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如何在Java中实现动态数组数据结构?

发布时间:2023-06-16 20:07:24

在Java中实现动态数组数据结构可以使用Java中自带的List接口和其实现类ArrayList、LinkedList等,也可以自己手动实现动态数组。

List接口和ArrayList、LinkedList类是Java中非常常用的数据结构,它们都是基于动态数组实现的。其中,ArrayList以数组形式存储元素,它允许随机访问,但插入和删除操作需要移动数组中的元素。LinkedList则以链表形式存储元素,插入和删除操作效率较高,但随机访问操作比较耗时。因此,在选择使用哪种动态数组时,需要根据具体的应用场景来选择。

除了使用Java自带的List结构,我们也可以手动实现动态数组。其中,实现动态数组需要解决两个问题:1、数组容量的扩容和缩容;2、元素的增删和查找。

1、数组容量的扩容和缩容

在动态数组中,当容量不足时需要扩容,当元素个数比容量小一定比例时需要缩容。在进行扩缩容时,需要重新创建一个新的数组并将旧数组中的元素复制到新数组中。一般情况下,扩容时将原容量翻倍,缩容时将原容量减半(一般不缩小到原容量的一半以下),以达到空间利用率的最优。

2、元素的增删和查找

在动态数组中,元素的增加可以通过在数组末尾添加元素或者在指定位置插入元素实现;元素的删除可以通过将删除位置后面的元素向前移动一个单位实现。而查找元素可以通过遍历数组中的元素来实现。

下面是手动实现动态数组的代码示例:

import java.util.Arrays;

public class DynamicArray {
    private int[] array;
    private int size;
    private int capacity;

    public DynamicArray(int capacity){
        array = new int[capacity];
        size = 0;
        this.capacity = capacity;
    }

    //增加元素
    public void add(int element){
        if(size == capacity){
            grow();  //当容量不足时扩容
        }
        array[size++] = element;
    }

    //插入元素
    public void insert(int index, int element){
        if(index < 0 || index > size){
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        }
        if(size == capacity){
            grow();  //当容量不足时扩容
        }
        for(int i = size - 1; i >= index; i--){
            array[i + 1] = array[i];
        }
        array[index] = element;
        size++;
    }

    //删除元素
    public void remove(int index){
        if(index < 0 || index >= size){
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        }
        for(int i = index; i < size - 1; i++){
            array[i] = array[i + 1];
        }
        size--;
        if(size < capacity / 2){
            shrink();  //当元素个数比容量小一定比例时缩容
        }
    }

    //查找元素
    public int indexOf(int element){
        for(int i = 0; i < size; i++){
            if(array[i] == element){
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    //扩容
    private void grow(){
        capacity *= 2;
        array = Arrays.copyOf(array, capacity);
    }

    //缩容
    private void shrink(){
        capacity /= 2;
        array = Arrays.copyOf(array, capacity);
    }
}

以上是如何在Java中实现动态数组数据结构的一个简单示例。当然,在实际应用中,还需要考虑线程安全问题、类型泛型和异常处理等等因素。