看得見的資料結構Android版之表的陣列實現(資料結構篇)

摘要： 一講到裝東西的容器，你可能習慣於使用ArrayList和陣列,你有想過ArrayList和陣列的區別嗎? Java的類起名字都不是隨便亂起的，一般前面是輔助，後面是實質： ArrayList = Array + List Array 就是陣列， List 便是...

0.不管別的，先留圖鎮樓：

表結構的常規操作

陣列的擴容與縮容

1.在我們生活中都有什麼表?

課程表，成績表，作息時間表、列車行程表、手錶(這個算了吧...)
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2.表有什麼用?

可以把同類的物件統一管理，比如成績表:
高三12班的54為同學的成績是物件，物件又包括數學、語文、英語...等屬性
把混亂的54個物件放在一起，這麼一排，哪個是學霸，哪個是學渣一目瞭然，非常方便
如果其中某個物件的成績改錯了，可以get到物件重新set一下，也非常方便
如果中間一個人作弊了，分數取消，直接remove掉，後面的人名詞往前排,也非常方便
如果高三12班和高三11班要比較成績，兩張表contact一下，就成一張表，合併也很方便
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3.表和陣列有什麼不同?

打個最恰當的比方就是： 陣列相當於打印出來的紙質版 而 表結構像是Excel中可操作版

1.陣列定長：新增新元素，定位新增都很困難
2.拿刪除來說：陣列remove掉了，後面的人名次都不變----(我還沒個空白名次高，你說氣人不氣人...)
3.表是一種抽象資料型別(Abstract Data Type)，既然是抽象就是規範或功能，表會有不同的實現形式 

[番外]：小和尚問老和尚："什麼是聖人?"老和尚說："好好學習，天天向上，樂於助人，誠信友善"
這裡"聖人"便是一種抽象，"好好學習，天天向上，樂於助人，誠信友善"便是"聖人"的"條件（功能）"，
小和尚按照這麼做了，他就是老和尚眼中的"聖人"，即小和尚實現了聖人。

4.同樣，表是一種抽象，也可以定義你眼中的表，併為它附上add(),get(),set(),remove()等功能
5.其實Java的ArrayList實現了List這個抽象介面
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一、定義自己的表結構

由於Java用List,為了不混淆，取了個新名字叫Chart

1.定義表的介面

也就是說說你的表能幹嘛用(介面方法最好註釋非常清晰)

/**
 * 作者：張風捷特烈
 * 時間：2018/9/25 0025:8:25
 * 郵箱：[email protected]
 * 說明：線性表結構介面
 */
public interface IChart<T> {
//region -------------新增操作------------

/**
* 定點新增
*
* @param index 索引
* @param el資料元素
*/
void add(int index, T el);

/**
* 新增尾
*
* @param el 資料元素
*/
void add(T el);

//endregion

//region -------------刪除操作------------

/**
* 定位刪除
*
* @param index 索引
* @return 刪除的元素
*/
T remove(int index);

/**
* 刪除尾位
*
* @return 刪除的元素
*/
T remove();

/**
* 刪除指定元素的第一次出現時
*
* @param el 資料元素
* @return 元素位置
*/
int removeEl(T el);

/**
* 刪除所有指定元素
*
* @param el 資料元素
*/
boolean removeEls(T el);

/**
* 清空集合
*/
void clear();

//endregion

//region -------------改查操作------------

/**
* 設定某位置的元素新值
*
* @param index 索引
* @param el新值
* @return 舊值
*/
T set(int index, T el);

/**
* 根據指定位置獲取元素
*
* @param index 索引
* @return 資料元素
*/
T get(int index);

/**
* 根據指定元素獲取匹配索引
*
* @param el 資料元素
* @return 索引集
*/
int[] getIndex(T el);
//endregion

//region ------------其他操作-------------

/**
* 集合是否包含某元素
*
* @param el 資料元素
* @return 是否包含
*/
public boolean contains(T el);

/**
* 連線兩個集合
*
* @param iChart 插入集合
* @return 合併後的集合
*/
public IChart<T> contact(IChart<T> iChart);

/**
* 定點連線兩個集合
*
* @param index索引
* @param iChart 插入集合
* @return 合併後的集合
*/
IChart<T> contact(int index, IChart<T> iChart);

/**
* 是否為空
*
* @return 是否為空
*/
boolean isEmpty();

/**
* 返回集合大小
*
* @return 大小
*/
int size();

