【JAVA数据结构】List的基本用法

文章目录

一、简单认识泛型

1.什么是泛型

Java 泛型（generics）是 JDK 5 中引入的一个新特性, 泛型提供了编译时类型安全检测机制，该机制允许程序员在编译时检测到非法的类型。

泛型的本质是参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。这种参数类型可以用在类、接口和方法中，分别被称为泛型类、泛型接口、泛型方法。

怎么理解这句话呢？我们举个例子：

创建一个通用顺序表：

classMyArrayList{privateint[]elem;privateint usedSize;publicMyArrayList(){this.elem=newint[10];}publicvoidadd(int val){this.elem[usedSize]=val;
        usedSize++;}publicintget(int pos){returnthis.elem[pos];}}

上面的顺序表看起来好像没什么问题，但细究，我们会发现这个顺序表存在以下问题

1. 不通用，它只能存放int类型的数据。
2. 我们想的是所有类型的数据都能存放

有同学说，我们可以添加一个Object，Object不是所有类 的父类吗？

classMyArrayList{privateObject[]elem;privateint usedSize;publicMyArrayList(){this.elem=newObject[10];}publicvoidadd(Object val){this.elem[usedSize]=val;
        usedSize++;}publicObjectget(int pos){returnthis.elem[pos];}}

这个顺序表貌似各种元素都能存放，但是也存在以下问题：

1. 存放元素，不能指定存放什么元素，也就是说什么都可以放
2. 每次取出数据，都需要强制类型转换。

但是我们想要的效果是这样的：

1. 我们可以指定顺序表的类型
2. 指定类型后，只能存放相应的数据类型
3. 取数据的时候，不进行类型转换

很简单，使用泛型。

classMyArrayList<E>{
        在顺序表上添加<E>，这代表当前类是一个泛型类，而这个E本质上仅仅是一个占位符
}

那么当我引用的时候，就变成了这样，可以把类型作为参数传递：

publicstaticvoidmain(String[] args){MyArrayList<String> myArrayList1=newMyArrayList<>();MyArrayList<Integer> myArrayList2=newMyArrayList<>();}

这就是一开始所说的，泛型把类型参数化了。

那么我们使用泛型之后，一开始的代码就需要更改了：

classMyArrayList<E>{privateE[]elem;privateint usedSize;publicMyArrayList(){//this.elem=new E[10];//泛型不能实例化对象}publicvoidadd(E val){this.elem[usedSize]=val;
        usedSize++;}publicEget(int pos){returnthis.elem[pos];}}

【注意】上面注释，泛型不能实例化

2.泛型的意义

1. 增加编译期间的类型检查
2. 取消类型转换的使用

3.泛型是如何编译的

1. 泛型是一种编译时期的机制——擦除机制

Java 语言中的泛型，它只在程序源码中存在，在编译后的字节码文件中，就已经替换为原来的原生类型（RawType，也称为裸类 型）了，并且在相应的地方插入了强制转型代码，因此，对于运行期的 Java 语言来说，ArrayList＜int＞与 ArrayList＜String＞就是同一 个类

将一段 Java 代码编译成 Class 文件，然后再用字节码反编译工具进行反编译后，将会发现泛型都不见了，程序又变回了 Java 泛型 出现之前的写法，因为泛型类型都变回了原生类型

—————————————————————————————

4.泛型总结

1. 泛型是为了解决某些容器、算法等代码的通用性而引入，并且能在编译期间做类型检查。
2. 泛型利用的是 Object 是所有类的祖先类，并且父类的引用可以指向子类对象的特定而工作。
3. 泛型是一种编译期间的机制，即 MyArrayList 和 MyArrayList 在运行期间是一个类型
4. 泛型是 java 中的一种合法语法，标志就是尖括号 <>

