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Android开发数据结构算法ArrayList源码详解

Android数据结构算法ArrayListAndroid ArrayList 2022-11-13 19:11:38 672人浏览 八月长安
摘要

目录简介ArrayList源码讲解初始化扩容增加元素一个元素一堆元素删除元素一个元素一堆元素修改元素查询元素总结ArrayList优点ArrayList的缺点简介 ArrayList

简介

ArrayList是List接口的一个实现类,它是一个集合容器,我们通常会通过指定泛型来存储同一类数据,ArrayList默认容器大小为10,自身可以自动扩容,当容量不足时,扩大为原来的1.5倍,和上篇文章的Vector的最大区别应该就是线程安全了,ArrayList不能保证线程安全,但我们也可以通过其他方式来实现线程安全。

ArrayList源码讲解

开头部分代码

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandoMaccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    @java.io.Serial
    //序列化uid
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
    //默认初始容量
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    //一个空对象
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    //一个空对象,如果使用默认构造函数创建,则默认对象内容默认是该值
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    //当前数据对象存放地方,当前对象不参与序列化
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
    //当前数组长度
    private int size;  //其他代码}

这部分可做出有关ArrayList的相关结构,如下图所示

初始化

  public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];    
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                    initialCapacity);
        }
    }
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        Object[] a = c.toArray();
        if ((size = a.length) != 0) {
            if (c.getClass() == ArrayList.class) {
                elementData = a;
            } else {
                elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class);
            }
        } else {
            elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }  //此处为copyOf运行代码  
    public static <T> T[] copyOf(T[] original, 
        int newLength) {    
        return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());  }  
    public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, 
         int newLength, 
         Class<? extends T[]> newType) {   
        @SuppressWarnings("unchecked")   
        T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)        ? (T[]) 
        new Object[newLength] : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);    
        System.arraycopy(original, 0, copy, 0,                     
        Math.min(original.length, newLength));    
        return copy;  
         }

以上代码为ArrayList的初始化,分为三种方式:

1.为给定容量的初始化,传入参数为数组的初始化长度,当该参数大于等于0时,进行初始化,当该参数小于0时,抛出异常

2.过于简单

3.首先通过c.toArray()得到了集合c对应的数据数组,如果c也是ArrayList,直接将c.toArray()赋给elementData,而关于toArray的关键代码如上代码中关于copyOf的部分所示,从该段代码中可知此处的Arrays.copyOf调用的是三参数版本的函数。这个三参数的copyOf函数比较复杂,作用就是返回一个指定的newType类型的数组,这个数组的长度是newLength,值从original拷贝而来。拷贝的功能由System.arraycopy( )完成:如果newLength大于原数组的长度,多出来的元素初始化为null;如果小于原数组长度,将会进行截断操作。在这里,两参版本调用三参版本的三个参数为original, newLength, original.getClass(),故得到的数组元素类型和原数组类型一致,长度为newLength,数据由原数组复制而来。

总之,ArrayList的无参版toArray( )返回了一个和elemantData一模一样的拷贝数组。所以判断c也是ArrayList对象时,直接令elemantData 为c.toArray( )了。否则,会执行elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class)。经过上面的分析,三参的copyOf( )是返回一个数据内容和a一模一样的数组,但是数组类型转为Object[ ]类型。之所以有这条语句,猜想可能是某些集合的toArray( )方法,返回的数组不是Object[ ]类型,比方说用一个类继承ArrayList,并且重写toArray( )方法,让它返回一些别的类型。

扩容

    public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity > elementData.length
            && !(elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
                 && minCapacity <= DEFAULT_CAPACITY)) {
            modCount++;
            grow(minCapacity);
        }
    }
  //核心部分
    private Object[] grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = elementData.length;
        if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            int newCapacity = ArraysSupport.newLength(oldCapacity,
                    minCapacity - oldCapacity, 
                    oldCapacity >> 1           );
            return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
        } else {
            return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)];
        }
    }
    private Object[] grow() {
        return grow(size + 1);
    }
  //newLength部分
    public static int newLength(int oldLength, int minGrowth, int prefGrowth) {
        int prefLength = oldLength + Math.max(minGrowth, prefGrowth); // might overflow
        if (0 < prefLength && prefLength <= SOFT_MAX_ARRAY_LENGTH) {
            return prefLength;
        } else {
            // put code cold in a separate method
            return hugeLength(oldLength, minGrowth);
        }
    }
    private static int hugeLength(int oldLength, int minGrowth) {
        int minLength = oldLength + minGrowth;
        if (minLength < 0) { // overflow
            throw new OutOfMemoryError(
                "Required array length " + oldLength + " + " + minGrowth + " is too large");
        } else if (minLength <= SOFT_MAX_ARRAY_LENGTH) {
            return SOFT_MAX_ARRAY_LENGTH;
        } else {
            return minLength;
        }
    }   public static final int SOFT_MAX_ARRAY_LENGTH = Integer.MAX_VALUE - 8;

