ArrayList 类

你好！在前面的课程中，我们深入研究了数组，回顾了使用数组的常见示例。 一般而言，数组超级方便。你已经知道，数组可以做很多事情。:)不过，数组的缺点也不少。

• 大小受限。在创建数组时，你便需要知道数组需要包含多少元素。如果你低估了数量，则空间就不够了。如果高估了数量，数组一半是空的，这也不太好。毕竟，你分配的内存仍然比需要的多。

• 数组没有添加元素的方法。你必须始终明确指出要添加元素的位置的下标。如果你不小心为某个位置指定了下标，而该位置被你需要的某个值所占据，那么该值将被覆盖。

• 没有删除项目的方法。值只能被“归零”。

public class Cat {

   private String name;

   public Cat(String name) {
       this.name = name;
   }

   public static void main(String[] args) {

       Cat[] cats = new Cat[3];
       cats[0] = new Cat("托马斯");
       cats[1] = new Cat("比蒙斯");
       cats[2] = new Cat("莱昂内尔·梅西");

       cats[1] = null;



       System.out.println(Arrays.toString(cats));
   }

   @Override
   public String toString() {
       return "Cat{" +
               "name='" + name + '\'' +
               '}';
   }
}

Output: 非常幸运，Java 的创建者对数组的优缺点了如指掌，因此创建了一个非常有趣的数据结构 ArrayList。 简而言之，ArrayList 是一个提高了效率且包含很多新功能的数组。 创建起来非常轻松：

ArrayList<Cat> cats = new ArrayList<Cat>();

现在我们创建了一个存储 Cat 对象的列表。注意，我们并未指定 ArrayList 的大小，但它会自动扩展。 这怎么可能？实际上非常简单。这可能让你非常惊讶，但 ArrayList 就是在普通数组之上构建的 :)是的，它包含一个数组，即存储元素的地方。 但是 ArrayList 采用特殊的方式来处理此数组：

• 当填充内部数组时，ArrayList 会在内部创建一个新数组。新数组的大小是旧数组的大小乘以 1.5 再加 1。
• 旧数组中的所有数据都将复制到新数组中
• 旧数组被垃圾回收器清理。

这种机制支持 ArrayList（与普通数组不同）实现用于添加新元素的方法。这是 add() 方法

public static void main(String[] args) {

   ArrayList<Cat> cats = new ArrayList<Cat>();
   cats.add(new Cat("比蒙斯"));
}

将新项目添加到列表末尾。现在没有溢出数组的风险，因而这个方法是完全安全的。 顺便说一下，ArrayList 不仅可以通过其下标来查找对象，而且可以通过对象查找下标：它可以使用一个引用来查找 ArrayList 中对象的下标!这正是 indexOf() 方法的用途： 我们传递所需对象的引用，而 indexOf() 返回其下标：

public static void main(String[] args) {

   ArrayList<Cat> cats = new ArrayList<>();
   Cat thomas = new Cat("托马斯");
   Cat behemoth = new Cat("比蒙斯");
   Cat lionel = new Cat("莱昂内尔·梅西");
   Cat fluffy = new Cat ("福乐斐");

   cats.add(thomas);
   cats.add(behemoth);
   cats.add(lionel);
   cats.add(fluffy);

   int thomasIndex = cats.indexOf(thomas);
   System.out.println(thomasIndex);
}

输出： 这就对了。托马斯对象确实存储在元素 0 中。 数组并非只有缺点。毫无疑问，数组还有很多优点。其中一个优点就是按下标搜索元素的功能。这是因为指向一个下标也就是指向一个特定的内存地址，因此以这种方式搜索数组就非常快。ArrayList 也知道如何实现这一点：get() 方法实现下面的代码：

public static void main(String[] args) {

   ArrayList<Cat> cats = new ArrayList<<>();
   Cat thomas = new Cat("托马斯");
   Cat behemoth = new Cat("比蒙斯");
   Cat lionel = new Cat("莱昂内尔·梅西");
   Cat fluffy = new Cat ("福乐斐");

   cats.add(thomas);
   cats.add(behemoth);
   cats.add(lionel);
   cats.add(fluffy);

   Cat secondCat = cats.get(1);

   System.out.println(secondCat);
}

输出： 此外，你可以轻松查找 ArrayList 是否包含特定的对象。这是通过使用 contains() 方法实现的：

public static void main(String[] args) {

   ArrayList<Cat> cats = new ArrayList<>();
   Cat thomas = new Cat("托马斯");
   Cat behemoth = new Cat("比蒙斯");
   Cat lionel = new Cat("莱昂内尔·梅西");
   Cat fluffy = new Cat ("福乐斐");

   cats.add(thomas);
   cats.add(behemoth);
   cats.add(lionel);
   cats.add(fluffy);

   cats.remove(fluffy);
   System.out.println(cats.contains(fluffy));
}

该方法会检查 ArrayList 的内部数组是否包含元素，并返回布尔值（true 或 false）。 输出： 另一个有关插入的重要信息。 ArrayList 支持你使用下标不仅在数组末端而且在任何地方插入元素。 可以使用两个方法实现此功能：

• add(int index, Cat element)
• set(int index, Cat element)

作为参数，这两种方法都采用要插入位置的下标和对对象本身的引用。 区别是使用 set() 插入将覆盖旧值。使用 add() 插入时，首先将数组从 [index] 到末尾的所有元素移动一位，然后在所产生的空位置添加指定的对象。 下面是一个示例：

public static void main(String[] args) {

   ArrayList<Cat> cats = new ArrayList<>();
   Cat thomas = new Cat("托马斯");
   Cat behemoth = new Cat("比蒙斯");
   Cat lionel = new Cat("莱昂内尔·梅西");
   Cat fluffy = new Cat ("福乐斐");

   cats.add(thomas);
   cats.add(比蒙斯);

