數據結構學習筆記（3）_使用數組實現簡單線性表功能

線性表（List）：零個或多個數據元素的有限序列。

關鍵字有兩個：

　　「零個」也就是說線性表是能夠爲空的；

　　「有限序列」無論多長的線性表，總要有一個最大長度，而且元素與元素之間是一對一的關係，也即有必定的順序。

在Java中有一個很「神奇的」類，就是ArrayList。它神奇的地方在於它使用起來和數組同樣簡單，但卻提供了更多更方便的方法。感受上ArrayList是能夠無限添加元素的！這一點太方便了，它是怎麼作到的呢？

其實，ArrayList是底層就是用數組來實現的！可是上次不是才說數組的長度是不能變的嗎？實際上，它能夠實現「無限的」添加元素只是由於它的底層有一個機制，在數組空元素用完的時候會生成一個長度更長的數組，而後把以前的元素複製過去，這樣就實現了擴容。但對於使用者來講，咱們不須要關心這些細節。這就是Java基礎類帶來的方便啊！

咱們本身來實現一個ArrayList，不過擴容的功能麻煩了點就不作了~~~但基本的一個線性表應該具備的功能應該是（假定要放入的元素都是int型的，固然改爲範型也是能夠的）：

增：boolean add(int value)在表的末尾添加新元素；boolean insert(int index, int value)。

刪：boolean remove(int index)移除指定位置的元素；void clear()清空整個表。

改：boolean update(int index, int value)將指定位置的元素修改爲指定的值。

查： int select(int value)在線性表中查詢指定的值，返回元素的位置。若是不存放，返回「-1」。

還有一些功能也是必須的：

長度：int size()返回線性表的長度。

判空：boolean isEmpty()返回該線性表是否爲空。

取值：int getValue(int index)獲取特定位置的值。

 

好的，如今咱們開始寫代碼：

　　首先固然是想一下怎樣初始化的問題了。

　　本質上，咱們仍是經過數組來實現，因此咱們應該是先定義一個必定長度的的數組，而且，咱們應該用一個變量來記錄咱們添加了多少個元素吧。咱們把這個類叫MyArrayList：

public class MyArrayList {
    // 這個線性表的最大長度
    public static final int MAX_LEN = 100;
    // 用來保存數據的數組
    private int[] array = new int[MAX_LEN];
    // 用定記錄線性表的長度
    private int len;
}

　　好的，下面就是重頭戲了，咱們來實現功能了，先從add開始。

思路以下：

　　先判斷線性表的長度是否等於最大的長度，若是相等，就說明表已滿。不能插入返回false；不然，插入到末尾處，表的長度加1，返回true。代碼實現以下：

public boolean add(int value) {
    // 判斷線性表是否已滿
    if (len == MAX_LEN) {
        return false;
    }
    else {
        array[len] = value;
        len++;
        return true;
    }
}

　　在指定的位置插入數據比較麻煩一點。想象一下，你在飯堂打飯，有前面有一我的插隊。那應該是最後的人先退後一步吧，這樣前面的人，每一個都退後一個就可以騰出位置。因此在指定位置插入的話，要先作這樣一步工做。

　　同理，刪除一個元素的話，那也就是把這個元素以後的數據依次往前移到一位咯~~~

　　其餘方法也是差很少這個樣，就不說了，本身看代碼快點~~~

public class MyArrayList {

    // 這個線性表的最大長度
    public static final int MAX_LEN = 100;
    // 用來保存數據的數組
    private int[] array = new int[MAX_LEN];
    // 用定記錄線性表的長度
    private int len;
    
    /**
     * 添加數據到線性表末尾
     * @param value 要添加的值
     * @return 添加成功爲true，添加失敗爲false
     */
    public boolean add(int value) {
        // 判斷線性表是否已滿
        if (len == MAX_LEN) {
            return false;
        }
        else {
            array[len] = value;
            len++;
            return true;
        }
    }
    
    /**
     * 在指定的位置添加數據
     * @param index 添加的位置
     * @param value 添加的數據
     * @return 添加成功爲true，添加失敗爲false
     */
    public boolean insert(int index, int value) {
        if (len == MAX_LEN) {
            return false;
        }
        // 若是插入的位置不合理
        if (index < 0 || index > len) {
            return false;
        }
        else {
            // 在index以後的元素都應該向後移
            for (int i = len; i > index; i--) {
                array[i] = array[i - 1];
            }
            array[index] = value;
            len++;
            return true;
        }
    }

    /**
     * 清空線性表
     */
    public void clear() {
        len = 0;
    }
    
    /**
     * 移除指定位置的元素
     * @param index 要移除的元素的位置
     * @return 移除成功爲true，添加失敗爲false
     */
    public boolean remove(int index) {
        if (index < 0 || index > len - 1) {
            return false;
        }
        else {
            // 至關於把index後面的元素向前移一位
            for (int i = index; i < len - 1; i++) {
                array[i] = array[i + 1];
            }
            len--;
            return true;
        }
    }
    
    /**
     * 更新指定位置的元素的值
     * @param index 要更新的元素的位置
     * @param value 新的值
     * @return 更新成功爲true，添加失敗爲false
     */
    public boolean update(int index, int value) {
        if (index < 0 || index > len - 1) {
            return false;
        }
        else {
            array[index] = value;
            return true;
        }
    }
    
    /**
     * 查詢指定的數值是否在線性表中
     * @param value 要查詢的數值
     * @return 若是找到的話爲第一個匹配的位置，找不到的話，返回-1
     */
    public int select(int value) {
        int index = 0;
        for (; index < len; index++) {
            if (array[index] == value) {
                break;
            }
        }
        if (index == len) {
            return -1;
        }
        else {
            return index;
        }
    }
    
    /**
     * 得到線性表的長度
     * @return 線性表的長度
     */
    public int size() {
        return len;
    }
    
    /**
     * 判斷線性表是否爲空
     * @return 若是爲空，返回true，不然爲false
     */
    public boolean isEmpty() {
        if (len == 0) {
            return true;
        }
        else {
            return false;
        }
    }
    
    /**
     * 獲取某一位置的值
     * @param index 指定的元素位置
     * @return 該位置的值，若是指定的位置不合理，拋出異常
     */
    public int getValue(int index) {
        if (index < 0 || index > len - 1) {
            // 咱們這裏就不本身定義異常了，讓系統去拋出~~~
            return array[MAX_LEN];
        }
        else {
            return array[index];
        }
    }
}

　　其實這樣下來，Java自帶的ArrayList可以實現的功能咱們已經實現了大半了~~~，從上面的代碼不難看出，若是在ArrayList進行大量的數據插入和刪除操做，效率是比較低的。但它的讀取性能是至關高的。

總的來講，ArrayList主要有兩個缺點：

　　第一是插入和刪除操做帶來的大量的數據移動。好比每次都往第0個位置插入或刪除，當數據元素不少時，這樣的操做也是很費時的。

　　第二是，默認數組分配的大小問題。默認的數組分配得小，那麼一會兒就不夠用了，就要進行數組的「擴容」；若是分配得過大的話，那麼就極可能浪費大量的空間。因此，若是咱們在事前已經大概知道有多少個元素時，最好是使用ArrayList的：public ArrayList(int initialCapacity)這個構造方法。（默認的數組長度是10）