关于扩容部分,private Object[] grow(int minCapacity)为核心部分,故我们先看这部分,if(oldCapacity > 0 || elementData !=DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)部分说明当该数组不是还未初始化的数组时,用newLength以及位运算来进行相应的扩容,而newLength相应的代码已经贴在了上面,让我们来进行具体分析:此处的minGrowth在grow部分为“minCapacity - oldCapacity”,即满足我们需要的容量,此处的prefGrowth在grow部分为“oldCapacity >> 1”,即原来容量的一半,当没有溢出时,扩容时所扩的容量就是这两者中最大的那个,而当溢出时,调用hugeLength()来满足minGrowth,如果还时溢出则最多只能给到 Integer.MAX_VALUE - 8 这个量。

那么当计算好长度之后,return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity),即得到一个长度改变,元素类型和原数组相同的新数组。而当该数组不满足oldCapacity > 0 || elementData !=DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA这个条件时,进行数组的初始化。

增加元素

一个元素

  //在尾部添加一个元素  
  private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
        if (s == elementData.length)  //此处s为size的意思
            elementData = grow();
        elementData[s] = e;
        size = s + 1;
    }
    public boolean add(E e) {
        modCount++;
        add(e, elementData, size);
        return true;
    }  //在指定位置添加元素  
    public void add(int index, E element) {    
        rangeCheckForAdd(index);    modCount++;    
        final int s;    Object[] elementData;    
        if ((s = size) == (elementData = this.elementData).length)        
        elementData = grow();    
        System.arraycopy(elementData, index,                     
        elementData, index + 1,                     s - index);    
        elementData[index] = element;    size = s + 1; 
    }  
        private void rangeCheckForAdd(int index) {    
            if (index > size || index < 0)        
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));  
            
        }

此处分为两个部分,一是向尾部添加一个元素的add(),如上面所示,当size与elementData.length相等时,说明数组中无多余空间进行添加,故进行扩容操作。将你要添加的值放入elementData[s]即数组的尾部,然后将size加一,这里的modCount是用来计算ArrayList中的结构性变化次数。

二是在指定位置添加元素的add(),如上面所示,首先对你想要添加的元素的位置进行判定

一堆元素

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        Object[] a = c.toArray();
        modCount++;
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)
            return false;
        Object[] elementData;
        final int s;
        //elementData剩余容量不足则进行扩容
        if (numNew > (elementData = this.elementData).length - (s = size))
            elementData = grow(s + numNew);
        //上文有提到的关于arraycopy的代码,此处为从数组尾部添加元素
        System.arraycopy(a, 0, elementData, s, numNew);
        size = s + numNew;
        return true;
    }
    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        //上文提到的判定语句
        rangeCheckForAdd(index);
        Object[] a = c.toArray();
        modCount++;
        //要添加进来的元素的数量
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)
            return false;
        Object[] elementData;
        final int s;
        if (numNew > (elementData = this.elementData).length - (s = size))
            elementData = grow(s + numNew);
        //计算要将多少元素向后移动
        int numMoved = s - index;
        if (numMoved > 0)
        //要在index位置,新增numNew个元素,所以从index位置开始,往后挪numNew位,一共有numMoved个元素需要挪动
            System.arraycopy(elementData, index,
                    elementData, index + numNew,
                    numMoved);
        //空出来的位置即为要添加的元素的位置
        System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
        size = s + numNew;
        return true;
    }

关于添加一堆元素时的代码与之前的代码较为相似,故此处直接在代码中注释标出,应该很好理解。

删除元素

一个元素

public E remove(int index) {
        Objects.checkIndex(index, size);
        final Object[] es = elementData;
        @SuppressWarnings("unchecked") E oldValue = (E) es[index];
        fastRemove(es, index);
        return oldValue;
}
public staticint checkIndex(int index, int length) {    return Preconditions.checkIndex(index, length, null);}
private void fastRemove(Object[] es, int i) {
        modCount++;
        final int newSize;
        if ((newSize = size - 1) > i)
            System.arraycopy(es, i + 1, es, i, newSize - i);
        es[size = newSize] = null;
}//删除指定元素方法
public boolean remove(Object o) {    final Object[] es = elementData;    final int size = this.size;    int i = 0;    // 正序找对应元素下标    found: {        if (o == null) {            for (; i < size; i++)                if (es[i] == null)                    break found;        } else {            for (; i < size; i++)                if (o.equals(es[i]))                    break found;        }        return false;    }    // 找到了,调用fastRemove,进行删除    fastRemove(es, i);    return true;}

