Java數據結構順序表用法詳解

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1.什麼是順序表

在程序中，經常需要將一組（通常是同為某個類型的）數據元素作為整體管理和使用，需要創建這種元素組，用變量記錄它們，傳進傳出函數等。一組數據中包含的元素個數可能發生變化（可以增加或刪除元素）。

對於這種需求，最簡單的解決方案便是將這樣一組元素看成一個序列，用元素在序列裡的位置和順序，表示實際應用中的某種有意義的信息，或者表示數據之間的某種關系。

這樣的一組序列元素的組織形式，我們可以將其抽象為線性表。一個線性表是某類元素的一個集合，還記錄著元素之間的一種順序關系。線性表是最基本的數據結構之一，在實際程序中應用非常廣泛，它還經常被用作更復雜的數據結構的實現基礎。

順序表是建立在數組的基礎上的，我們需要在數組的基礎上實現它的特定API功能，具體有什麼功能以下

2.順序表的基本功能和結構

public class SequenceList<T> implements Iterable<T> {
 
    //存儲元素的數據
    private T[] arr;
    //記錄當前順序表中的元素個數
    private int N;
 
    //構造方法
    public SequenceList(int capacity) {
        this.arr= (T[]) new Object[capacity];
        this.N=0;
    }

解析：首先我們需要一個底層的arr數組來存儲元素，這裡的T指的是泛型，因為我們還沒確定放入的元素類型，有可能放int，String等等，所以先用泛型表示，不明白泛型的可以瞭解瞭解。其次用一個N來統計順序表中的元素個數。在構造方法中，capacity表示我們創建時arr的初始長度，因為泛型是無法直接實例化的，這裡我們可以new一個Object數組，因為Object是任何類的父類，所以T為任何類型我們都可以將Object強轉為我們需要的數組，N剛開始為0即可。

下面是順序表需要實現的基本功能

public boolean isEmpty() 判斷線性表是否為空
public T get(int i) 獲取指定位置的元素
public void add(T t) 向線性表中添加元素t
public void insert(int i,T t) 在i元素處插入元素t
public T remove(int i) 刪除指定位置i處的元素,並返回該元素
public int indexOf(T t) 查找t第一次出現的位置
public void reSize(int newLength) 手動實現擴容功能

3.順序表基本功能的實現和解析

1.判斷線性表是否為空

//將一個線性表置為空表
    public void clear(){
        this.N=0;
    }
    //判斷當前線性表是否為空表
    public boolean isEmpty(){
        return N==0;
    }

解析：判斷線性表是否為空，我們隻需要返回N是否等於0即可。

2.獲取指定位置的元素

    //獲取指定位置的元素
    public  T get(int i){
        return arr[i];
    }

解析：數組可以直接索引對應位置的元素

3.向線性表表添加元素

//向線性表中添加元素t
    public void add(T t){
        if(N== arr.length){
            reSize(2*N);
        }
        arr[N++]=t;
    }

解析：添加時，我們首先判斷數組arr是否已經裝滿，如果滿瞭會先調用我們的擴容方法增加數組長度，在後面會詳細解析。然後arr[N]這個位置加入元素即可，然後N會自增1，表示元素個數多瞭一個。

4.在位置i處插入元素

//在i元素處插入元素t
    public void insert(int i,T t){
        if(N== arr.length){
            reSize(2*N);
        }
        //把i元素開始後面的元素都向後移一位
        for(int j=N-1;j>=i;j--){
            arr[j+1]=arr[j];
        }
        N++;
        arr[i]=t;
    }

解析：插入元素我們仍然需要判斷是否需要對數組進行擴容，然後我們需要通過循環將i位置後的元素都向後移一個位置，最後將t放入arr【i】位置即可，別忘記N也需要加1。

5.刪除指定位置的元素，並返回該元素

//刪除指定位置i處的元素,並返回該元素
    public T remove(int i){
        if(N<arr.length/4){
            reSize(N/2);
        }
        T t=arr[i];
        for(int j=i;j<N;j++){
            arr[j]=arr[j+1];
        }
        N--;
        return t;
    }

解析：在這裡我們也調用瞭擴容方法，但這裡其實我們是判斷數組是否過長，當我們的存儲元素的個數小於數組長度的1/4，我們最好將數組長度縮小一半，以防止對內存的浪費。這裡我們先將i處的元素用一個變量t保存。然後將i處後的元素依次向前移動一位，然後讓N減1，最後返回變量t即可。

6.查找t第一次出現的位置

public int indexOf(T t){
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            if(arr[i]==t) return i;
        }
        return -1;
    }

解析：這裡我們直接使用暴力遍歷查找位置，當然有很多更好的查找算法可以實現，比如二分查找等等，元素不多的情況下使用哪種都可以。如果沒查詢到我們返回一個-1表示該表中沒有需要查詢的t元素。

7.手動擴容方法

 //手寫擴容方法
    public void reSize(int newLength){
        T[] a=arr;
        T[] list = (T[]) new Object[N*2];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            list[i]=a[i];
        }
        arr=list;
    }

解析：擴容方法的實現其實非常簡單，就是判斷直接生成一個長度為原數組兩倍的數組，並把舊數組的元素遍歷進新數組，然後將新數組賦值給就數組即可。之所以要會手動擴容，因為java中的集合類ArrayList就有自動擴容的功能，它的功能與邏輯結構類似我們的順序表，懂得手動擴容使我們更容易閱讀ArrayList的源碼，更好的理解和掌握它。

總結：順序表是非常簡單且入門的一種數據結構，他與我們的數組幾乎一致，但越是簡單的東西越不能大意，我們需要做到可以熟練的手動寫成它的各種功能，達到信手拈來的地步。基礎學好才更易於我們學習後面更復雜的數據結構。

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