有扩容机制，当满了就去扩容数组，将原数组的数据复制到新数组。

ArrayList特性

初始容量为10,扩容之后为原来的1.5倍
底层使用Object数组实现,支持快速随机访问

为了加深对ArrayList的理解，我们手写一个简单的ArrayList。

手写ArrayList🤩

首先，我们得搭建基本的类框架，最终类的结构如下图所示:

同样，使用泛型，为了类型安全。

从上到下依次是:

当前数组大小
数组目前的容量
存放数组的Object数组，不能是E[], 因为该数组是需要初始化的，而泛型是不能初始化的。

构造函数

构造函数里我们设定数组初始大小，初始化Object数组。

public FakeArrayList() {
    capacity = 10;
    elements = new Object[capacity];
}

扩容函数

当前数组大小等于最大容量(没法添加新元素时)，这时候就需要对数组进行扩容了。

实现的原理就是创建一个新数组，然后将旧数组的的值复制进去。

private void grow(){
    // 表示需要扩容
    if (size==capacity){
        System.out.println("触发扩容");
        // 扩容为1.5倍
        int newCapacity = (capacity >> 1) + capacity;
        // 改变当前的容量
        capacity = newCapacity;
        // 复制到新数组
        elements = Arrays.copyOf(elements, newCapacity);
    }
}

小心这里有个坑，+号的运算级别高于位运算符，所以位运算符那里需要添加括号。不然结果就是0了。

添加数据

我这里是写了两种添加方法，一种是默认的在末尾添加，另一种是在指定索引位置添加

// 末尾添加

public void add(E e) {
    // 判断是否扩容
    grow();
    // 添加数据
    elements[size++] = e;
}

// 指定位置添加

public void add(int index, E element){
    // 检查索引有无越界, 越界就调用add()函数加到末尾，我这里就没写了,所以我们不能添加超过索引的
    grow();
    // 将index之后及其index的数据往后移动一位
    System.arraycopy(elements, index, elements, index+1, size-index);
    // 添加数据
    elements[index] = element;
    size++;
}

删除跟这个添加也差不多，我就不赘述了。

获得数据

public E get(int index) {
    // 我没有写越界判断，所以不要查索引之外的
    return (E) elements[index];
}

测试一下

public static void main(String[] args) {
    FakeArrayList<String> list = new FakeArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 11; i++) {
        list.add("hhh" + i);
    }
    list.add("11");
    System.out.println(list.get(11));
    list.add(3, "替换索引3的数据");
    System.out.println(list.get(3));
    System.out.println("查看数据:");
    for (int i = 0; i < list.size; i++) {
        System.out.println(list.get(i));
    }
}

输出

触发扩容
11
替换索引3的数据
查看数据:
hhh0
hhh1
hhh2
替换索引3的数据
hhh3
hhh4
hhh5
hhh6
hhh7
hhh8
hhh9
hhh10
11

先验证扩容，添加十一个数，可以看到触发了扩容

然后验证末尾添加，发现添加成功

再然后，替换索引为3的数据，再查看发现成功

最后，打印整个数组，观看最后的数据结构与我们预期的是否相同，验证成功。

成功完成基本的ArrayList的编写，原来的ArrayList也基本是这个逻辑。

总结

数组存储空间是连续的，根据索引去获取数据
数组查询很快，中间插入和删除较慢
数组长度是不可变的
Java的ArrayList实现的数组可以扩容(新数组)
手写一个简单的ArrayList不难

【数据结构】数组介绍 + 手写简单的ArrayList

数组