ArrayList源码解析

ArrayList集合是基于数组实现的,现在我们一起来看下JDK1.7中的源码:

/** 
 * Default initial capacity. 
 */ 
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/** 
 * Shared empty array instance used for empty instances. 
 */ 
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; 
/** 
 * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.  
 * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any empty  
 * ArrayList with elementData == EMPTY_ELEMENTDATA will be expanded 
 * to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
 */ 
    private transient Object[] elementData;

这里,可以清晰的看到arrayList的元素是存储在一个数组缓冲区。第一次插入元素,如果数组没有定义长度,会默认增长到10,也可以通过构造器自定义初始长度。

  public ArrayList(int initialCapacity) {
        super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }
    /**
     * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
     */
    public ArrayList() {
        super();
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

由于list本质是数组构成,但可以实现动态扩展,每次扩展是将元素放入一个大小是之前1.5倍的新数组中。这里扩容由ensureCapacity()方法来判断。

    public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        int minExpand = (elementData != EMPTY_ELEMENTDATA)
            // any size if real element table
            ? 0
            // larger than default for empty table. It's already supposed to be
            // at default size.
            : DEFAULT_CAPACITY;

        if (minCapacity > minExpand) {
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);
        }
    }
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        //这里做了扩容1.5倍的处理
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); 
        //如果扩容1.5倍还是比元素个数少,那么直接容量增加到需求容量大小
        if (newCapacity - minCapacity < 0)          
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        //数组拷贝,直接将旧数组中所有元素复制到固定长度的新数组中
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  
    }

下面看下add和remove方法:

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!确定是否需要扩容
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        //在原数组中将元素进行移动,移动size-index个元素
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }
    public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);

        modCount++;
        E oldValue = elementData(index);

        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

        return oldValue;
    }

删除第一个出现的o对象:

    public boolean remove(Object o) {   
        if (o == null) {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (elementData[index] == null) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        } else {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (o.equals(elementData[index])) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        }
        return false;
    }
    private void fastRemove(int index) {
        modCount++;
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    }

这里可以清晰的看到不管是add还是remove是需要对数组进行复制移动,add更是需要扩容判断,如果需要扩容,需要数组拷贝。这些操作都是极其耗时的。

下面查看下getset方法

    public E get(int index) {
            rangeCheck(index);     
            return elementData(index);
         }

    public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);

        E oldValue = elementData(index);
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }

List是基于数组的,根据索引,可以很方便的索引为index处的元素。

下面查看下contains方法:

    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) >= 0;
    }
    public int indexOf(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }

可以清晰的看到,contain方法是对数组中元素进行了遍历操作,如果查找元素位置比较靠后,时间复杂度接近O(n).

对ArrayList的总结:
1.排列有序,可以重复
2.底层实用数组
3.查询速度快,增删慢
4.线程不安全
5.当容量不够,ArrayList扩容到当前的1.5倍

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MPU6050是一款广泛应用在无人机、机器人和运动设备中的六轴姿态传感器,它集成了三轴陀螺仪和三轴加速度计。这款传感器能够实时监测并提供设备的角速度和线性加速度数据,对于理解物体的动态运动状态至关重要。在Arduino平台上,通过特定的库文件可以方便地与MPU6050进行通信,获取并解析传感器数据。 `MPU6050.cpp`和`MPU6050.h`是Arduino库的关键组成部分。`MPU6050.h`是头文件,包含了定义传感器接口和函数声明。它定义了类`MPU6050`,该类包含了初始化传感器、读取数据等方法。例如,`begin()`函数用于设置传感器的工作模式和I2C地址,`getAcceleration()`和`getGyroscope()`则分别用于获取加速度和角速度数据。 在Arduino项目中,首先需要包含`MPU6050.h`头文件,然后创建`MPU6050`对象,并调用`begin()`函数初始化传感器。之后,可以通过循环调用`getAcceleration()`和`getGyroscope()`来不断更新传感器读数。为了处理这些原始数据,通常还需要进行校准和滤波,以消除噪声和漂移。 I2C通信协议是MPU6050与Arduino交互的基础,它是一种低引脚数的串行通信协议,允许多个设备共享一对数据线。Arduino板上的Wire库提供了I2C通信的底层支持,使得用户无需深入了解通信细节,就能方便地与MPU6050交互。 MPU6050传感器的数据包括加速度(X、Y、Z轴)和角速度(同样为X、Y、Z轴)。加速度数据可以用来计算物体的静态位置和动态运动,而角速度数据则能反映物体转动的速度。结合这两个数据,可以进一步计算出物体的姿态(如角度和角速度变化)。 在嵌入式开发领域,特别是使用STM32微控制器时,也可以找到类似的库来驱动MPU6050。STM32通常具有更强大的处理能力和更多的GPIO口,可以实现更复杂的控制算法。然而,基本的传感器操作流程和数据处理原理与Arduino平台相似。 在实际应用中,除了基本的传感器读取,还可能涉及到温度补偿、低功耗模式设置、DMP(数字运动处理器)功能的利用等高级特性。DMP可以帮助处理传感器数据,实现更高级的运动估计,减轻主控制器的计算负担。 MPU6050是一个强大的六轴传感器,广泛应用于各种需要实时运动追踪的项目中。通过 Arduino 或 STM32 的库文件,开发者可以轻松地与传感器交互,获取并处理数据,实现各种创新应用。博客和其他开源资源是学习和解决问题的重要途径,通过这些资源,开发者可以获得关于MPU6050的详细信息和实践指南
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