ArrayList是Java集合框架中一個(gè)經(jīng)典的實(shí)現(xiàn)類。他比起常用的數(shù)組而言，明顯的優(yōu)點(diǎn)在于，可以隨意的添加和刪除元素而不需考慮數(shù)組的大小。處于練手的目的，實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的ArrayList，并且把實(shí)現(xiàn)的過(guò)程在此記錄。

實(shí)現(xiàn)的ArrayList主要的功能如下：

• 默認(rèn)構(gòu)造器和一個(gè)參數(shù)的有參構(gòu)造器
• add方法
• get方法
• indexOf方法
• contains方法
• size方法
• isEmpty方法
• remove方法
• sort方法

這個(gè)簡(jiǎn)單的ArrayList類 取名為SimpleArrayList，全部的代碼查看SimpleArrayList代碼

構(gòu)造器

源碼ArrayList一共有三個(gè)構(gòu)造器，一個(gè)無(wú)參構(gòu)造器，一個(gè)參數(shù)為int型有參構(gòu)造器，一個(gè)參數(shù)為Collection型的有參構(gòu)造器。參數(shù)為Collection型的構(gòu)造器用來(lái)實(shí)現(xiàn)將其他繼承Collection類的容器類轉(zhuǎn)換成ArrayList。SimpleArrayList類因?yàn)檫€沒(méi)有手動(dòng)實(shí)現(xiàn)其他的容器類，所以實(shí)現(xiàn)的構(gòu)造方法只有2個(gè)。代碼如下：

 public SimpleArrayList(){
  this(DEFAULT_CAPACITY);
 }
 public SimpleArrayList(int size){
  if (size < 0){
   throw new IllegalArgumentException("默認(rèn)的大小" + size);
  }else{
   elementData = new Object[size];
  }
 }

無(wú)參構(gòu)造器中的 DEFAULT_CAPACITY是定義的私有變量，默認(rèn)值是10，用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)大小為10的數(shù)組。有參構(gòu)造器中，int參數(shù)是用來(lái)生成一個(gè)指定大小的Object數(shù)組。將創(chuàng)建好的數(shù)組傳給elementData。elementData是真正的用來(lái)存儲(chǔ)元素的數(shù)組。

add方法

add 方法用來(lái)往容器中添加元素，add方法有兩個(gè)重載方法，一個(gè)是add(E e),另一個(gè)是add(int index, E e)。add本身很簡(jiǎn)單，但是要處理動(dòng)態(tài)數(shù)組，即數(shù)組大小不滿足的時(shí)候，擴(kuò)大數(shù)組的內(nèi)存。具體的代碼如下：

 public void add(E e){
  isCapacityEnough(size + 1);
  elementData[size++] = e;
 }

方法isCapacityEnough就是來(lái)判斷是否需要擴(kuò)容，傳入的參數(shù)就是最小的擴(kuò)容空間。因?yàn)閍dd一個(gè)元素，所以最小的擴(kuò)容空間，即新的長(zhǎng)度是所有元素+ 1。這里的size就是真正的元素個(gè)數(shù)。

 private void isCapacityEnough(int size){
  if (size > DEFAULT_CAPACITY){
   explicitCapacity(size);
  }
  if (size < 0){
   throw new OutOfMemoryError();
  }
 }

判斷擴(kuò)容的方法也很簡(jiǎn)單，判斷需要擴(kuò)容的空間是不是比默認(rèn)的空間大。如果需要的空間比默認(rèn)的空間大，就調(diào)用explicitCapacity進(jìn)行擴(kuò)容。這里有個(gè)size小于0的判斷，出現(xiàn)size小于0主要是因?yàn)楫?dāng)size超過(guò)Integer.MAX_VALUE就會(huì)變成負(fù)數(shù)。

 private final static int MAX_ARRAY_LENGTH = Integer.MAX_VALUE - 8;
 private void explicitCapacity(int capacity){
  int newLength = elementData.length * 2;
  if (newLength - capacity < 0){
   newLength = capacity;
  }
  if (newLength > (MAX_ARRAY_LENGTH)){
   newLength = (capacity > MAX_ARRAY_LENGTH ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_LENGTH);
  }
  elementData = Arrays.copyOf(elementData, newLength);
 }

上面的代碼是擴(kuò)容的代碼，首先，定義一個(gè)數(shù)組最大的容量的常量為最大值，這個(gè)值按照官方的源碼中的解釋是要有些VM保留了數(shù)組的頭部信息在數(shù)組中，因此實(shí)際存放數(shù)據(jù)的大小就是整數(shù)的最大值 - 8

然后設(shè)定一個(gè)要擴(kuò)容的數(shù)組的大小，雖然上面說(shuō)了有一個(gè)擴(kuò)容空間的值 size + 1 ，這個(gè)是實(shí)際我們最小需要擴(kuò)容的大小。但為了繼續(xù)增加元素，而不頻繁的擴(kuò)容，因此一次性的申請(qǐng)多一些的擴(kuò)容空間。這里newLength 打算申請(qǐng)為 數(shù)組長(zhǎng)度的2倍，然后去判斷這個(gè)長(zhǎng)度是否滿足需要的擴(kuò)容空間的值。 即有了后續(xù)的兩段代碼

  if (newLength - capacity < 0){
   newLength = capacity;
  }
  if (newLength > (MAX_ARRAY_LENGTH)){
   newLength = (capacity > MAX_ARRAY_LENGTH ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_LENGTH);
  }

