[图解数据结构之Java实现](1) --- 线性表之数组实现

本文行文思路结构

一. 线性表
二. 数组
三. 表的简单数组实现
四. 表的各种基本操作 --- 增删改查
    1. 图解分析
    2. 代码实现
五. 完整测试代码
六. 总结

一. 线性表

线性结构是数据结构中三种基本结构之一. 而线性结构的特点是:
在数据元素的非空有限集合中

1. 存在唯一的一个被称为"第一个"的数据元素;
2. 存在唯一的一个被称为"最后一个"的数据元素;
3. 除第一个之外, 集合中的每个数据元素均只有一个前驱;
4. 除最后一个之外, 集合中的每个数据元素均只有一个后继.

同时线性结构中包括常见的数据结构:

• 线性表
• 栈
• 队列

今天, 就来重点介绍最常用且最简单的一种数据结构 --- 线性表, 简言之, 一个线性表是n个数据元素的有限序列.
而实现线性表的方式一般有两种，一种是使用数组存储线性表的元素，即用一组连续的存储单元依次存储线性表的数据元素。
另一种是使用链表存储线性表的元素，即用一组任意的存储单元存储线性表的数据元素（存储单元可以是连续的，也可以是不连续的）。
这两种方式就对应两种不同的存储结构: 顺序存储结构和链式存储结构.

二. 数组

以下是维基百科的定义:

在计算机科学中，数组数据结构（英语：array data structure），简称数组（英语：Array），是由相同类型的元素（element）的集合所组成的数据结构，分配一块连续的内存来存储。利用元素的索引（index）可以计算出该元素对应的储存地址。

其实, 数组是应用最广泛的一种数据结构, 常常被植入到编程语言中，作为基本数据类型来使用. 简言之, 数组就是将元素在内存中连续存放，由于每个元素占用内存相邻，可以通过下标迅速访问数组中任何元素。
以一维数组为例, (当然二维数组实际上也是一维数组)
int[] arr = new int[3];

数组在内存中的结构.PNG

三. 表的简单数组实现

数组是一种大小固定的数据结构, 虽然数组是由固定容量创建的, 但在需要的时候可以用加倍的容量(一般是双倍)来重新创建一个不同的数组, 同时对表的所有操作都可以通过使用数组来实现.

int[] arr = new int[10];
//...
// 扩大arr
int[] newArr = new int[arr.length * 2];
for (int i = 0; i < arr.length; i++)
    newArr[i] = arr[i];
arr = newArr;

四. 表的各种基本操作 --- 增删改查

线性表的数组实现, 正好对应于JDK集合框架中的ArrayList, 现自定义一个类MyArrayList.

public class MyArrayList<E> {
        // 静态变量DEFAULT_CAPACITY, 代表初始数组默认大小
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    
        // 线性表当前大小
    private int theSize;
    private E [] theItems;
        // 类中的成员方法省略
}

添加元素

增.png

对应代码:

    public boolean add(E x) {
        add(size(), x);
        return true;
    }
    public void add(int idx, E x) {
        if (theItems.length == size()) {
            ensureCapacity(size() * 2 + 1);
        }
        for (int i = theSize; i > idx; i--) {
            theItems[i] = theItems[i - 1];
        }
        theItems[idx] = x;
        
        theSize++;
    }

删除元素

删.png

对应代码:

    public E remove(int idx) {
        E removedItem = theItems[idx];
        for (int i = idx; i < size() - 1; i++) {
            theItems[i] = theItems[i + 1];
        }
        theSize--;
        return removedItem; 
    }

修改元素

改.png

对应代码:

    public E set(int idx, E newVal) {
        if (idx < 0 || idx >= size()) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
        }
        E old = theItems[idx];
        theItems[idx] = newVal;
        return old;
    }

查找元素

查.png

对应代码:

    public E get(int idx) {
        if (idx < 0 || idx >= size()) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
        }
        return theItems[idx];
    }

五. 完整测试代码

线性表的实现
MyArrayList.java

package org.lxy.ds;
/**
 * 自定义的ArrayList
 * @author menglanyingfei
 * @date 2017-5-6
 */
public class MyArrayList<E> {
    // 静态变量DEFAULT_CAPACITY, 代表初始数组默认大小
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 6;
    
    // 线性表当前大小
    private int theSize;
    // 实现该线性表的数组
    private E [] theItems;  
    
    // 无参构造
    public MyArrayList () {
        clear();
    }
    // 初始化
    public void clear() {
        theSize = 0;
        ensureCapacity(DEFAULT_CAPACITY);
    }
    // 确保theSize<=DEFAULT_CAPACITY
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public void ensureCapacity(int newCapacity) {
        if (newCapacity < theSize) {
            return;
        }
        // 中间变量, 用来存之前数组里的值
        E [] old = theItems;
        // 强制类型转换
        theItems = (E[]) new Object[newCapacity]; 
        for (int i = 0; i < size(); i++) {
            theItems[i] = old[i];
        }
    }
    // 返回线性表当前大小
    public int size() { 
        return theSize;
    }
    // 增
    public boolean add(E x) {
        add(size(), x);
        return true;
    }
    public void add(int idx, E x) {
        if (theItems.length == size()) {
            ensureCapacity(size() * 2 + 1);
        }
        for (int i = theSize; i > idx; i--) {
            theItems[i] = theItems[i - 1];
        }
        theItems[idx] = x;
        
        theSize++;
    }
    // 删
    public E remove(int idx) {
        E removedItem = theItems[idx];
        for (int i = idx; i < size() - 1; i++) {
            theItems[i] = theItems[i + 1];
        }
        theSize--;
        return removedItem; 
    }
    // 改
    public E set(int idx, E newVal) {
        if (idx < 0 || idx >= size()) {
            // 抛出数组索引越界异常
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
        }
        E old = theItems[idx];
        theItems[idx] = newVal;
        return old;
    }
    // 查
    public E get(int idx) {
        if (idx < 0 || idx >= size()) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
        }
        return theItems[idx];
    }
    // 显示线性表中的数据
    public void show() {
        for (int i = 0; i < size(); i++) {
            System.out.print(theItems[i] + " ");
        }
    }
}

功能测试
MyArrayListTest.java

package org.lxy.ds;

import org.lxy.ds.MyArrayList;

/**
 * @author menglanyingfei
 * @date 2017-5-6
 */
public class MyArrayListTest {

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        // 创建线性表对象
        MyArrayList<Integer> myArrayList = new MyArrayList<>();
        // 第一种添加元素方式, add(E x)
        myArrayList.add(1); // 1
        myArrayList.add(2); // 1 2
        //myArrayList.add(5);
        
        // 第二种添加元素方式, add(int idx, E x)
        myArrayList.add(0, 5); // 5 1 2
        
        myArrayList.remove(1); // 5 2
        
        myArrayList.set(0, 6); // 6 2
        
        System.out.println(myArrayList.get(0));
        
        myArrayList.show();
    }
}

六. 总结

到此, 所有的内容就总结完了! 用数组实现, 其实相对比较简单, 只要注意添加和删除元素, 需要移动其它元素就行!

最后, 非常欢迎各位小伙伴评论和指点我的文章, 如果您觉得写得还不太差劲或者对您有一丁点的帮助, 麻烦动个小手点个赞, 好人萌萌哒, 也很感谢您耐心认真地看完!