数据结构与算法——数组的实现(Java)

数组是可以存储一组数据的数据类型，特点是逻辑相邻的数据在物理存储位置上也相邻。数组的存储大小在刚开始创建数组时已经定好，不可发生改变，所以当数组空间存满后，需要我们人为对它进行扩容，因为数组大小不可改变，这里的扩容其实是创建一个更大的新数组。

数组的特点还有查询快，但是向其中插入和删除较为费时，需要给待插入数据腾出位置，所以其后方的每一个元素都需要移动。因此如果插入位置在尾部，耗时最小，但是如果在首位，耗时最大。

	int[] arr;
	int size;
	int capacity;

首先定义三个变量，分别表示，存储数据的数组，数组已存数据的长度，整个数组的大小。在c语言中，我们需要使用malloc函数对数组进行分配空间，在java中可以直接new出来。

	Array array=new Array();

初始化操作

	public static void InitArray(Array array) {
	    array.arr=new int[8];
	    array.size=0;
	    array.capacity=8;
	}

创建好数组对象后，如c一样，我们需要先对数组进行初始化，将三个变量给定初始值。我一般喜欢将数组长度定义为8，那么capacity变量的值自然也是8，因为其中还没有存储数据，所以size的值是0。

插入操作

    public static boolean InsertArray(Array array,int index,int element){
        if (index<0||index>array.size+1){
            System.out.println("插入位置不合法");
            return false;
        }
        if(array.size==array.capacity){
        	int[] newcapacity=array.capacity*2;
            int[] newarray=new int[newcapacity];
            for(int i=0;i<array.size;i++){
				newarr[i]=arr[i];
			}
			array.arr=newarr;
			array.capacity=capacity;
        }
        for (int i=array.size;i>=index;i--){
            array.arr[i]=array.arr[i-1];
        }
        array.arr[index-1]=element;
        array.size++;
        return true;
    }

插入操作的返回值我将其定义为布尔型，意思是如果插入成功，则返回true，反之返回false。第一步自然还是判断插入位置是否合法，如果不合法，则直接返回false。接下来，就碰到了第一个问题，我们要向数组中插入新的元素，可是数组的大小已经确定，如果数组已经存满怎么办？我们需要判断是否数组是否已满，如果已满则需要对数组进行扩容。数组已满的条件是存储的元素数量和数组大小相等时，代表数组中所有空间都有元素存储了。这时我们就需要进行数组扩容。每次扩容将数组扩大为当前的两倍，第一次是从8扩容到16，第二次是从16扩容到32。首先定义一个新的数组大小的变量newcapacity是两倍的当前数组大小，再使用该大小定义一个新的大小的数组。将原来数组的每一个元素复制到新数组中，最后将新数组和新的数组大小代替旧的来使用，到此完成扩容。接下来就可以正式开始插入操作了，然后就面对了第二个问题，数组的特点是存储位置相邻，我们没有多余的位置插入新的元素，那么我们就需要将插入位置后方的元素依次向后移动，来给待插入的元素腾出位置。这里有一个需要特别注意的点，就像上学时站队一样，如果队伍前方突然出现一个人，为了让他进入队伍，我们需要向后移动给他腾出位置，但应该怎么移动呢？如果从前往后移动，后面的人没动，前面的人先向后移，则肯定会踩到后面的人，在数组中，这种情况就表现为，前面的数据会覆盖后面的数据。为了避免这种情况，需要从队尾开始移动，从后往前移动，先移后方的，后面的移动完成后，前面的才有空位向后移动。移动完成后，将插入位置的元素赋值完成插入。这里注意的是，我将index作为位序使用，而不是数组下标，位序是从1开始，而下标是从0开始。所以位序=数组下标+1。最后别忘了将数组存储长度加1，返回true，代表插入成功。

删除操作

    public static boolean DeleteArray(Array array,int index){
        if(index<1||index>array.size) {
            System.out.println("删除位置不合法");
            return false;
        }
        for (int i = index; i <array.size ; i++) {
            array.arr[i-1]=array.arr[i];
        }
        array.size--;
        return true;
    }

同插入操作一样，需要判断删除位置的合法性，需要移动元素来保证物理存储位置的相邻。删除中可以直接用删除元素的后继元素将其覆盖，然后后续元素依次前移，即可完成删除操作。

查找操作

    public static int FindArray(Array array,int element){
        for(int i=0;i< array.size;i++){
            if (array.arr[i]==element){
                return i+1;
            }
        }
        return -1;
    }

查找操作目的是为了查找数据是否存在数组中，如果存在，返回该元素第一个的位序，如果不存在，返回错误信息-1。这里采取的方法就是通过循环遍历数组中的每一个元素，与待查找的元素进行比较，如果相等，则可以返回位序=下标+1，如果循环结束，仍没有找到，代表数据不存在数组中，返回-1。

获取操作

	public static int GetArray(Array array,int index){
        return array.arr[index-1];
    }

获取操作的目的是，返回数组中指定位序的数据，注意下标和位序的关系即可。

获取长度

    public static int LengthArray(Array array){
        return array.size;
    }

有时我们需要用到数组中存取元素的数量，这里我们可以直接返回size。

打印数组

    public static void PrintArray(Array array){
        for (int i=0;i<array.size;i++) {
            System.out.print(array.arr[i]+" ");
        }
        System.out.println();
    }

每次操作完数组后，为了方便看到数组的情况，我们将其打印输出在控制台中。输出时，将数组中的所有元素输出在一行内，相邻元素之间使用空格分隔。当打印完成之后，别忘了换行方便下次打印输出。

完整代码

public class Array {
    int[] arr;
    int size;
    int capacity;

    public static void InitArray(Array array) {
        array.arr=new int[8];
        array.size=0;
        array.capacity=8;
    }

    public static boolean InsertArray(Array array,int index,int element){
        if (index<0||index>array.size+1){
            System.out.println("插入位置不合法");
            return false;
        }
        if(array.size==array.capacity){
            int[] newarray=new int[array.capacity*2];
            if (array.size >= 0) System.arraycopy(array.arr, 0, newarray, 0, array.size);
            array.arr=newarray;
            array.capacity=array.capacity*2;
        }
        for (int i=array.size;i>=index;i--){
            array.arr[i]=array.arr[i-1];
        }
        array.arr[index-1]=element;
        array.size++;
        return true;
    }

    public static boolean DeleteArray(Array array,int index){
        if(index<1||index>array.size) {
            System.out.println("删除位置不合法");
            return false;
        }
        for (int i = index; i <array.size ; i++) {
            array.arr[i-1]=array.arr[i];
        }
        array.size--;
        return true;
    }

    public static int FindArray(Array array,int element){
        for(int i=0;i< array.size;i++){
            if (array.arr[i]==element){
                return i+1;
            }
        }
        return -1;
    }

    public static int GetArray(Array array,int index){
        return array.arr[index-1];
    }

    public static int LengthArray(Array array){
        return array.size;
    }

    public static void PrintArray(Array array){
        for (int i=0;i<array.size;i++) {
            System.out.print(array.arr[i]+" ");
        }
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args){
        Array array=new Array();
        InitArray(array);
        for(int i=0;i<13;i++){
            InsertArray(array,1,i*10);
        }
        PrintArray(array);
        InsertArray(array,8,666);
        PrintArray(array);
        DeleteArray(array,7);
        PrintArray(array);
        System.out.println(FindArray(array,60));
        System.out.println(FindArray(array,666));
        System.out.println(GetArray(array,5));
        System.out.println(LengthArray(array));
    }
}

其中的main函数中的操作属于数据测试，可以替换为自己需要的内容。