Java學習筆記——淺談數據結構與Java集合框架（第一篇、List）
橫看成嶺側成峰，遠近高低各不同。
不識廬山真面目，只緣身在此山中。
——蘇軾
這一塊兒學的是雲裏霧裏，咱們先從簡單的入手。逐漸的撥開迷霧見太陽。本次先做List集合的三個實現類的學習筆記
List特點：有序，元素可重復。其實它的本質就是一個線性表（下面會說到）
先上圖，Java集合有Collection體系和Map體系：
然後簡單介紹一下數據結構和算法：
數據結構就是數據和數據之間的關系，好比分子結構，晶體結構。碳原子按照一定的方式組合在一起形成碳分子，碳分子再按照一定方式形成晶體。
算法是對解題步驟的描述，體現在計算機上就是指令的有限序列
數據結構分為邏輯結構和物理結構。
邏輯結構：
物理結構：
順序存儲結構和鏈式存儲結構。
順序存儲結構：在內存中開辟若幹的連續空間，將每個空間存入數據，數據關聯與其地址一致。比如數組。
上代碼：
1 public class Test01 { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 Integer[] arr = new Integer[10]; 5 //向數組中插入元素 6 for (int i = 0; i < arr.length; i++) { 7 arr[i] = i;View Code8 } 9 //將其中一個元素變為null; 10 arr[3] = null; 11 //出現碎片 12 for (Integer item : arr) { 13 System.out.println(item); 14 } 15 System.out.println("==========="); 16 arr[3] = 12;//存取方便，可直接賦值或取值 17 //刪除第X個元素，但要避免碎片產生: 18 int x = 2; 19 arr[x-1]=null;//第二個元素引用變為null，該步驟可以省略，因為下面又更改了arr[x-1]的引用。寫上僅為便於理解 20 //第X個元素之後的元素前移，代碼表現為把後面的值依次賦給前面，從第X個開始 21 for (int i = x-1; i < arr.length-1; i++) { 22 arr[i] = arr[i+1]; 23 } 24 //length-1，需要新建數組來保存原數組 25 Integer[] newArr = new Integer[arr.length-1]; 26 for (int i = 0; i < newArr.length; i++) { 27 newArr[i]=arr[i]; 28 System.out.println(newArr[i]); 29 } 30 System.out.println("============"); 31 //第Y個位置插入一個元素 32 int y = 5; 33 //需要後移，所以先創建數組length+1 34 Integer [] newArr2 = new Integer[newArr.length+1]; 35 for (int i = 0; i < newArr.length; i++) { 36 newArr2[i] = newArr[i]; 37 } 38 //後移 39 for (int i = newArr2.length-1; i > y-1 ; i--) { 40 newArr2[i]=newArr2[i-1]; 41 } 42 //插入 43 newArr2[y-1] = 22; 44 //遍歷輸出 45 for (int i = 0; i < newArr2.length; i++) { 46 System.out.println(newArr2[i]); 47 } 48 } 49 50 }
出結論：
順序存儲結構：
優點：1無需為表示表中元素之間的邏輯關系而添加空間
2可以快速地存取表中任意位置的元素
缺點：1插入和刪除操作需要移動大量元素
2需要考慮索引越界為題
3擴容空間可能會造成空間浪費，縮小空間又可能會索引越界
4null值會造成空間“碎片”
鏈式存儲結構：每個元素只記住它下一個元素是誰（地址）。
鏈式存儲結構有多種，這裏只介紹Java的鏈式存儲結構：雙向鏈表
上代碼：
1 public class MyLinkedListDemo { 2 3 public static void main(String[] args) throws Exception { 4 MyLinkList<String> list = new MyLinkList<>(); 5 list.addFist("張三"); 6 list.addFist("李四"); 7 list.addLast("張三"); 8 list.addLast("李四"); 9 list.print(); 10 System.out.println("==========="); 11 list.add(2,"王五"); 12 list.print(); 13 System.out.println("==========="); 14 list.add(5,"王五"); 15 System.out.println(list.getSize()); 16 list.add(7,"王五");//這裏會拋出空指針異常 17 } 18 }View Code
