【数据结构】数组

2020-05-08 16:10:06来源：博客园阅读 ()

【数据结构】数组

什么是数组？

数组对应的英文是array，是一个存储相同类型的变量所组成的一个有序集合，数组中每一个变量称为元素，每个元素都有一个对应的索引（索引从0开始）。
数组的存储方式如下：
数组.png
数组还有另一个特点，就是在内存中是顺序存储的。
内存是由一个个连续的内存单元所组成的，每一个内存单元都对应一个地址，在内存单元中，有些被占用了，有些是空闲的。
数组中的每一个元素，都存储在内存单元中，并且这些内存单元之间紧密排列，既不能打乱存储顺序，也不能跳过某个内存单元进行存储。

基于数组进行二次封装

1、读取元素
对于数组来说，读取元素是最简单的操作。由于数组在内存中顺序存储，所以只要给出一个数组的索引，就可以读取到索引对应的元素。

2、修改元素
更新数组中的某一个元素，也是一个非常简单的操作。直接利用数组的索引，就可以把新值赋值给索引对应的元素。

3、插入元素
在数组中插入元素分为三种情况：

尾部插入

这是最简单的情况，直接把插入的元素放在数组的尾部空闲的位置就可以了。
中间插入

稍微复杂一些，在数组中每一个元素都对应一个索引，所以首先先把插入位置的元素和后面的元素向后移动，再把插入的元素插入到对应的索引中。
超范围插入

假如现在有一个长度为10的数组，并且这个数组中已经填满了元素，如果这时还想添加一个元素，该怎么办？
这里就涉及到了扩容机制了，在一开始数组的长度就已经确定了，那么如何扩容呢？
我们可以创建一个新的数组，并且这个新数组的长度是原来的数组的长度的2倍，然后再把旧数组当中的元素插入到新数组当中，这样就实现了数组的扩容。

4、删除元素
删除元素和插入元素的过程正好相反，我们把要删除的元素后面的元素往前移动就可以了。注意：虽然这里不涉及扩容问题，但是如果当前的数组的元素的个数要比数组的长度小很多，是不是就浪费了内存？所以我们可以在这里加入缩容机制，防止浪费内存。

整体代码如下：

/**
 * 描述：基于数组二次封装成动态数组。
 * <p>
 * Create By ZhangBiao
 * 2020/5/8
 */
public class Array<E> {

    private E[] data;

    private int size;

    /**
     * 构造函数，传入数组的容量capacity构造Array。
     *
     * @param capacity 容量大小
     */
    public Array(int capacity) {
        data = (E[]) new Object[capacity];
        size = 0;
    }

    /**
     * 无参数的构造函数，默认数组的容量capacity=10。
     */
    public Array() {
        this(10);
    }

    public Array(E[] arr) {
        this.data = (E[]) new Object[arr.length];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            this.data[i] = arr[i];
        }
        this.size = this.data.length;
    }

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

    /**
     * 获取数组中的元素个数。
     *
     * @return
     */
    public int getSize() {
        return size;
    }

    /**
     * 返回数组是否为空。
     *
     * @return
     */
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    /**
     * 向所有元素后添加一个新元素
     *
     * @param e
     */
    public void addLast(E e) {
        /*if (size == data.length) {
            throw new IllegalArgumentException("AddLast failed. Array is full.");
        }
        data[size] = e;
        size++;*/
        add(size, e);
    }

    public void addFirst(E e) {
        add(0, e);
    }

    /**
     * 在index索引的位置插入一个新元素e
     *
     * @param index
     * @param e
     */
    public void add(int index, E e) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and index <= size.");
        }
        if (size == data.length) {
            resize(2 * data.length);
        }
        for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
            data[i + 1] = data[i];
        }
        data[index] = e;
        size++;
    }

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

    /**
     * 获取index索引位置的元素。
     *
     * @param index
     * @return
     */
    public E get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("Get failed. Index is illgal.");
        }
        return data[index];
    }

    /**
     * 获取索引为0的元素。
     *
     * @return
     */
    public E getFirst() {
        return get(0);
    }

    /**
     * 获取索引为size-1的元素。
     *
     * @return
     */
    public E getLast() {
        return get(size - 1);
    }

    /**
     * 修改index索引位置的元素为e。
     *
     * @param index
     * @param e
     */
    public void set(int index, E e) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("Set failed. Index is illegal.");
        }
        data[index] = e;
    }

    /**
     * 查找数组中是否有元素e。
     *
     * @param e
     * @return
     */
    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，如果不存在元素e，则返回-1。
     *
     * @param e
     * @return
     */
    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。
     *
     * @param index
     * @return
     */
    public E remove(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
        }
        E ret = data[index];
        for (int i = index + 1; i < size; i++) {
            data[i - 1] = data[i];
        }
        size--;
        if (size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0) {
            resize(data.length / 2);
        }
        return ret;
    }

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

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

    /**
     * 从数组中删除元素e。
     *
     * @param e
     */
    public void removeElement(E e) {
        int index = find(e);
        if (index != -1) {
            remove(index);
        }
    }

    public void swap(int i, int j) {
        if (i < 0 || i >= size || j < 0 || j >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("Index is Illegal");
        }
        E temp = data[i];
        data[i] = data[j];
        data[j] = temp;
    }

    @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();
    }

}