   System.out.println(cats.toString());

   cats.set(0, lionel);// 我们现在获得包含 2 个猫的列表。使用 set 添加第 3 个猫

   System.out.println(cats.toString());
}

输出： 我们有一个包含 2 个猫的列表。然后，我们使用 set() 方法插入了另一个猫作为元素 0。因此，旧元素已被新元素替代。

public static void main(String[] args) {

   ArrayList<Cat> cats = new ArrayList<>();
   Cat thomas = new Cat("托马斯");
   Cat behemoth = new Cat("比蒙斯");
   Cat lionel = new Cat("莱昂内尔·梅西");
   Cat fluffy = new Cat ("福乐斐");

   cats.add(thomas);
   cats.add(比蒙斯);

   System.out.println(cats.toString());

   cats.add(0, lionel);// 我们现在获得包含 2 个猫的列表。使用 add 添加第三个猫

   System.out.println(cats.toString());
}

在这里，add() 的工作方式有些不同。它会将所有元素移到右侧，然后将新元素作为元素 0 写入。 输出： 要完全清除列表，请使用 clear() 方法：

public static void main(String[] args) {

   ArrayList<Cat> cats = new ArrayList<>();
   Cat thomas = new Cat("托马斯");
   Cat behemoth = new Cat("比蒙斯");
   Cat lionel = new Cat("莱昂内尔·梅西");
   Cat fluffy = new Cat ("福乐斐");

   cats.add(thomas);
   cats.add(behemoth);
   cats.add(lionel);
   cats.add(fluffy);

   cats.clear();

   System.out.println(cats.toString());
}

输出： 一切内容都从列表中移除。 顺便指出，与数组不同，ArrayList 会重写 toString() 方法并且已经将列表适当地显示为字符串。对于普通数组，我们必须使用 Arrays 类实现这一点。 前面我提到了 Arrays：Java 支持你轻松在数组和 ArrayList 之间切换，即从一个转换为另一个。Arrays 类体用了 Arrays.asList() 方法实现此功能。我们使用该方法来获取数组形式的内容，并将这些内容传递给 ArrayList 构造方法：

public static void main(String[] args) {

   ArrayList<Cat> cats = new ArrayList<>();


   Cat thomas = new Cat("托马斯");
   Cat behemoth = new Cat("比蒙斯");
   Cat lionel = new Cat("莱昂内尔·梅西");
   Cat fluffy = new Cat ("福乐斐");

   Cat[] catsArray = {thomas, behemoth, lionel, fluffy};

   ArrayList<Cat> catsList = new ArrayList<>(Arrays.asList(catsArray));
   System.out.println(catsList);
}

输出： 你还可以按相反方向执行：从 ArrayList 对象获取数组。我们使用 toArray() 方法执行此操作：

public static void main(String[] args) {

   ArrayList<Cat> cats = new ArrayList<>();

   Cat thomas = new Cat("托马斯");
   Cat behemoth = new Cat("比蒙斯");
   Cat lionel = new Cat("莱昂内尔·梅西");
   Cat fluffy = new Cat ("福乐斐");

   cats.add(thomas);
   cats.add(behemoth);
   cats.add(lionel);
   cats.add(fluffy);

   Cat[] catsArray = cats.toArray(new Cat[0]);

   System.out.println(Arrays.toString(catsArray));
}

注意：我们已将空数组传递给 toArray() 方法。这不是错误。在 ArrayList 类内部，该方法的实现方式是传递一个空数组来提高其性能。只需记住这一点，将来会用到（当然，你可以传递某个特定大小的数组；这也是可以的）。 那现在看看大小。列表的当前大小可以使用 size() 方法找到：

public static void main(String[] args) {

   ArrayList<Cat> cats = new ArrayList<>();


   Cat thomas = new Cat("托马斯");
   Cat behemoth = new Cat("比蒙斯");
   Cat lionel = new Cat("莱昂内尔·梅西");
   Cat fluffy = new Cat ("福乐斐");

   cats.add(thomas);
   cats.add(behemoth);
   cats.add(lionel);
   cats.add(fluffy);

   System.out.println(cats.size());
}

请务必了解的一点是，与数组的 length 属性不同，ArrayList.size() 方法返回元素的实际数量，而不是原始容量。毕竟，我们在创建 ArrayList 时并未指定大小。不过，你可以指定大小 - ArrayList 提供了合适的构造方法。 但就添加新元素而言，这并没有改变其行为：

public static void main(String[] args) {

   ArrayList<Cat> cats = new ArrayList<>(2);// 创建基于初始容量 2 的 ArrayList


   Cat thomas = new Cat("托马斯");
   Cat behemoth = new Cat("比蒙斯");
   Cat lionel = new Cat("莱昂内尔·梅西");
   Cat fluffy = new Cat ("福乐斐");

   cats.add(thomas);
   cats.add(behemoth);
   cats.add(lionel);
   cats.add(fluffy);

   System.out.println(cats.size());
}

控制台输出： 我们创建了一个含 2 个元素的列表，但可以在需要时静默扩展。 另一个考虑是，如果我们最初创建一个非常小的列表，就不得不更频繁地扩展，而这会使用部分资源。 在本节课中，我们几乎没有讲述从 ArrayList 中移除元素的过程，但并不意味着我们将其忘在脑后。我们将这个主题放在单独的课程中进行介绍，稍后会看到 :)