<数据结构基础学习>（一）数组

一.数组基础

        1.数组，即把数据码成一排存放。

        数组优点：快速查询。

        数组最好应用于“索引有语意”的情况，但并非所有有语意的索引都适用于数组，数组也可以处理“索引没有语意”的情况。

　　2.增、删、改、查，是研究数据结构的基本脉络。

　　设二次封装的数组的类Array<E>(类型为E，泛型)，E[ ] data 基本参数有capacity和size。

　　capacity为数组空间最多装的元素个数，即data.length。

　　size为数组实际装的元素个数。

　　有些方法需要对size进行维护。

二. 动态数组常见方法

1.基础方法

　　1）方法1：有参构造函数设置动态数组的capacity

　　java不支持data = new E[capacity]，需写为data=(E[])new Object[capacity]

　　2）方法2：无参构造函数默认数组的capacity为10

　　3）方法3：获取数组元素个数  即size 

　　4）方法4：获取数组的容量      即capacity，data.length

　  5）方法5：返回数组是否为空　即判断size是否为0

public class Array<E> {

    private E[] data;
    private int size;

    //构造函数，传入数组的容量capacity构造Array
    public Array(int capacity){
        data = (E[]) new Object[capacity];
        size = 0;
    }

    //无参数的构造函数，默认的数组容量capacity=10
    public Array(){
        this(10);
    }

    //获取数组中的元素个数
    public int getSize(){
        return size;
    }

    //获取数组的容量
    public int getCapacity(){
        return data.length;
    }

    //返回数组是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return size == 0;
    }
}

2.增（插入元素）

1）方法1：在index位置插入元素

add(int index, E e)

a.先判断index是否合法，若index<0||index>size，则抛出异常

b.若index == data.length，此时需要调用resize()方法对数组进行扩容（扩容为2*capacity）

 　　private void resize(int newCapacity){
        E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity];
        for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
            newData[i] = data[i];
        }
        data = newData;
    }

resize()方法思想即创建一个容量为newCapacity的新数组newData，通过将data中的每个元素依次赋值给newData，最后令data=newData。

c.在指定位置插入元素的思想，即为从最后一位（size-1）开始，开始循环将元素向后挪一位（data[i+1]=data[i]），直到index的位置。

然后令data[index]=e,

最后，维护size，即size++

2）方法2：向所有元素后添加元素   

addLast(E e)  即add(size, e)

3）方法3：向首位值添加元素

addFirst(E e)  即add(0, e)

　　 //向所有元素后添加元素
    public void addLast(E e){
        add(size, e);
    }
    //向首位指添加元素
    public void addFirst(E e){
        add(0,e);
    }

    // important  index位置插入元素e
    public void add(int index, E e){


        if( index < 0 || index > size){
            throw new IllegalArgumentException("AddLast failed. Require index < 0 || index > size");
        }

        if(size == data.length){
            resize(2 * data.length);
        }

        for(int i = size - 1 ; i >= index ; i -- ){
            data[ i + 1 ] = data[i];
        }

        data[index] = e;
        size ++;
    }

3.查（查询元素）

1）方法1：获取index索引位置的元素

get(int index)

a.先判断index是否合法，若index<0||index>=size，则抛出异常

b.返回data[index]

2）方法2：查找数组中是否有元素e

contains(E e)

循环查找，若有data[i].equals(e)，则返回true，否则返回false。（java中判断类对象的值是否相等采用.equals()方法）

3）方法3：查找元素e所在的索引index，若元素不存在，则返回-1

find(E e)

循环查找，若有data[i].equals(e)，则返回i，否则返回-1

//获取index索引位置的元素
    E get(int index){
        if(index < 0 || index >= size){
            throw new IllegalArgumentException("Get failed. Index is illegal");
        }
        return data[index];
    }
//查找数组中是否有元素e
    public boolean contains(E e){
        for(int i = 0 ; i < size; i ++){
            if(data[i].equals(e))
                return true;
        }
        return false;
    }

    //查找数组中元素e所在的索引，如果不存在元素e，则返回-1
    public int find(E e){
        for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
            if(data[i].equals(e)){
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

4.删（删除元素）

1）方法1：从数组中删除index位置的元素，并返回删除的元素

remove(int index)

a.先判断index是否合法，若index<0||index>=size，则抛出异常。

b.定义ret=data[index]，作为返回值。

c.开始删除操作，即从i=index位置开始，循环地使data[i]=data[i+1]，即将下一位元素覆盖到当前元素中，直到size-1。

d.维护size，即 size --。

e.（非必需）但此时data[size]还是存在用不到的数的，可以进行data[size]=null的操作来避免空间浪费。

f.判断当前size==data.length/2，如果为true，则进行缩容，调用resize()方法，使capacity=data.length/2，避免空间浪费。

g.返回ret，即删除的元素。

2）方法2：删除首个位置的元素并返回该元素 

remove(0)

3）方法3：删除末尾位置的元素并返回该元素 

remove(size)

4）方法4：直接从数组中删除元素e

emoveElement(E e)方法

先通过find()方法寻找e的index，若存在则返回e的index，不存在则返回-1，当index不为-1时，remove(index)

    //从数组中删除index位置的元素，并返回删除的元素
    public E remove(int index){
        if( index < 0 || index >= size)
            throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal");

        E ret = data[index];

        for(int i = index ; i < size - 1 ; i ++){
            data[i] = data[i + 1];
        }
        size --;
        data[size] = null;  //loitering objects != memory leak is Better

        if(size == data.length/2 )
            resize(data.length/2);
        return ret;
    }

    //删除首个位置的元素
    public E removeFirst(){
        return remove(0);
    }

    //删除最后一个元素
    public  E removeLast(){
        return remove(size - 1);
    }

    //从数组中删除元素e
    public void removeElement(E e){
        int index = find(e);
        if(index != -1)
            remove(index);
    }

5.改（重置数组中的元素）

set(int index, E e)

a.先判断index是否合法，若index<0||index>=size，则抛出异常。

b.令data[index] = e

   //修改index索引位置的元素e
    void set(int index, E e){
        if(index < 0 || index >=size){
            throw new IllegalArgumentException("Set failed. Index is illegal");
        }

        data[index] = e;
    }

6.重写toString()方法，让输出更具有可读性

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %d
", size, data.length));
        res.append('[');
        for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
            res.append(data[i]);
            if(i != size-1){
                res.append(", ");
            }
        }
        res.append(']');
        return res.toString();
    }