/**
* 獲取陣列容量
* @return 陣列容量
*/
int capacity();

//endregion
}
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2.使用陣列實現表結構：ArrayChart

實現介面，並實現接口裡的所有方法

/**
 * 作者：張風捷特烈<br/>
 * 時間：2018/11/21 0021:8:18<br/>
 * 郵箱：[email protected]<br/>
 * 說明：陣列實現線性表結構
 */
public class ArrayChart<T> implements IChart<T> {
 //空實現---略
}
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3.成員變數和構造初始化

private int size;//表中資料的個數
private T[] data;//資料核心承載體
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//預設陣列容量
private static final float GROW_RATE = 1.5f;//擴容增長率

public ArrayChart() {
this(DEFAULT_CAPACITY);//無參構造預設建立10個容量的陣列
}
public ArrayChart(int capacity) {
data = (T[]) new Object[capacity];//新建立[陣列表]時初始化陣列
}
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4.簡單介面的實現：

@Override
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}

@Override
public int size() {
return size;
}

@Override
public int capacity() {
return data.length;
}
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二、主要方法的實現(CRUD)

1.定點新增元素：

看一下操作圖( 將在下一篇:檢視篇完成 )：預設新增到尾部

思路：定點後的所有元素後移一位，空出頂點位，讓待新增元素入駐

紫色框代表空的陣列位，中間填充的是表中的實際元素

可見定點新增是在選中索引的前一位新增，所以新增到尾部是add(size,data)來新增

@Override
public void add(T el) {
add(size , el);//這裡size---是因為在size之前一位新增
}

@Override
public void add(int index, T el) {
if (index < 0 || index > size) {
throw new IllegalArgumentException("Add failed! Make sure index < 0 || index > size");
}
//從最後一個元素開始,到定點位置元素,元素都後移一位
for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
data[i + 1] = data[i];
}
data[index] = el;
size++;
}
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2.查詢與設定值：get(),set()：

@Override
 public T set(int index, T el) {
if (index < 0 || index >= size) {
throw new IllegalArgumentException("Set failed! Make sure index < 0 || index > size");
}
T oldEl = get(index);
data[index] = el;//設定一下，很簡單
return oldEl;
 }

 @Override
 public T get(int index) {
if (index < 0 || index >= size) {
throw new IllegalArgumentException("Get failed! Make sure index < 0 || index > size");
}
return data[index];//查詢陣列的對應索引處
 }
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定值查詢獲取索引

@Override
public int[] getIndex(T el) {
int[] tempArray = new int[size];//臨時陣列
int count = 0;//重複個數
for (int i = 0; i < size; i++) {//遍歷集合,獲取該元素重複個數，及位置陣列
if (data[i].equals(el)) {
tempArray[count] = i;
count++;
}
}
//將臨時陣列壓縮---排除空位
int[] indexArray = new int[count];
for (int i = 0; i < count; i++) {
indexArray[i] = tempArray[i];
}
return indexArray;//返回查詢元素的索引陣列(相當於成績表看數學80分的都有哪些人)
}
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3.刪除元素：

@Override
public T remove() {
return remove(size - 1);
}

@Override
public T remove(int index) {
if (index < 0 || index >= size) {
throw new IllegalArgumentException("Remove failed! Make sure index < 0 || index > size");
}
T temp = get(index);
//從刪除元素索引的下一位開始到結尾，依次左移
// 可簡寫: System.arraycopy(data, index + 1, data, index + 1 - 1, size - index + 1);
for (int i = index + 1; i < size; i++) {
data[i - 1] = data[i];
}
size--;
//置空--遊蕩的物件
data[size] = null;
return temp;
}
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其他刪除： 定元素刪除單個和定元素刪除所有相當於前面的組合操作,就不做操作演示了

@Override
public int removeEl(T el) {
int[] indexes = getIndex(el);//查詢元素的索引集合，刪除首個
int index = -1;
if (indexes.length > 0) {
index = indexes[0];
remove(indexes[0]);
}
return index;
}
@Override
public boolean removeEls(T el) { //查詢元素的索引集合,刪除所有
int[] indexArray = getIndex(el);
if (indexArray.length != 0) {
for (int i = 0; i < indexArray.length; i++) {
remove(indexArray[i] - i); // 注意-i
}
return true;
}
return false;
}
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三、動態擴容與縮容的實現

