ArrayList是Java集合框架中一個(gè)經(jīng)典的實(shí)現(xiàn)類。他比起常用的數(shù)組而言，明顯的優(yōu)點(diǎn)在于，可以隨意的添加和刪除元素而不需考慮數(shù)組的大小。處于練手的目的，實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的ArrayList，并且把實(shí)現(xiàn)的過程在此記錄。
實(shí)現(xiàn)的ArrayList主要的功能如下：
- 默認(rèn)構(gòu)造器和一個(gè)參數(shù)的有參構(gòu)造器
- add方法
- get方法
- indexOf方法
- contains方法
- size方法
- isEmpty方法
- remove方法
- sort方法
這個(gè)簡單的ArrayList類 取名為SimpleArrayList，全部的代碼查看SimpleArrayList代碼
構(gòu)造器
源碼ArrayList一共有三個(gè)構(gòu)造器，一個(gè)無參構(gòu)造器，一個(gè)參數(shù)為int型有參構(gòu)造器，一個(gè)參數(shù)為Collection型的有參構(gòu)造器。參數(shù)為Collection型的構(gòu)造器用來實(shí)現(xiàn)將其他繼承Collection類的容器類轉(zhuǎn)換成ArrayList。SimpleArrayList類因?yàn)檫€沒有手動實(shí)現(xiàn)其他的容器類，所以實(shí)現(xiàn)的構(gòu)造方法只有2個(gè)。代碼如下：
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public SimpleArrayList(){ this(DEFAULT_CAPACITY);}public SimpleArrayList(int size){ if (size < 0){ throw new IllegalArgumentException("默認(rèn)的大小" + size); }else{ elementData = new Object[size]; }} |
無參構(gòu)造器中的 DEFAULT_CAPACITY是定義的私有變量，默認(rèn)值是10，用來創(chuàng)建一個(gè)大小為10的數(shù)組。有參構(gòu)造器中，int參數(shù)是用來生成一個(gè)指定大小的Object數(shù)組。將創(chuàng)建好的數(shù)組傳給elementData。elementData是真正的用來存儲元素的數(shù)組。
add方法
add 方法用來往容器中添加元素，add方法有兩個(gè)重載方法，一個(gè)是add(E e),另一個(gè)是add(int index, E e)。add本身很簡單，但是要處理動態(tài)數(shù)組，即數(shù)組大小不滿足的時(shí)候，擴(kuò)大數(shù)組的內(nèi)存。具體的代碼如下：
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public void add(E e){ isCapacityEnough(size + 1); elementData[size++] = e;} |
方法isCapacityEnough就是來判斷是否需要擴(kuò)容，傳入的參數(shù)就是最小的擴(kuò)容空間。因?yàn)閍dd一個(gè)元素，所以最小的擴(kuò)容空間，即新的長度是所有元素+ 1。這里的size就是真正的元素個(gè)數(shù)。
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private void isCapacityEnough(int size){ if (size > DEFAULT_CAPACITY){ explicitCapacity(size); } if (size < 0){ throw new OutOfMemoryError(); }} |
判斷擴(kuò)容的方法也很簡單，判斷需要擴(kuò)容的空間是不是比默認(rèn)的空間大。如果需要的空間比默認(rèn)的空間大，就調(diào)用explicitCapacity進(jìn)行擴(kuò)容。這里有個(gè)size小于0的判斷，出現(xiàn)size小于0主要是因?yàn)楫?dāng)size超過Integer.MAX_VALUE就會變成負(fù)數(shù)。
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private final static int MAX_ARRAY_LENGTH = Integer.MAX_VALUE - 8;private void explicitCapacity(int capacity){ int newLength = elementData.length * 2; if (newLength - capacity < 0){ newLength = capacity; } if (newLength > (MAX_ARRAY_LENGTH)){ newLength = (capacity > MAX_ARRAY_LENGTH ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_LENGTH); } elementData = Arrays.copyOf(elementData, newLength);} |
上面的代碼是擴(kuò)容的代碼，首先，定義一個(gè)數(shù)組最大的容量的常量為最大值，這個(gè)值按照官方的源碼中的解釋是要有些VM保留了數(shù)組的頭部信息在數(shù)組中，因此實(shí)際存放數(shù)據(jù)的大小就是整數(shù)的最大值 - 8
然后設(shè)定一個(gè)要擴(kuò)容的數(shù)組的大小，雖然上面說了有一個(gè)擴(kuò)容空間的值 size + 1 ，這個(gè)是實(shí)際我們最小需要擴(kuò)容的大小。但為了繼續(xù)增加元素，而不頻繁的擴(kuò)容，因此一次性的申請多一些的擴(kuò)容空間。這里newLength 打算申請為 數(shù)組長度的2倍，然后去判斷這個(gè)長度是否滿足需要的擴(kuò)容空間的值。 即有了后續(xù)的兩段代碼
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if (newLength - capacity < 0){ newLength = capacity;}if (newLength > (MAX_ARRAY_LENGTH)){ newLength = (capacity > MAX_ARRAY_LENGTH ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_LENGTH);} |
如果2倍的長度仍然不滿足，則申請到需要的擴(kuò)容長度。在我們只增加一個(gè)元素的情況下，這個(gè)判斷是永遠(yuǎn)不會生效的，但是如果有addAll方法，則增加的元素很多，就要導(dǎo)致一次申請2倍的長度是不夠的。第二個(gè)判斷是判斷newLength的長度如果超過上面定義的數(shù)組最大長度則判斷要需要的擴(kuò)容空間是否大于數(shù)組最大長度，如果大于則newLength為 MAX_VALUE ，否則為 MAX_ARRAY_LENGTH。