如果2倍的長(zhǎng)度仍然不滿足，則申請(qǐng)到需要的擴(kuò)容長(zhǎng)度。在我們只增加一個(gè)元素的情況下，這個(gè)判斷是永遠(yuǎn)不會(huì)生效的，但是如果有addAll方法，則增加的元素很多，就要導(dǎo)致一次申請(qǐng)2倍的長(zhǎng)度是不夠的。第二個(gè)判斷是判斷newLength的長(zhǎng)度如果超過(guò)上面定義的數(shù)組最大長(zhǎng)度則判斷要需要的擴(kuò)容空間是否大于數(shù)組最大長(zhǎng)度，如果大于則newLength為 MAX_VALUE ，否則為 MAX_ARRAY_LENGTH。

最后，真正實(shí)現(xiàn)數(shù)組擴(kuò)容到設(shè)定長(zhǎng)度的方法就沒(méi)意思了，調(diào)用Arrays.copyOf(elementData, newLength)得到一個(gè)擴(kuò)容后的數(shù)組。

add的另一個(gè)重載方法也很簡(jiǎn)單。

 public void add(int index, E e) {
  //判斷是不是越界
  checkRangeForAdd(index);
  //判斷需不需要擴(kuò)容
  isCapacityEnough(size + 1);
  //將index的元素及以后的元素向后移一位
  System.arraycopy(elementData,index,elementData,index + 1,size - index);
  //將index下標(biāo)的值設(shè)為e
  elementData[index] = e;
  size++;
 }
 private void checkRangeForAdd(int index){
  //這里index = size是被允許的，即支持頭，中間，尾部插入
  if (index < 0 || index > size){
   throw new IndexOutOfBoundsException("指定的index超過(guò)界限");
  }
 }

至此，一個(gè)簡(jiǎn)單的add方法就實(shí)現(xiàn)完了。

get方法

get方法用來(lái)得到容器中指定下標(biāo)的元素。方法實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，直接返回?cái)?shù)組中指定下標(biāo)的元素即可。

 private void checkRange(int index) {
  if (index >= size || index < 0){
   throw new IndexOutOfBoundsException("指定的index超過(guò)界限");
  }
 }
 public E get(int index){
  checkRange(index);
  return (E)elementData[index];
 }

indexOf方法

indexOf方法用來(lái)得到指定元素的下標(biāo)。實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，需要判斷傳入的元素，代碼如下：

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

判斷傳入的元素是否為null，如果為null，則依次與null。如果不為空，則用equals依次比較。匹配成功就返回下標(biāo)，匹配失敗就返回-1。

contains方法

contains用來(lái)判斷該容器中是否包含指定的元素。在有了indexOf方法的基礎(chǔ)上，contains的實(shí)現(xiàn)就很簡(jiǎn)單了。

  public boolean contains(Object o){
  return indexOf(o) >= 0;
  }

size方法

size方法用來(lái)得到容器類的元素個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，直接返回size的大小即可。

 public int size(){
  return size;
 }

isEmpty方法

isEmpty方法用來(lái)判斷容器是否為空，判斷size方法的返回值是否為0即可。

 public boolean isEmpty(){
  return size() == 0;
 }

remove方法

remove方法是用來(lái)對(duì)容器類的元素進(jìn)行刪除，與add一樣，remove方法也有兩個(gè)重載方法，分別是

remove(Object o)和remove(int index)

  public E remove(int index) {
  E value = get(index);
  int moveSize = size - index - 1;
  if (moveSize > 0){
   System.arraycopy(elementData,index + 1, elementData,index,size - index - 1);
  }
  elementData[--size] = null;
  return value;
 }
 
 public boolean remove(Object o){
  if (contains(o)){
   remove(indexOf(o));
   return true;
  }else {
   return false;
  }
 }

第一個(gè)remove方法是核心方法，首先得到要?jiǎng)h除的下標(biāo)元素的值，然后判斷index后面的要前移的元素的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)大于零，則調(diào)用庫(kù)方法，將index后面的元素向前移一位。最后elementData[--size] = null;縮減size大小，并將原最后一位置空。

第二個(gè)remove方法不需要向第一個(gè)方法一樣，需要告訴使用者要?jiǎng)h除的下標(biāo)對(duì)應(yīng)的元素，只需要判斷是否刪除成功即可。如果要?jiǎng)h除的元素在列表中，則刪除成功，如果不在則失敗。因此調(diào)用contains方法就可以判斷是否要?jiǎng)h除的元素在列表中。在則調(diào)用remove(int index),不在則返回失敗。

總結(jié)

自此，一個(gè)簡(jiǎn)單的ArrayList就實(shí)現(xiàn)完了，實(shí)現(xiàn)的目的是為了弄清ArrayList動(dòng)態(tài)數(shù)組的原理以及add與remove方法的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，也清楚了ArrayList最大的擴(kuò)容空間就是Integer的最大值。該類的所有代碼在SimpleArrayList代碼

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