“无限数组” — ArrayList<T>

1. 引言

这是加餐级别的第一节课。我们已经非常接近开始学习面向对象编程（OOP）了。我想先吊吊你的胃口，并稍微提前透露一点内容 😈。在本级别中，我会告诉你 5 件有趣的事情：

1. ♾️ 你将学会创建“无限”数组
2. 📖 然后维护“个人词典”
3. 💾 接着我会稍微介绍一下文件操作
4. 🌐 之后我们将学习如何从互联网下载图片
5. 🛰️ 在本级别的最后一课中，你将实时追踪国际空间站（ISS）

这些工具底层如何工作，你会在以后的级别中学到；而今天你只需学会使用我提供的工具。被勾起兴趣了吗？那就开始吧 😇。

回顾普通数组

先回顾一下 Java 中的普通数组：

int[] arr = new int[10];

这是个很棒的工具，但它有几个限制：大小是固定的；如果不创建新数组，就不能添加或移除元素。而有时我们希望数组能按需增长或缩小。我们有一个很好的解决方案——动态数组 ArrayList！

ArrayList 是一种“智能数组”，它可以自动增长或缩小。与大小固定的普通数组不同，ArrayList 会自己确保有足够空间容纳新元素。

创建“无限”数组

要创建我们的 ArrayList，需要写出如下代码：

ArrayList<String> array = new ArrayList<String>()

之后就可以向其中添加元素：

array.add("玛莎");
array.add("卡佳");

为整数创建动态数组

你或许已经猜到，需要在尖括号里声明动态数组的元素类型。那里可以写任何引用类型，但不能是基本类型。基本类型需要替换为对应的包装类型。

示例：

ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<Integer>();      // int
ArrayList<Double> fees = new ArrayList<Double>();            // double
ArrayList<Boolean> yesList = new ArrayList<Boolean>();       // boolean
ArrayList<Character> chars = new ArrayList<Character>();     // char

我们的 ArrayList 不支持通过 [index] 来访问元素，但它有一些专用方法，足以覆盖你的所有需求。让我们来看看最有意思的那些。

2. 方法 add(element) — 添加元素

对列表做的第一件事，就是往里添加数据。为此使用 add 方法。它会把元素放在列表末尾。

ArrayList<String> todo = new ArrayList<>(); // 待办清单
todo.add("学习 ArrayList");
todo.add("泡一杯茶");
todo.add("去散步");

执行这三行代码后，我们有一个包含三条字符串的列表。与数组不同，我们无需事先指定大小——它会随添加而自动增长。

非常方便：可以从空列表开始，根据用户的操作或程序的输入逐步填充它。

3. 方法 get(index) — 通过索引访问

列表中的每个元素都有自己的序号——索引。索引总是从 0 开始。也就是说，第一个元素的索引是 0，第二个是 1，以此类推。

如果我们想按序号获取元素，就使用 get 方法。

String task = todo.get(1);
System.out.println("第二件事：" + task);

输出：

第二件事：泡一杯茶

重要的是要记住：如果访问一个不存在的索引（例如，列表中只有三个元素却调用 todo.get(10)），程序会抛出 IndexOutOfBoundsException。因此，要么确保索引有效，要么先通过 size() 检查列表大小。

4. 方法 set(index, element) — 替换元素

有时需要替换列表中的某个元素。此时不必先删除再添加——直接使用 set 方法即可。

todo.set(1, "煮咖啡"); 
System.out.println("现在第二件事：" + todo.get(1));

输出：

现在第二件事：煮咖啡

因此，set 是一种“即时”更新列表的方法。

5. 方法 remove(index) — 删除元素

可以按索引删除 ArrayList 中的元素。

todo.remove(0); 
System.out.println("现在第一件事：" + todo.get(0));

输出：

现在第一件事：煮咖啡

我们删除了第一个元素（索引为 0）。现在原来的第二个变成了第一个，而原来的第三个变成了第二个。重要的一点：删除后列表中的元素会向前移动。

这有时会让新手感到意外。要始终记住，删除之后索引会重新计算。

6. 方法 size() — 获取列表大小

size 方法返回列表中的元素数量。这类似于数组的 length 属性，但在 ArrayList 中它是一个方法。

System.out.println("总事项数：" + todo.size());

输出：

总事项数：2

在循环中经常使用 size 来遍历所有元素：

for (int i = 0; i < todo.size(); i++) 
{
    System.out.println(todo.get(i));
}

7. 方法 contains(element) — 检查是否包含

要知道列表中是否存在某个元素，可以使用 contains。此方法返回 tzhe 或 false。

System.out.println(todo.contains("去散步"));
System.out.println(todo.contains("泡一杯茶"));

输出：

tzhe
false

当你想避免重复项，或需要检查“列表中是否存在某个元素”这一条件时，这个方法非常有用。

8. 遍历元素

遍历列表有两种方式。

索引式循环

当你需要元素的序号时使用这种方式。

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

for-each 循环

如果不需要序号，只是想查看所有元素——请使用 for-each 循环。

for (String task : todo) 
{
    System.out.println("事项：" + task);
}

这种循环更短、更易读。

9. 实践：在你的应用中使用 ArrayList

做一个可以添加并输出的待办清单：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Scanner;

public class TodoApp 
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        ArrayList<String> todo = new ArrayList<>();
        Scanner console = new Scanner(System.in);

        while (tzhe) 
        {
            System.out.print("输入事项（或输入空行以退出）：");
            String task = console.nextLine();
            if (task.isEmpty()) break;
            todo.add(task);
        }

        System.out.println("您的待办清单：");
        for (int i = 0; i < todo.size(); i++) 
        {
            System.out.println((i + 1) + ". " + todo.get(i));
        }
    }
}

希望你喜欢我们的“无限数组”。它是你接触到的第一个 Java 集合。我想你也会喜欢其他集合。