二、包装类

1.什么是包装类

我们知道，Object 引用可以指向任意类型的对象，但有例外出现了，8 种基本数据类型不是对象，那岂不是刚才的泛型机制要失效了？

实际上也确实如此，为了解决这个问题，java 引入了一类特殊的类，即这 8 种基本数据类型的包装类，在使用过程中，会将类似 int 这样的值包装到一个对象中去。

2.基本数据类型与对应的包装类型

基本数据类型包装类型byteBytebooleanBooleanshortShortcharCharacterintIntegerlongLongfloatFloatdoubleDouble
常用的包装类可以分为三类：Character、Number、Boolean，继承结构图如下：

3.装箱和拆箱

装箱：

基本类型向对应的包装类转换称为装箱，例如把 char包装成 Character类的对象。

Character i =Character.valueOf(1);//手动装箱Character j =1;//自动装箱

拆箱：
包装类向对应的基本类型转换称为拆箱，例如把 Integer 类的对象重新简化为 int。

Integer a=newInteger(1);int a1= a;//自动拆箱int a2= a.intValue();//手动拆箱

4.关于拆箱和装箱常见面试题

equals方法比较的是真正的值，基本数据类型和包装类比较时，会先把基本数据类型包装成对应的包装类型，再进行比较。

double a=0.1;Double b=newDouble(0.1);Double c=newDouble(0.1);System.out.println(a.equals(b));//true 2个包装类比较，比较的是包装的基本数据类型的值System.out.println(b.equals(a));//true 基本数据类型和包装类型比较时，会先把基本数据类型包装后再比较

==（双等号）

对于基本数据类型，（双等号）比较的是值，而对于包装类型，（双等号）比较的则是2个对象的内存地址。

double a=0.1;Double b=newDouble(0.1);Double c=newDouble(0.1);System.out.println(b== c);//false ,new出来的都是新的对象System.out.println(b== a);//true ,基本数据类型和包装类比较，会先把包装类拆箱

new出来的都是新的对象。2个新的对象内存地址不同，那么==号比较的结果肯定是false。

基本数据类型和包装类型比较时，会先把包装类拆箱再进行值比较（和equals是反的）

3:

Double a=Double.valueOf(0.1);Double b=Double.valueOf(0.1);System.out.println(a== b);//false valueOf方法内部实际上也是new

valueOf内部也是用的new方法来构造对象的。2个new出来的对象，内存地址肯定是不一样的。

接着来看下一个陷阱：

publicstaticvoidmain(String[] args){System.out.println(Integer.valueOf(1)==Integer.valueOf(1));//trueSystem.out.println(Integer.valueOf(999)==Integer.valueOf(999));//false }

看到结果，你可能很疑惑，我们看看源码：
1.查看Integer.valueOf方法的源码
可以看到，当i的值在low和high范围内是，返回的是一个cache里的Integer对象。

2.追踪IntegerCache.cache的源码：

可以看到从-128到到127之间的值都被缓存到cache里了。这个叫做包装类的缓存。

Java对部分经常使用的数据采用缓存技术，在类第一次被加载时换创建缓存和数据。当使用等值对象时直接从缓存中获取，从而提高了程序执行性能。（通常只对常用数据进行缓存）

Integer默认缓存是-128到127之间的对象，上限127可以通过修改JVM参数来更改。

回到我们的示例代码中，可以看到Integer.valueOf(1)是会直接从缓存中去取被缓存的同一个对象，所以比较的值是true。而Integer.valueOf(999)是缓存范围外的值，那么就会new一个新的对象出来，所以比较的结果是false。

