看得见的数据结构——关于数组表，你真的懂吗？
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了看得见的数据结构——关于数组表，你真的懂吗？相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
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0. 前言
一讲到装东西的容器，你可能习惯于使用ArrayList和数组,你有想过ArrayList和数组的区别吗?
Java的类起名字都不是随便乱起的，一般前面是辅助，后面是实质：
ArrayList = Array + ListArray就是数组，List便是表结构，ArrayList即数组实现的表结构。问题来了，什么是
表结构？
注：不要问我效果图用什么软件画的...因为本来就没用什么软件画。下一节带你一起
自己画!!!
不管别的，先留图镇楼：
表结构的常规操作
数组的扩容与缩容
0.1 在我们生活中都有什么表?
课程表，成绩表，作息时间表、列车行程表、手表(这个算了吧...)
0.2 表有什么用?
可以把同类的对象统一管理，比如成绩表: 高三12班的54为同学的成绩是对象，对象又包括数学、语文、英语...等属性。
把混乱的54个对象放在一起，这么一排，哪个是学霸，哪个是学渣一目了然。
如果其中某个对象的成绩改错了，可以get到对象重新set一下。
如果中间一个人作弊了，分数取消，直接remove掉，后面的人名词往前排。
如果高三12班和高三11班要比较成绩，两张表contact一下，就成一张表，合并也很方便。
0.3 表和数组有什么不同?
打个最恰当的比方就是：
数组相当于打印出来的纸质版而表结构像是Excel中可操作版
a. 数组定长：添加新元素，定位添加都很困难
b. 拿删除来说：数组remove掉了，后面的人名次都不变----(我还没个空白名次高，你说气人不气人...)
c. 表是一种抽象数据类型(Abstract Data Type)，既然是抽象就是规范或功能，表会有不同的实现形式
[番外]：小和尚问老和尚："什么是圣人?" 老和尚说："好好学习，天天向上，乐于助人，诚信友善"这里"圣人"便是一种抽象，"好好学习，天天向上，乐于助人，诚信友善"便是"圣人"的"条件（功能）"，小和尚按照这么做了，他就是老和尚眼中的"圣人"，即小和尚实现了圣人。
d. 同样，表是一种抽象，也可以定义你眼中的表，并为它附上add(),get(),set(),remove()等功能。
e. 其实Java的ArrayList实现了List这个抽象接口。
0.4 数组表结构：本文要务
1. 定义自己的表结构
由于Java用List，为了不混淆，取了个新名字叫Chart
1.1 定义表的接口
也就是说说你的表能干嘛用（接口方法最好注释非常清晰）
public interface IChart<T> {
//region -------------添加操作------------
/**
* 定点添加
*
* @param index 索引
* @param el 数据元素
*/
void add(int index, T el);
/**
* 添加尾
*
* @param el 数据元素
*/
void add(T el);
//endregion
//region -------------删除操作------------
/**
* 定位删除
*
* @param index 索引
* @return 删除的元素
*/
T remove(int index);
/**
* 删除尾位
*
* @return 删除的元素
*/
T remove();
/**
* 删除指定元素的第一次出现时
*
* @param el 数据元素
* @return 元素位置
*/
int removeEl(T el);
/**
* 删除所有指定元素
*
* @param el 数据元素
*/
boolean removeEls(T el);
/**
* 清空集合
*/
void clear();
//endregion
//region -------------改查操作------------
/**
* 设置某位置的元素新值
*
* @param index 索引
* @param el 新值
* @return 旧值
*/
T set(int index, T el);
/**
* 根据指定位置获取元素
*
* @param index 索引
* @return 数据元素
*/
T get(int index);
/**
* 根据指定元素获取匹配索引
*
* @param el 数据元素
* @return 索引集
*/
int[] getIndex(T el);
//endregion
//region ------------其他操作-------------
/**
* 集合是否包含某元素
*
* @param el 数据元素
* @return 是否包含
*/
public boolean contains(T el);
/**
* 连接两个集合
*
* @param iChart 插入集合
* @return 合并后的集合
*/
public IChart<T> contact(IChart<T> iChart);
/**
* 定点连接两个集合
*
* @param index 索引
* @param iChart 插入集合
* @return 合并后的集合
*/
IChart<T> contact(int index, IChart<T> iChart);
/**
* 是否为空
*
* @return 是否为空
*/
boolean isEmpty();
/**
* 返回集合大小
*
* @return 大小
*/
int size();
/**
* 获取数组容量
* @return 数组容量
*/
int capacity();
//endregion
}1.2 使用数组实现表结构：ArrayChart
实现接口，并实现接口里的所有方法
public class ArrayChart<T> implements IChart<T> {
//空实现---略
}1.3 成员变量和构造初始化
private int size;//表中数据的个数
private T[] data;//数据核心承载体
