什么是数组？
数组对应的英文是array，是一个存储相同类型的变量所组成的一个有序集合，数组中每一个变量称为元素，每个元素都有一个对应的索引（索引从0开始）。
数组的存储方式如下：
数组还有另一个特点，就是在内存中是顺序存储的。
内存是由一个个连续的内存单元所组成的，每一个内存单元都对应一个地址，在内存单元中，有些被占用了，有些是空闲的。
数组中的每一个元素，都存储在内存单元中，并且这些内存单元之间紧密排列，既不能打乱存储顺序，也不能跳过某个内存单元进行存储。
基于数组进行二次封装
1、读取元素
对于数组来说，读取元素是最简单的操作。由于数组在内存中顺序存储，所以只要给出一个数组的索引，就可以读取到索引对应的元素。
2、修改元素
更新数组中的某一个元素，也是一个非常简单的操作。直接利用数组的索引，就可以把新值赋值给索引对应的元素。
3、插入元素
在数组中插入元素分为三种情况：
- 尾部插入
这是最简单的情况，直接把插入的元素放在数组的尾部空闲的位置就可以了。
- 中间插入
稍微复杂一些，在数组中每一个元素都对应一个索引，所以首先先把插入位置的元素和后面的元素向后移动，再把插入的元素插入到对应的索引中。
- 超范围插入
假如现在有一个长度为10的数组，并且这个数组中已经填满了元素，如果这时还想添加一个元素，该怎么办？
这里就涉及到了扩容机制了，在一开始数组的长度就已经确定了，那么如何扩容呢？
我们可以创建一个新的数组，并且这个新数组的长度是原来的数组的长度的2倍，然后再把旧数组当中的元素插入到新数组当中，这样就实现了数组的扩容。
4、删除元素
删除元素和插入元素的过程正好相反，我们把要删除的元素后面的元素往前移动就可以了。注意：虽然这里不涉及扩容问题，但是如果当前的数组的元素的个数要比数组的长度小很多，是不是就浪费了内存？所以我们可以在这里加入缩容机制，防止浪费内存。
整体代码如下：
/**
* 描述：基于数组二次封装成动态数组。
* <p>
* Create By ZhangBiao
* 2020/5/8
*/
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。
*
* @param capacity 容量大小
*/
public Array(int capacity) {
data = (E[]) new Object[capacity];
size = 0;
}
/**
* 无参数的构造函数，默认数组的容量capacity=10。
*/
public Array() {
this(10);
}
public Array(E[] arr) {
this.data = (E[]) new Object[arr.length];
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
this.data[i] = arr[i];
}
this.size = this.data.length;
}
/**
* 获取数组的容量。
*
* @return
*/
public int getCapacity() {
return data.length;
}
/**
* 获取数组中的元素个数。
*
* @return
*/
public int getSize() {
return size;
}
/**
* 返回数组是否为空。
*
* @return
*/
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
/**
* 向所有元素后添加一个新元素
*
* @param e
*/
public void addLast(E e) {
/*if (size == data.length) {
throw new IllegalArgumentException("AddLast failed. Array is full.");
}
data[size] = e;
size++;*/
add(size, e);
}
public void addFirst(E e) {
add(0, e);
}
/**
* 在index索引的位置插入一个新元素e
*
* @param index
* @param e
*/
public void add(int index, E e) {
if (index < 0 || index > size) {
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and 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++;
}
/**
* 扩容
*
* @param newCapacity
*/
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。
*
* @param index
* @return
*/
public E get(int index) {
if (index < 0 || index >= size) {
throw new IllegalArgumentException("Get failed. Index is illgal.");
}
return data[index];
}
/**
* 获取索引为0的元素。
*
* @return
*/
public E getFirst() {
return get(0);
}
/**
* 获取索引为size-1的元素。
*
* @return
*/
public E getLast() {
return get(size - 1);
}
/**
* 修改index索引位置的元素为e。
*
* @param index
* @param e
*/
public void set(int index, E e) {
if (index < 0 || index >= size) {
throw new IllegalArgumentException("Set failed. Index is illegal.");
}
data[index] = e;
}
/**
* 查找数组中是否有元素e。
*
* @param e
* @return
*/
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。
*
* @param e
* @return
*/
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index位置的元素，返回删除的元素。
*
* @param index
* @return
*/
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--;
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并返回删除的元素。
*
* @return
*/
public E removeFirst() {
return remove(0);
}
/**
* 从数组中删除最后一个元素并返回删除的元素。
*
* @return
*/
public E removeLast() {
return remove(size - 1);
}
/**
* 从数组中删除元素e。
*
* @param e
*/
public void removeElement(E e) {
int index = find(e);
if (index != -1) {
remove(index);
}
}
public void swap(int i, int j) {
if (i < 0 || i >= size || j < 0 || j >= size) {
throw new IllegalArgumentException("Index is Illegal");
}
E temp = data[i];
data[i] = data[j];
data[j] = temp;
}
@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();
}
}
数组的优劣势
1、优势
数组拥有高效的随机访问能力，只要给出索引，就可以立即找到对应的元素。
2、劣势
数组的劣势体现在插入元素和删除元素，由于数组的存储方式，导致在插入和删除这两个操作中大量的元素需要被迫移动，从而影响效率。