实际上，包装类中整数型的类型基本上都有缓存数据。可以通过阅读源码了解。不过只有Integer类可以通过修改JVM参数来更改缓存上限。

其他类型的缓存范围为：

1. Integer类型有缓存-128-127的对象。缓存上限可以通过配置jvm更改
2. Byte,Short,Long类型有缓存(-128-127)
3. Character缓存0-127
4. Boolean缓存TRUE、FALSE

尤其需要特别注意的是，只有valueOf方法构造对象时会用到缓存，new方法等不会使用缓存！

这部分更详细的内容可以参考借鉴参考的文章：深入浅出JAVA包装类及面试题陷阱

三、List的使用

1.ArrayList简单介绍

在集合框架中，ArrayList是一个普通的类，实现了List接口，具体框架图如下：

1. ArrayList实现了RandomAccess接口，表明ArrayList支持随机访问
2. ArrayList实现了Cloneable接口，表明ArrayList是可以clone的 3. ArrayList实现了Serializable接口，表明ArrayList是支持序列化的
3. 和Vector不同，ArrayList不是线程安全的，在单线程下可以使用，在多线程中可以选择Vector或者 CopyOnWriteArrayList
4. ArrayList底层是一段连续的空间，并且可以动态扩容，是一个动态类型的顺序表

2.ArrayList使用

我们通过IDEA点击进去ArrayList可以发现其有三种方法：

publicstaticvoidmain(String[] args){// ArrayList创建，推荐写法 // 构造一个空的列表 List<Integer> list1 =newArrayList<>();// 构造一个具有10个容量的列表List<Integer> list2 =newArrayList<>(10);
 list2.add(1); 
 list2.add(2); 
 list2.add(3);// list2.add("hello"); // 编译失败，List<Integer>已经限定了，list2中只能存储整形元素 // list3构造好之后，与list中的元素一致ArrayList<Integer> list3 =newArrayList<>(list2);// 避免省略类型，否则：任意类型的元素都可以存放，使用时将是一场灾难 List list4 =newArrayList();
  list4.add("111"); list4.add(100);}

3.ArrayList的常见操作

ArrayList虽然提供的方法比较多，但是常用方法如下所示，需要用到其他方法时，同学们自行查看ArrayList的帮助文档。
方法解释boolean add(E e)尾插 evoid add(int index, E element)将 e 插入到 index 位置boolean addAll(Collection<? extends E> c)尾插 c 中的元素E remove(int index)删除 index 位置元素boolean remove(Object o)删除遇到的第一个 oE get(int index)获取下标 index 位置元素E set(int index, E element)将下标 index 位置元素设置为 elementvoid clear()清空boolean contains(Object o)判断 o 是否在线性表中int indexOf(Object o)返回第一个 o 所在下标int lastIndexOf(Object o)返回最后一个o的下标List subList(int fromIndex, int toIndex)截取部分list

publicstaticvoidmain(String[] args){List<String> list =newArrayList<>(); 
 list.add("JavaSE"); 
 list.add("JavaWeb");
 list.add("JavaEE"); 
 list.add("JVM"); 
 list.add("测试课程");System.out.println(list);// 获取list中有效元素个数System.out.println(list.size());// 获取和设置index位置上的元素，注意index必须介于[0, size)间System.out.println(list.get(1)); 
 list.set(1,"JavaWEB");System.out.println(list.get(1));// 在list的index位置插入指定元素，index及后续的元素统一往后搬移一个位置 
list.add(1,"Java数据结构");System.out.println(list);// 删除指定元素，找到了就删除，该元素之后的元素统一往前搬移一个位置 
list.remove("JVM");System.out.println(list);// 删除list中index位置上的元素，注意index不要超过list中有效元素个数,否则会抛出下标越界异常 
list.remove(list.size()-1);System.out.println(list);// 检测list中是否包含指定元素，包含返回true，否则返回falseif(list.contains("测试课程")){
 list.add("测试课程");}// 查找指定元素第一次出现的位置：indexOf从前往后找，lastIndexOf从后往前找 
list.add("JavaSE");System.out.println(list.indexOf("JavaSE"));System.out.println(list.lastIndexOf("JavaSE"));// 使用list中[0, 4)之间的元素构成一个新的ArrayList返回 List<String> ret = list.subList(0,4);System.out.println(ret);
 list.clear();System.out.println(list.size());}

