List：ArrayList 與 LinkedList，基本操作

1. 類別 ArrayList

在 Java 中，介面 List 是一份契約：「我是有序的元素集合，並且可以依據編號（索引）取得元素」。

清單（List）的關鍵特性：

• 元素會以特定順序儲存（不同於 Set）。
• 允許重複元素（例如：可以出現兩次 "Vasya"）。
• 可依索引存取元素：第一個元素索引為 0，第二個為 1，以此類推。
• 可在清單的任意位置新增或刪除元素。

介面 List 最常見的實作是 ArrayList。其底層使用一般陣列，並會隨資料成長自動擴充。

如何建立 ArrayList？

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        // 建立字串清單
        List<String> students = new ArrayList<>();
    }
}

說明

• List<String> 是「字串清單」型別的變數。以介面宣告變數，而以具體類別（ArrayList）建立物件。
• 尖括號 <String> 指定清單中元素的型別（泛型，generics）。

ArrayList（及任何 List）的主要方法：

• add(element) — 將元素加入清單末尾。
• add(index, element) — 在指定索引插入元素。
• get(index) — 依索引取得元素。
• set(index, element) — 依索引替換元素。
• remove(index) — 依索引刪除元素。
• remove(Object) — 刪除第一個與指定物件相等的元素。
• size() — 取得清單的元素數量。

範例：操作學生清單

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class StudentListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> students = new ArrayList<>();

        // 新增學生
        students.add("Vasya");
        students.add("Petya");
        students.add("Masha");

        // 輸出所有學生
        System.out.println("學生清單：" + students);

        // 取得第一位學生
        String first = students.get(0);
        System.out.println("第一位學生：" + first);

        // 修改第二位學生的名字
        students.set(1, "Pavel");
        System.out.println("修改後：" + students);

        // 刪除 Masha
        students.remove("Masha");
        System.out.println("刪除 Masha 之後：" + students);

        // 清單大小
        System.out.println("學生總數：" + students.size());
    }
}

輸出結果：

學生清單：[Vasya, Petya, Masha]
第一位學生：Vasya
修改後：[Vasya, Pavel, Masha]
刪除 Masha 之後：[Vasya, Pavel]
學生總數：2

這和我們的應用程式有何關聯？
假設我們有一個學生任務管理的應用程式。現在可以將任務清單以 List<String> 儲存（而非陣列），並可動態新增新任務。

2. 類別 LinkedList：當插入與刪除速度很重要

LinkedList 是另一種清單實作。其結構是雙向連結串列：每個節點都知道前一個與下一個元素。就像火車車廂：在中間插入一節「車廂」很快，無需重排整列車。

建立 LinkedList

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> tasks = new LinkedList<>();
    }
}

LinkedList 的特性

• 在清單開頭與中間的插入與刪除很快。
• 按索引存取較慢（要找到第 100 個元素，必須沿鏈逐一走訪）。
• 適合經常不只在末尾，還會在開頭或中間新增/刪除元素的情況。

範例：使用 LinkedList

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class TaskListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> tasks = new LinkedList<>();

        tasks.add("醒來");
        tasks.add("吃早餐");
        tasks.add("去上課");

        // 在開頭加入任務
        tasks.add(0, "設置鬧鐘");

        System.out.println("任務清單：" + tasks);

        // 刪除第一個任務（最早的）
        tasks.remove(0);

        System.out.println("刪除第一個任務之後：" + tasks);
    }
}

3. ArrayList 與 LinkedList 的比較

ArrayList

LinkedList

簡單規則：

• 需要依索引快速存取時 — 使用 ArrayList。
• 經常在開頭或中間新增/刪除時 — 使用 LinkedList。

4. 清單的常見操作

遍歷清單元素

一般 for 迴圈

for (int i = 0; i < students.size(); i++) {
    System.out.println("學生 #" + i + ": " + students.get(i));
}

for-each 迴圈（最常用的方法）

for (String name : students) {
    System.out.println("姓名：" + name);
}

Lambda 運算式（Java 8+）

students.forEach(name -> System.out.println("姓名：" + name));

查找元素

• contains(element) — 若元素存在於清單中則回傳 true。
• indexOf(element) — 回傳元素第一次出現的索引；若找不到則為 -1。

if (students.contains("Vasya")) {
    System.out.println("Vasya 在清單中！");
}
int index = students.indexOf("Vasya");
System.out.println("Vasya 的索引：" + index);

清空清單

clear() — 刪除所有元素。

students.clear();
System.out.println("清空後的清單：" + students);

5. 什麼時候用 ArrayList，什麼時候用 LinkedList？

可以這麼想：ArrayList 適用於需要依索引快速存取，且清單變動不頻繁的情境。例如果很長的使用者清單或訊息歷史——主要以讀取為主。

相反地，LinkedList 適合在開頭/中間經常插入或刪除元素。這可能是佇列、堆疊或復原（撤銷）歷史。

實務上最常用的是 ArrayList。而 LinkedList 比較像是「備用工具」：平時放在工具箱裡，但偶爾剛好派上用場。

6. 操作清單時的常見錯誤

錯誤 1：索引越界。 最常見的情況是以不存在的索引存取元素。若清單只有三個元素，卻呼叫 students.get(5)，會拋出 IndexOutOfBoundsException。在存取前請先檢查 size()。

錯誤 2：遍歷時刪除元素。 以 for-each 遍歷並同時刪除元素會導致 ConcurrentModificationException。若要進行複雜的刪除，請使用索引迴圈或 Iterator。

錯誤 3：不正確的物件比較。 若你儲存的是自訂物件（例如 Student），contains 與 remove 會依賴 equals。如果沒有覆寫它，比較將會以參考為準，而非內容。

錯誤 4：使用 raw type。 不要寫 List list = new ArrayList() —— 一定要標明元素型別：List<String> list = new ArrayList<>()。泛型能避免錯誤並讓程式碼更清晰。