1 public class MyLinkList<E> { 2 3 Node<E> first; 4 Node<E> last; 5 6 public void addFist(E e){ 7 if (first == null) { 8 final Node<E> newNode = new Node<E>(null, e, null);//第一次加入數據，為first,last賦初值 9 first = newNode; 10 last = newNode; 11 }else{//否則把first的prev指向newNode，把newNode的next指向first，最後把newNode變為first 12 final Node<E> newNode = new Node<E>(null, e, first); 13 first.prev = newNode; 14 first = newNode; 15 } 16 } 17 public void addLast(E e){ 18 if (last == null) { 19 final Node<E> newNode = new Node<E>(null, e, null);//第一次加入數據，為first,last賦初值 20 first = newNode; 21 last = newNode; 22 }else{//否則把last的next指向newNode，把newNode的prev指向last，最後把newNode變為last 23 final Node<E> newNode = new Node<E>(last, e, null); 24 last.next = newNode; 25 last = newNode; 26 } 27 } 28 public void add (int index,E e) throws Exception{//下標超出鏈表長度會空指針，因為超出長度的部分prev和next都是null 29 if(index == 0){ 30 addFist(e); 31 }else if (index == getSize()) { 32 addLast(e); 33 }else { 34 //這裏畫張圖想一下，我要在1處插入x，就要把x的prev指向0，next指向1，把0的next指向x，把1的prev指向x 35 //這裏的1和0就是index和index-1，通過循環Node.next獲取index對應的Node 36 //先拿到0和1 37 Node<E> tempNodeNext = first; 38 for (int i = 0; i < index; i++) { 39 tempNodeNext = tempNodeNext.next; 40 } 41 Node<E> tempNodePrev = tempNodeNext.prev; 42 //這裏改指向 43 final Node<E> newNode = new Node<E>(tempNodePrev, e, tempNodeNext); 44 tempNodeNext.prev = newNode; 45 tempNodePrev.next = newNode; 46 } 47 } 48 public int getSize (){ 49 Node<E> temp = first; 50 int i = 0; 51 while(temp != null){ 52 temp = temp.next; 53 i++; 54 } 55 return i; 56 } 57 //由於不實現Iterable，只能提供打印方法 58 public void print() { 59 Node<E> temp = first; 60 while(temp != null){ 61 System.out.println(temp.item); 62 temp = temp.next; 63 } 64 } 65 private static class Node<E>{ 66 Node<E> prev; 67 E item; 68 Node<E> next; 69 Node(Node<E> prev, E item, Node<E> next) { 70 super(); 71 this.prev = prev; 72 this.item = item; 73 this.next = next; 74 } 75 } 76 }View Code
出結論：
鏈式存儲結構：
優點：插入和刪除操作只需改變節點next和prev成員的指向即可，無需移位，無需擴容
缺點：失去了直接存取表中任意位置元素的能力
順序存儲結構和鏈式存儲結構的對比：
1、存儲分配方式：
順序存儲結構使用一段連續的存儲單元依次存儲線性表元素
鏈式存儲結構使用任意存儲單元存放線性表的元素
2、時間性能：
查找：
順序存儲結構O(1)
鏈式存儲結構O(n)
插入和刪除：
順序存儲結構O(n)
鏈式存儲結構O(1)
3、空間性能：
順序存儲結構：空間分大了浪費，分小了上溢，還得擴容
鏈式存儲結構：有空間就能分配，元素個數不受限制
言歸正傳。
ArrayList是順序存儲的線性表，LinkedList是鏈式存儲的線性表
它們的特點都是有序，元素值可以重復。區別是底層算法不同。
Vector,這裏我簡單瀏覽了一下源代碼，Vector底層算法和ArrayList是一樣的
這裏就不贅述了，直接說區別：
1、Vector的方法都是同步的(Synchronized),是線程安全的(thread-safe)，而ArrayList的方法線程不安全，由於線程的同步必然要影響性能，因此ArrayList的性能比Vector好。
2、Vector擴容時容量翻倍，而ArrayList只增加50%的大小，（直接查它們的grow()方法）這樣,ArrayList就有利於節約內存空間。
總之ArrayList比Vector在性能方面（無論時間性能還是空間性能）都是能省則省。
List就說到這裏。下一篇說說隊列
Java學習筆記——淺談數據結構與Java集合框架（第一篇、List）