4.ArrayList的遍历

publicstaticvoidmain(String[] args){ArrayList<String> list2 =newArrayList<>();
        list2.add("我");
        list2.add("无敌");
        list2.add("存在");System.out.println(list2);System.out.println("================");// 使用下标+for遍历for(int i =0; i < list2.size(); i++){System.out.print(list2.get(i)+" ");}System.out.println();System.out.println("==================");// 借助foreach遍历for(String s : list2){System.out.print(s +" ");}//迭代器打印System.out.println();System.out.println("========迭代器打印==========");Iterator<String> it = list2.iterator();while(it.hasNext()){System.out.print(it.next()+" ");}//迭代器List相关打印System.out.println();System.out.println("========迭代器List相关打印==========");ListIterator<String> it2 = list2.listIterator();while(it2.hasNext()){System.out.print(it2.next()+" ");}}

有同学看到上面可能有疑问，Iterator与ListIterator都可以迭代输出，那么二者有什么区别呢？

Iterator和ListIterator主要区别在以下方面：

1. ListIterator有add()方法，可以向List中添加对象，而Iterator不能
2. ListIterator和Iterator都有hasNext()和next()方法，可以实现顺序向后遍历，但是ListIterator有hasPrevious()和previous()方法，可以实现逆向（顺序向前）遍历。Iterator就不可以。
3. ListIterator可以定位当前的索引位置，nextIndex()和previousIndex()可以实现。Iterator没有此功能。
4. 都可实现删除对象，但是ListIterator可以实现对象的修改，set()方法可以实现。Iierator仅能遍历，不能修改。

因为ListIterator的这些功能，可以实现对LinkedList等List数据结构的操作。其实，数组对象也可以用迭代器来实现。

更详细内容可以参考这篇文章：Iterator和ListIterator区别

这里还有一个点需要注意：
我们在用迭代删除(Iterator.remove())时，可能会因为没有“it.next();”这一行， 抛出java.lang.IllegalStateException异常，原因是通过Iterator来删除集合中某一个不满足条件的元素时，

首先需要使用next方法迭代出集合中的元素 ，然后才能调用remove方法，否则集合可能会因为对同一个Iterator remove了多次而抛出java .lang.IllegalStateException异常。

publicstaticvoidmain(String[] args){ArrayList<String> list2 =newArrayList<>();
        list2.add("我");
        list2.add("无敌");
        list2.add("存在");System.out.println();System.out.println("========迭代器List相关打印==========");ListIterator<String> it2 = list2.listIterator();while(it2.hasNext()){String ret = it2.next();if(ret.equals("hello")){
                it2.remove();//首先需要使用next方法迭代出集合中的元素 ，然后才能调用remove方法}else{System.out.print(ret +" ");}}}

5.ArrayList的扩容机制

ArrayList是List接口的实现类，它是支持根据需要而动态增长的数组。java中标准数组是定长的，在数组被创建之后，它们不能被加长或缩短。这就意味着在创建数组时需要知道数组的所需长度，但有时我们需要动态程序中获取数组长度。ArrayList就是为此而生的。
详细内容参照：ArrayList的扩容机制

因此，了解它的扩容机制对使用它尤为重要。

ArrayList扩容发生在add()方法调用的时候，下面是add()方法的源码:
点进去add（）方法的源码：
根据意思可以看出ensureCapacityInternal()是用来扩容的，形参为最小扩容量，进入此方法后：
通过方法calculateCapacity(elementData, minCapacity)获取：
如果传入的是个空数组则最小容量取默认容量与minCapacity之间的最大值

ensureExplicitCapacity方法可以判断是否需要扩容：

如果最小需要空间比elementData的内存空间要大，则需要扩容

接下来重点来了，ArrayList扩容的关键方法grow():

解析：

从此方法中我们可以清晰的看出其实ArrayList扩容的本质就是计算出新的扩容数组的size后实例化，并将原有数组内容复制到新数组中去。

到此扩容就基本完成了。

总结

害，不知该怎么办，人生最难的就是选择，还有坚持！不管怎么说，先一步一步做好该做好的事情。