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//默认数组容量
private static final float GROW_RATE = 1.5f;//扩容增长率
public ArrayChart() {
this(DEFAULT_CAPACITY);//无参构造默认创建10个容量的数组
}
public ArrayChart(int capacity) {
data = (T[]) new Object[capacity];//新创建[数组表]时初始化数组
}1.4 简单接口的实现
@Override
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
@Override
public int size() {
return size;
}
@Override
public int capacity() {
return data.length;
}2. 主要方法的实现(CRUD)
2.1 定点添加元素
看一下操作图(
将在下一篇:视图篇完成)：默认添加到尾部。
思路：定点后的所有元素后移一位，空出顶点位，让待添加元素入驻。
紫色框代表空的数组位，中间填充的是表中的实际元素。
可见定点添加是在选中索引的前一位添加，所以添加到尾部是add(size,data)来添加。
@Override
public void add(T el) {
add(size , el);//这里size---是因为在size之前一位添加
}
@Override
public void add(int index, T el) {
if (index < 0 || index > size) {
throw new IllegalArgumentException("Add failed! Make sure index < 0 || index > size");
}
//从最后一个元素开始,到定点位置元素,元素都后移一位
for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
data[i + 1] = data[i];
}
data[index] = el;
size++;
}
2.2 查找与设置值：get(), set()
@Override
public T set(int index, T el) {
if (index < 0 || index >= size) {
throw new IllegalArgumentException("Set failed! Make sure index < 0 || index > size");
}
T oldEl = get(index);
data[index] = el;//设置一下，很简单
return oldEl;
}
@Override
public T get(int index) {
if (index < 0 || index >= size) {
throw new IllegalArgumentException("Get failed! Make sure index < 0 || index > size");
}
return data[index];//查询数组的对应索引处
}定值查询获取索引
@Override
public int[] getIndex(T el) {
int[] tempArray = new int[size];//临时数组
int count = 0;//重复个数
for (int i = 0; i < size; i++) {//遍历集合,获取该元素重复个数，及位置数组
if (data[i].equals(el)) {
tempArray[count] = i;
count++;
}
}
//将临时数组压缩---排除空位
int[] indexArray = new int[count];
for (int i = 0; i < count; i++) {
indexArray[i] = tempArray[i];
}
return indexArray;//返回查找元素的索引数组(相当于成绩表看数学80分的都有哪些人)
}2.3 删除元素
@Override
public T remove() {
return remove(size - 1);
}
@Override
public T remove(int index) {
if (index < 0 || index >= size) {
throw new IllegalArgumentException("Remove failed! Make sure index < 0 || index > size");
}
T temp = get(index);
//从删除元素索引的下一位开始到结尾，依次左移
// 可简写: System.arraycopy(data, index + 1, data, index + 1 - 1, size - index + 1);
for (int i = index + 1; i < size; i++) {
data[i - 1] = data[i];
}
size--;
//置空--游荡的对象
data[size] = null;
return temp;
}其他删除：
定元素删除单个和定元素删除所有相当于前面的组合操作,就不做操作演示了。
@Override
public int removeEl(T el) {
int[] indexes = getIndex(el);//查找元素的索引集合，删除首个
int index = -1; if (indexes.length > 0) {
index = indexes[0];
remove(indexes[0]);
} return index;
}
@Override
public boolean removeEls(T el) { //查找元素的索引集合,删除所有
int[] indexArray = getIndex(el);
if (indexArray.length != 0) {
for (int i = 0; i < indexArray.length; i++) {
remove(indexArray[i] - i); // 注意-i
}
return true;
}
return false;
}3. 动态扩容与缩容的实现
