数据结构和集合概论

数据结构

线性表

（数组）存储区间是连续的，占用内存严重，故空间复杂度很大。但数组的二分查找(前提是必须有序)时间复杂度小，为O(1)；

数组的特点是：

• 寻址容易(arr[n]=arr[0]+n*每个元素的长度，时间复杂度为O(1))
• 插入和删除困难(可能会引发一半以上的数据元素移动，时间复杂度为O(n))；
• Java中的数组是定长的，如果需要变长则需要自行编程实现

链表

存储区间离散(数据不是连续存放的)，占用内存比较宽松，故空间复杂度很小，但操作元素的时间复杂度很大，达O（N）。

链表的特点是：

• 寻址困难（可能需要通过遍历的方式查找元素，时间复杂度为O(n)）
• 插入和删除容易(不需要引发元素的移动，仅仅只是进行地址的拷贝，时间复杂度为O(1))。

概述集合

• 集合只能存放对象。比如你存一个 int 型数据 1放入集合中，其实它是自动转换成 Integer 类后存入的(装箱操作)，Java中每一种基本类型都有对应的引用类型
• 集合存放的是多个对象的引用，对象本身还是放在堆内存中
• 集合可以存放不同类型，不限数量的数据类型。定义集合变量时如果不指定数据类型，则默认数据类型为Object

数组和集合的比较

针对Java中的数组定长，Java提出了集合框架，实现了一种变长存储数据的容器—集合【容积和当前元素个数】

数组不是面向对象的，存在明显的缺陷，集合弥补了数组的缺点，比数组更灵活更实用，而且不同的集合框架类可适用不同场合。如下：

• 数组能存放基本数据类型和对象，而集合类存放的都是对象的引用，而非对象本身
• 数组容量固定无法动态改变，集合类容量动态改变
• 数组无法判断其中实际存有多少元素，length只告诉了数组的容量，而集合的size()可以确切知道元素的个数
• 集合有多种实现方式和不同适用场合，不像数组仅采用顺序表方式
• 集合以类的形式存在，具有封装、继承、多态等类的特性，通过简单的方法和属性即可实现各种复杂操作，大大提高了软件的开发效率

集合框架中的接口

Collection接口

• 顶级接口，继承Iterable接口
• 无序、允许重复

常见方法

• size():int获取元素个数
• contains(Object):boolean 判断集合中是否有指定对象
  • 使用的是equals方法进行判断，不是==
• toArray():Object[] 将集合中的所有元素以数组方式进行返回
• add(Object):boolean 向集合中添加元素
• remove(Object):boolean 从集合中删除指定的元素
  • 使用的是equals方法进行判断，不是==
• clear():void 删除集合中的所有元素，清空集合

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• isEmpty():boolean 判断元素个数是否为0，不判断null
  • list.size()<1

Iterator迭代器

用于遍历集合中的所有元素

• Collection接口继承于Iterable接口，所以所有的Collection接口的实现类都可以进行遍历访问
  • Iterator it=list.iterator();
  • while(it.hasNext()){ //判断是否还有没有遍历访问的元素
    • Object tmp=it.next(); //指针后移，同时获取一个元素
  • }

如何获取迭代器

list.iterator():Iterator 具体的迭代器一般是由实现类提供具体的实现

List接口

List接口是Collection接口的子接口

有序、允许重复

注意：凡是使用下标参数的，要求下标必须在[0,list.size())

• E get(int index);按照下标获取指定位置上的元素，index就是下标值，要求index的值不能超过[0,list.size())，否则IndexOutOfBoundsException

• E set(int index, E element) 修改指定位置index上的元素为新元素element，并返回原始位置上的元素 修改操作

• void add(int index, E element) 在指定位置index上添加新元素element

• E remove(int index)删除指定下标index位置上的元素，并返回删除的元素

• int indexOf(Object o) 从前向后查找o在集合中的第一个下标位置，如果查找不到则返回-1

• int lastIndexOf(Object o);

• default void sort(Comparator<? super E> c) 使用自定义的比较器对象对数据元素进行排序，按照升序进行排序

Set接口

Set接口是Collection接口的子接口

无序、不允许重复[重复元素的添加会产生覆盖]

没有新方法

boolean add(E e);向集合中追加元素e对象，如果出现重复则后盖前

问题：如何判断两个元素相等

• 首先比较两个对象的hashcode值是否相等，如果hashcode值不相等则不会调用equals，认为两个对象不相等
• 如果hashcode值相等才调用equals进行比较，否则不相等

潜规则【不是语法】：SUN要求当两个对象的equals为true时，hashcode值应该相等

常见的List接口的实现类

• ArrayList：数组实现，查询快，增删慢，轻量级；(线程不安全)
• LinkedList：双向链表实现，增删快，查询慢 (线程不安全)
• Vector：数组实现，重量级 (线程安全、使用少)

ArrayList实现类

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

内部实现

transient Object[] elementData;  用于存储数据，体现ArrayList采用的是数组的方式提供实现

构造器

//new ArrayList(1000);
public ArrayList(int initialCapacity) {  //参数是初始化容积
      if (initialCapacity > 0) { 如果容积初始值大于0则创建对应的对象
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) { 如果容积值位0则创建一个空数组
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else { 如果小于0则抛出一个运行时异常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
        }
}
//new ArrayList();
 public ArrayList() {  没有初始化参数值，则自动创建一个0个长的空数组
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

add方法的实现

//向存储数据的elementData添加新元素
public boolean add(E e) {
     ensureCapacityInternal(size + 1);  //确保内部容量,处理数组elementData的长度，确保可以存放数据，如果当前数组长度不足，则需要增加数组长度。参数的含义是满足条件的最小容积
     elementData[size++] = e;
     return true;   //如果添加过程中不出异常，则返回一定是true
}

ensureCapacityInternal方法

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }
     
  private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;  //修改次数加1
        if (minCapacity - elementData.length > 0)  如果所需要的最小容积大于实际存储数据的数组长度，则需要进行扩容处理
            grow(minCapacity);
    }
     
    private void grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = elementData.length;  获取实际数组的长度
        //符号>>表示二进制向右移位计算，>>1表示除以2,>>2表示除以4(2的平方).如果<<表示乘以2的多少次方
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);  //新的容积值=旧有容器*1.5
        if (newCapacity - minCapacity < 0)  新容器如果小于所需要的最小容积，则新容积为最小容积值
            newCapacity = minCapacity;
             
        //int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)   如果新容积值大于所允许的最大容积值
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);  获取满足最小容积需求的合法的容积值
        //从elementData拷贝所有的数组元素，Arrays是工具类，提供了常见的针对数组的操作方法
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
     
    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0)   如果最小容积值小于0则抛出错误，表示OOM内存溢出
            throw new OutOfMemoryError();
            //例如获取的最小容积值为Integer.MAX_VALUE-7
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }
+
 

add方法用于向集合中添加元素，如果ArrayList中真正存放数据的数组长度不足，则新建一个数组，新数组的长度为原始长度1.5倍，并拷贝原始数组中的数据到新数组中，最后再追加新元素