此处的删除是按照下标删,首先检查index是否合法,接着取到oldValue值也就是要删的元素值,然后调用fastRemove( )函数。在fastRemove里,首先自增modCount,再判断要删的元素是不是elemantData的第size个元素(也就是实际上的最后一个元素),如果是,不需要挪动元素操作,直接赋值为null即可,否则,还需要将删除位置之后的元素都往前挪一位。

当然也有个删除指定元素的方法,具体如上面**public boolean remove(Object o)**所示。

一堆元素

//删除集合c中的所有元素public boolean removeAll(Collection<?> c) {
        return batchRemove(c, false, 0, size);
    }//保留集合c中的所有元素
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
        return batchRemove(c, true, 0, size);
    }//核心代码
boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement,
                        final int from, final int end) {     //判断集合c是否为空
        Objects.requireNonNull(c);
        final Object[] es = elementData;
        int r;
        // Optimize for initial run of survivors
        for (r = from;; r++) {
            if (r == end)
                return false;
            if (c.contains(es[r]) != complement)
                break;
        }     //w用于写入保留的元素
        int w = r++;
        try {
            for (Object e; r < end; r++)
                if (c.contains(e = es[r]) == complement)
                    es[w++] = e;  //当这个元素可以保留时,将其赋给es[]
        } catch (Throwable ex) {
            // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
            // even if c.contains() throws.
            System.arraycopy(es, r, es, w, end - r);
            w += end - r;
            throw ex;
        } finally {       //相关善后工作  
            modCount += end - w;
            shiftTailOverGap(es, w, end);
        }
        return true;
    }
private void shiftTailOverGap(Object[] es, int lo, int hi) {    //善后工作相关代码    System.arraycopy(es, hi, es, lo, size - hi);
   // 从索引hi开始,有size-hi个元素需要往左挪,这些元素依次挪到lo以及lo之后的位置
     // 它们都向左挪了hi-lo个单位
  // 挪动之后,原先的索引size-1的元素,对应的是size-1-(hi-lo),这个索引之后的元素都赋值为null    for (int to = size, i = (size -= hi - lo); i < to; i++)        es[i] = null;}

此处的关于多个元素的操作分为删除多个元素和保留多个元素,而这两个操作均需要调用 “batchRemove“ ,故进行关于其的具体分析。

“batchRemove“ 首先进行了变量”r“的声明,接着是一段for循环,而不管是“removeAll”还是“retainAll”都是from = 0 ,end = size,即从头到尾用r作为索引遍历数组,当c.contains(es[r]) != complement时break出去。对于“removeAll”,其complement为false,故当c.contains(es[r])为true的时候退出循环,即c中包含es[r],即找到了要删除的元素,此时的r为第一个要删除的元素的索引。

以此类推,对于“retainAll”,r为要保留的第一个元素的索引。关于后面w的部分,w是第一个要删的元素索引,找到要保留的元素,则把索引w的元素赋值为此元素,再自增w。这样子r一遍遍历完成后,要保留的元素也都向前移动好了。最后再进行善后工作,具体代码如上所示,详细过程已做注释。

修改元素

public E set(int index, E element) {
        Objects.checkIndex(index, size);
        E oldValue = elementData(index);
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }
public static
    int checkIndex(int index, int length) {
        return Preconditions.checkIndex(index, length, null);
    }
public static <X extends RuntimeException>
    int checkIndex(int index, int length,
                   BiFunction<String, List<Number>, X> oobef) {
        if (index < 0 || index >= length)
            throw outOfBoundsCheckIndex(oobef, index, length);
        return index;
    }

修改元素部分也与之前大同小异,首先对index是否合法进行判断,成功后再对这个元素的值进行修改,并返回旧值

查询元素

  public int indexOf(Object o) {
        return indexOfRange(o, 0, size);
    }
    int indexOfRange(Object o, int start, int end) {
        Object[] es = elementData;
        if (o == null) {
            for (int i = start; i < end; i++) {
                if (es[i] == null) {
                    return i;
                }
            }
        } else {
            for (int i = start; i < end; i++) {
                if (o.equals(es[i])) {
                    return i;
                }
            }
        }
        return -1;
    }