也没有什么高大上的，就是一个篮子装不下了，装个更大的篮子装而已
3.1 扩容与缩容方法的实现
/**
* 扩容/缩容
*
* @param newCapacity 新容量
*/
private void grow(int newCapacity) {
T[] newData = (T[]) new Object[newCapacity];//创建个大篮子
for (int i = 0; i < size; i++) {//把原来的元素放到大篮子里
newData[i] = data[i];
}
data = newData;
}3.2 扩容和缩容的调用契机
什么时候扩容----篮子不够装了呗---add
什么时候需要缩容----1000个容量的篮子装1个鸡蛋想想也浪费---remove
1) add检测扩容时机：满了
@Override
public void add(int index, T el) {
if (size == data.length) {//篮子装不下了---
grow((int) (GROW_RATE * data.length));//换个1.5倍的篮子
}
if (index < 0 || index > size) {
throw new IllegalArgumentException("Add failed! Make sure index < 0 || index > size");
}
//从最后一个元素开始,到定点位置元素,元素都后移一位
//可简写：System.arraycopy(data, index, data, index + 1, size - index);
for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
data[i + 1] = data[i];
}
data[index] = el;
size++;
}2) remove检测缩容时机
这里的判断标志是留多点备用，不然有可能插入移除频繁而导致重复扩容或缩容，
篮子可能会说：“你到底缩还是放，你是不是在玩老子....老子给你多留点空行了吧!”
@Override
public T remove(int index) {
if (index < 0 || index >= size) {
throw new IllegalArgumentException("Remove failed! Make sure index < 0 || index > size");
}
T temp = get(index);
//从删除元素索引的下一位开始到结尾，依次左移
// 可简写: System.arraycopy(data, index + 1, data, index + 1 - 1, size - index + 1);
for (int i = index + 1; i < size; i++) {
data[i - 1] = data[i];
}
size--;
//置空--游荡的对象
data[size] = null;
//缩容----此处限定是为了避免反复出现扩容缩容---可自定义
if (size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0 && data.length > 5) {
grow(data.length / 2);
}
return temp;
}3.3 清空时，数组缩放到初始值
@Override
public void clear() {
size = 0;
grow(DEFAULT_CAPACITY);
}4. 其他操作
4.1 是否包含某元素
@Override
public boolean contains(T el) {
return getIndex(el).length != 0;//按值查询有数据
}4.2 contact连接数组
@Override
public IChart<T> contact(IChart<T> iChart) {
return contact(size - 1, iChart);
}
@Override
public IChart<T> contact(int index, IChart<T> iChart) {
if (!(iChart instanceof ArrayChart)) {//必须是数组才能联合
return null;
}
//从index处遍历本数组，将待插入数据一个一个插入
for (int i = index; i < index + iChart.size(); i++) {
add(i + 1, iChart.get(i - index));
}
return this;
}作为一个表结构，基本上就演示这么多，还有其他操作可以自定义接口，自己实现。
不过不管多么复杂的操作，都是以上操作的组合而已。
5. 小结
关于复杂度的分析，等到所有表结构讲完再整体比较一下。
这里先粗略感觉一下
耗时测试
times
1000 10000 10w 100w
addHead
0.0063s 0.2706s 19.5379s ---
addTail
0.0004s 0.0025s 0.0141s 0.0687s
removeHead
0.0063s 0.2771s 19.7902s ---
removeTail
0.0005s 0.0036s 0.0091s 0.02301s
可以看出往开始添加/删除会很困难，从代码中可以感觉到，毕竟要让后面所有人挪一挪。
想一下如果30000人排一起，第一个人走了，后面所有人往前挪一下，是不是工程量挺大的？要是你决定插到第一个，让后面的人都往后移一下.....(大哥，活着难道不好吗....)
所以频繁对第一个元素进行操作的，还是不要作死，数组表结构(ArrayList)不适合你
这篇数据结构之数组表讲解完啦，
后续还有数据结构系列的其它内容讲解，敬请期待！
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今日问题：
还记得数据结构多少内容？
留言格式：
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以上是关于看得见的数据结构——关于数组表，你真的懂吗？的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章