01 数组（Array）

1. 数组数据结构的封装

/**
 * @author 阿遠
 * Date: 2019/1/13
 * Time: 19:29
 */
// 数组操作接口的实现
public class Array<E> {

    private E[] data;
    private  int size; // 数组中实际元素数量

    // 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;
    }
    // 默认构造函数，默认数组的容量capacity=10
    public Array() {
        this(10);
    }
    // 获取数组中的容量
    public int getCapacity() {
        return data.length;
    }
    //获取数组的元素个数
    public int getSize() {
        return size;
    }
    // 判断数组是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }
    // 向所有元素后添加一个新元素
    public void addLast(E e) {
//        if (size == data.length){
//            throw new IllegalArgumentException("addLast failed!Array is full");
//        }
//        data[size] = e;
//        size++;
        // 复用add
        add(size, e);
    }
    //在所有元素前添加新元素
    public void addFirst(E e) {
        add(0, e);
    }
    // 在index个位置插入一个新元素,扩容成动态数组，此处我们扩容成原来的2倍，在ArrayList中为1.5倍
    public void add(int index, E e) {

        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Add failed!Index required >=0 and <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 ++;
    }
    // 给数组扩容或者缩容
    private void resize(int newCapacity) {
        E[] newData = (E[]) new  Object[newCapacity];
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            newData[i] = data[i];
        }
        data = newData;
    }
    // 获取index索引位置的元素
    public E get(int index) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Get failed!Index is illegal.");
        }
        return data[index];
    }
    //修改index元素索引位置的元素为e
    public void  set(int index, E e) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Set failed!Index is illegal.");
        }
        data[index] = e;
    }

    @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();
    }

    // 查找数组中是否存在元素e
    public boolean contains(E e) {
        for (int i= 0; i < size; i++) {
            if (data[i] == 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] == e)
                return  i;
        }
        return -1;
    }
    // 从数组中删除元素,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 + 1; i < size; i++) {
            data[i-1] = data[i];
        }
        size --;
        data[size] = null; // loitering objects != memory leak
        if (size == data.length/4 && data.length/2 != 0) {
            resize(data.length/2);
        }
        return ret;
    }
    // 从数组中删除第一个元素
    public E removeFirst() {
        return remove(0);
    }
    // 从元素中删除最后一个元素
    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);
        }
    }
}

2. 数组数据结构的测试

public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        Array<Integer> array = new Array<Integer>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            array.addLast(i);
        }
        System.out.println(array);
        System.out.println("在数组索引1处插入：200。此时数组会扩容为原来的2倍。");
        array.add(1,200);
        System.out.println(array);
        System.out.println("在数组最后插入：1");
        array.addLast(1);
        System.out.println(array);
        System.out.println("在数组开头插入：-1");
        array.addFirst(-1);
        System.out.println(array);
        System.out.println("移除数组开头处的元素。");
        array.removeFirst();
        System.out.println("移除数组最后的元素。");
        array.removeLast();
        System.out.println(array);
        System.out.println("移除数组索引1处的元素。此时数组会缩容为原来的1/2倍。");
        array.remove(1);
        System.out.println(array);
        System.out.println("数组中是否包含元素：8。返回：true");
        System.out.println(array.contains(8));
        System.out.println("查询元素8所在位置的索引。返回：8");
        System.out.println(array.find(8));
        System.out.println("查询索引位置为8的元素。返回：8");
        System.out.println(array.get(8));
    }
}

3. 测试结果

Array: size = 10, capacity = 10
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
在数组索引1处插入：200。此时数组会扩容为原来的2倍。
Array: size = 11, capacity = 20
[0, 200, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
在数组最后插入：1
Array: size = 12, capacity = 20
[0, 200, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 1]
在数组开头插入：-1
Array: size = 13, capacity = 20
[-1, 0, 200, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 1]
移除数组开头处的元素。
移除数组最后的元素。
Array: size = 11, capacity = 20
[0, 200, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
移除数组索引1处的元素。此时数组会缩容为原来的1/2倍。
Array: size = 10, capacity = 10
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
数组中是否包含元素：8。返回：true
true
查询元素8所在位置的索引。返回：8
8
查询索引位置为8的元素。返回：8
8

 时间复杂度：常数阶O(1),对数阶O(log2n),线性阶O(n),线性对数阶O(nlog2n),平方阶O(n^2),立方阶O(n^3),指数阶O(2^n)