也沒有什麼高大上的，就是一個籃子裝不下了，裝個更大的籃子裝而已

1.擴容與縮容方法的實現

/**
 * 擴容/縮容
 *
 * @param newCapacity 新容量
 */
private void grow(int newCapacity) {
T[] newData = (T[]) new Object[newCapacity];//建立個大籃子
for (int i = 0; i < size; i++) {//把原來的元素放到大籃子裡
newData[i] = data[i];
}
data = newData;
}
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2.擴容和縮容的呼叫契機

什麼時候擴容----籃子不夠裝了唄---add

什麼時候需要縮容----1000個容量的籃子裝1個雞蛋想想也浪費---remove

1) add檢測擴容時機：滿了

@Override
public void add(int index, T el) {
if (size == data.length) {//籃子裝不下了---
grow((int) (GROW_RATE * data.length));//換個1.5倍的籃子
}
if (index < 0 || index > size) {
throw new IllegalArgumentException("Add failed! Make sure index < 0 || index > size");
}
//從最後一個元素開始,到定點位置元素,元素都後移一位
//可簡寫：System.arraycopy(data, index, data, index + 1, size - index);
for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
data[i + 1] = data[i];
}
data[index] = el;
size++;
}
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2)remove檢測縮容時機

這裡的判斷標誌是留多點備用，不然有可能插入移除頻繁而導致重複擴容或縮容，

籃子可能會說:"你到底縮還是放，你是不是在玩老子....,老子給你多留點空行了吧!"

@Override
public T remove(int index) {
if (index < 0 || index >= size) {
throw new IllegalArgumentException("Remove failed! Make sure index < 0 || index > size");
}
T temp = get(index);
//從刪除元素索引的下一位開始到結尾，依次左移
// 可簡寫: System.arraycopy(data, index + 1, data, index + 1 - 1, size - index + 1);
for (int i = index + 1; i < size; i++) {
data[i - 1] = data[i];
}
size--;
//置空--遊蕩的物件
data[size] = null;
//縮容----此處限定是為了避免反覆出現擴容縮容---可自定義
if (size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0 && data.length > 5) {
grow(data.length / 2);
}
return temp;
}
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3.清空時，陣列縮放到初始值

@Override
public void clear() {
size = 0;
grow(DEFAULT_CAPACITY);
}
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四、其他操作

1.是否包含某元素

@Override
 public boolean contains(T el) {
return getIndex(el).length != 0;//按值查詢有資料
 }
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2.contact連線陣列

@Override
public IChart<T> contact(IChart<T> iChart) {
return contact(size - 1, iChart);
}


@Override
public IChart<T> contact(int index, IChart<T> iChart) {
if (!(iChart instanceof ArrayChart)) {//必須是陣列才能聯合
return null;
}
//從index處遍歷本陣列，將待插入資料一個一個插入
for (int i = index; i < index + iChart.size(); i++) {
add(i + 1, iChart.get(i - index));
}
return this;
}
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作為一個表結構，基本上就演示這麼多，還有其他操作可以自定義介面，自己實現，

不過不管多麼複雜的操作都是以上操作的組合而已。

五、小結：

關於複雜度的分析，等到所有表結構講完再整體比較一下，這裡先粗略感覺一下

耗時測試

方法\操作次數	1000	10000	10W	100W	1000W
add首	0.0063秒	0.2706秒	19.5379秒	----	----
add尾	0.0004秒	0.0025秒	0.0141秒	0.0687秒	1.26014秒
remove首	0.0063秒	0.2771秒	19.7902秒	----	----
remove尾	0.0005秒	0.0036秒	0.0091秒	0.02301秒	:0.1607秒

可以看出往開始新增/刪除會很困難，從程式碼中可以感覺到，畢竟要讓後面所有人挪一挪

想一下如果30000人排一起，第一個人走了，後面所有人往前挪一下，是不是工程量挺大的

要是你決定插到第一個，讓後面的人都往後移一下.....(大哥，活著難道不好嗎....)

所以 頻繁對第一個元素進行操作的，還是不要作死，陣列表結構(ArrayList)不適合你

後記：捷文規範

1.本文成長記錄及勘誤表

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1----本文由張風捷特烈原創,轉載請註明

2----歡迎廣大程式設計愛好者共同交流

3----個人能力有限，如有不正之處歡迎大家批評指證，必定虛心改正

4----看到這裡，我在此感謝你的喜歡與支援