最后，真正實(shí)現(xiàn)數(shù)組擴(kuò)容到設(shè)定長度的方法就沒意思了，調(diào)用Arrays.copyOf(elementData, newLength)得到一個(gè)擴(kuò)容后的數(shù)組。
add的另一個(gè)重載方法也很簡單。
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public void add(int index, E e) { //判斷是不是越界 checkRangeForAdd(index); //判斷需不需要擴(kuò)容 isCapacityEnough(size + 1); //將index的元素及以后的元素向后移一位 System.arraycopy(elementData,index,elementData,index + 1,size - index); //將index下標(biāo)的值設(shè)為e elementData[index] = e; size++;}private void checkRangeForAdd(int index){ //這里index = size是被允許的，即支持頭，中間，尾部插入 if (index < 0 || index > size){ throw new IndexOutOfBoundsException("指定的index超過界限"); }} |
至此，一個(gè)簡單的add方法就實(shí)現(xiàn)完了。
get方法
get方法用來得到容器中指定下標(biāo)的元素。方法實(shí)現(xiàn)比較簡單，直接返回?cái)?shù)組中指定下標(biāo)的元素即可。
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private void checkRange(int index) { if (index >= size || index < 0){ throw new IndexOutOfBoundsException("指定的index超過界限"); }}public E get(int index){ checkRange(index); return (E)elementData[index];} |
indexOf方法
indexOf方法用來得到指定元素的下標(biāo)。實(shí)現(xiàn)起來比較簡單，需要判斷傳入的元素，代碼如下：
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public int indexOf(Object o){ if (o != null) { for (int i = 0 ; i < size ; i++){ if (elementData[i].equals(0)){ return i; } } }else { for (int i = 0 ; i < size ; i++){ if (elementData[i] == null) { return i; } } } return -1;} |
判斷傳入的元素是否為null，如果為null，則依次與null。如果不為空，則用equals依次比較。匹配成功就返回下標(biāo)，匹配失敗就返回-1。
contains方法
contains用來判斷該容器中是否包含指定的元素。在有了indexOf方法的基礎(chǔ)上，contains的實(shí)現(xiàn)就很簡單了。
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public boolean contains(Object o){return indexOf(o) >= 0;} |
size方法
size方法用來得到容器類的元素個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)很簡單，直接返回size的大小即可。
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public int size(){ return size;} |
isEmpty方法
isEmpty方法用來判斷容器是否為空，判斷size方法的返回值是否為0即可。
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public boolean isEmpty(){ return size() == 0;} |
remove方法
remove方法是用來對容器類的元素進(jìn)行刪除，與add一樣，remove方法也有兩個(gè)重載方法，分別是
remove(Object o)和remove(int index)
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public E remove(int index) { E value = get(index); int moveSize = size - index - 1; if (moveSize > 0){ System.arraycopy(elementData,index + 1, elementData,index,size - index - 1); } elementData[--size] = null; return value;}public boolean remove(Object o){ if (contains(o)){ remove(indexOf(o)); return true; }else { return false; }} |
第一個(gè)remove方法是核心方法，首先得到要?jiǎng)h除的下標(biāo)元素的值，然后判斷index后面的要前移的元素的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)大于零，則調(diào)用庫方法，將index后面的元素向前移一位。最后elementData[--size] = null;縮減size大小，并將原最后一位置空。
第二個(gè)remove方法不需要向第一個(gè)方法一樣，需要告訴使用者要?jiǎng)h除的下標(biāo)對應(yīng)的元素，只需要判斷是否刪除成功即可。如果要?jiǎng)h除的元素在列表中，則刪除成功，如果不在則失敗。因此調(diào)用contains方法就可以判斷是否要?jiǎng)h除的元素在列表中。在則調(diào)用remove(int index),不在則返回失敗。
總結(jié)
自此，一個(gè)簡單的ArrayList就實(shí)現(xiàn)完了，實(shí)現(xiàn)的目的是為了弄清ArrayList動態(tài)數(shù)組的原理以及add與remove方法的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，也清楚了ArrayList最大的擴(kuò)容空間就是Integer的最大值。該類的所有代碼在SimpleArrayList代碼
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