关于此处,首先是indexOf函数,就是根据元素找索引,调用”indexOfRange“,从左往右找,找到第一个索引就返回;在ArrayList中还有个lastIndexOf,与前面提到的查找正好相反,为从右往左找。

还有一些其他较为简单的函数,这里就不一一列出了,下一篇试着分析下迭代器。格式没怎么调。

以上就是Android开发中的部分技术点,属于数据结构与算法这块。Android开发需要进阶的东西有很多,我们该如何让进阶自己必须了解自己技术层在那个位置;

总结

ArrayList优点

  • ArrayList底层以数组实现,是一种随机访问模式,再加上它实现了
  • RandomAccess接口,因此查找也就是get的时候非常快。
  • ArrayList在顺序添加一个元素的时候非常方便,只是往数组里面添加了一个元素而已。
  • 根据下标遍历元素,效率高
  • 根据下标访问元素,效率高
  • 可以自动扩容,默认为每次扩容为原来的1.5倍

ArrayList的缺点

  • 插入和删除元素的效率不高
  • 根据元素的值查找元素的下标需要遍历整个元素数组,效率不高
  • 线程不安全

以上就是Android开发数据结构算法ArrayList源码详解的详细内容,更多关于Android数据结构算法ArrayList的资料请关注编程网其它相关文章!

--结束END--

本文标题: Android开发数据结构算法ArrayList源码详解

本文链接: https://www.lsjlt.com/news/170449.html(转载时请注明来源链接)

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    目录匹配括号匹配符号总结匹配括号 接下来,我们使用栈解决实际的计算机科学问题。​ 比如我们都写过这样所示的算术表达式, ( 5 + 6 ) ∗ ( 7 + 8 ) / ...
    99+
    2024-04-02
  • Python数据结构与算法中的栈详解(3)
    目录前序、中序和后序表达式是什么?我们为什么要学习前/后序表达式?从中序向前序和后序转换用Python实现从中序表达式到后序表达式的转换​计算后序表达式总结前序、中序和后序表达式是什...
    99+
    2024-04-02
  • C语言数据结构之队列算法详解
    目录一、前言二、基本概念三、顺序队列四、链队列五、循环队列六、总结与提高一、前言 队列在程序设计中经常出现,如:操作系统中的排队问题。 这篇文章主要介绍了队列的...
    99+
    2024-04-02
  • 了解PHP数据结构和算法
    PHP是一种广泛应用于Web开发的脚本语言,且在建立动态网站上表现得越来越好。在Web开发中,数据结构和算法的重要性并不低于其他编程范畴,其对于程序运行效率的影响尤为显著。尤其是在涉及大量数据存储和处理,或者对程序性能要求较高的场景下,数据...
    99+
    2023-05-24
    PHP算法 PHP数据结构 数据算法
  • 如何优化PHP开发中的算法和数据结构
    在PHP开发中,算法和数据结构是至关重要的组成部分。优化算法和数据结构可以大幅提高代码的性能和效率。本文将重点介绍如何在PHP开发中优化算法和数据结构,并提供具体的代码示例。一、选择合适的数据结构在PHP中,数组是最常用的数据结构之一。然而...
    99+
    2023-10-21
    算法 优化 PHP
  • 详解Python数据结构与算法中的顺序表
    目录0. 学习目标1. 线性表的顺序存储结构1.1 顺序表基本概念1.2 顺序表的优缺点1.3 动态顺序表2. 顺序表的实现2.1 顺序表的初始化2.2 获取顺序表长度2.3 读取指...
    99+
    2024-04-02
  • Python数据结构与算法的双端队列详解
    目录什么是双端队列​​用Python实现双端队列运用双端队列构建回文检测器总结什么是双端队列​ 双端队列是与队列类似的有序集合。它有一前、一后两端,元素在其中保持自己的位置。与队列不...
    99+
    2024-04-02
  • Python的数据结构与算法的队列详解(3)
    目录模拟打印机任务队列过程主要模拟步骤:​构建队列程序模拟打印程序模拟打印过程(有注释)总结模拟打印机任务队列过程 计算机科学中也有众多的队列例子。比如计算机实验室有10台计算机,它...
    99+
    2024-04-02
  • Python数据结构与算法中的队列详解(1)
    目录什么是队列?构建一个队列总结什么是队列? 队列,与栈类似,是有序集合。添加操作发生在 “尾部”,移除操作只发生在 “头部&...
    99+
    2024-04-02
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