Android开发数据结构算法ArrayList源码详解

概述

Android开发中，大量使用到了数据结构和算法，ArrayList便是其中的一种非常重要的数据结构。ArrayList是Java中非常重要且使用率非常高的一种数据结构，Android开发中也经常使用它来存储数据。本文将深入探究ArrayList的源码，帮助读者更好地理解其工作原理和使用方法。

ArrayList介绍

在Java中，ArrayList是List接口的动态数组实现。其中，动态数组是指可以动态添加或删除元素的数组。ArrayList底层采用数组实现，因此查询效率非常高，随机访问元素的效率也很高。但是，当添加或删除元素时，可能需要移动其他元素，因此效率稍低。

ArrayList的一个重要特性是允许包含重复元素，也允许包含null元素。使用时需要引入java.util包。

ArrayList源码详解

ArrayList源码浏览需要从以下方面进行考虑：

1. ArrayList属性；
2. ArrayList构造函数；
3. ArrayList普通方法；
4. ArrayList迭代器方法；
5. ArrayList实现List接口方法。

ArrayList属性

ArrayList的属性主要有以下几个：

// 底层使用的数组
private transient Object[] elementData;

// 当前ArrayList元素个数
private int size;

// ArrayList初始容量，默认为10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

// 空数组缓存
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

// 空数组缓存，用于默认大小的空实例
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

ArrayList构造函数

ArrayList提供了多种构造函数：

// 创建一个空ArrayList对象
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

// 创建一个包含指定数量的元素列表的ArrayList对象
public ArrayList(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity > 0) {
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    } else if (initialCapacity == 0) {
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    } else {
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);
    }
}

// 创建一个包含指定集合中元素的ArrayList对象，并按照集合迭代器的顺序返回元素
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
        // replace with empty array.
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

ArrayList普通方法

ArrayList的普通方法包含了添加、删除、查找和遍历等常用操作，以下是其中几个重要方法的源码解析：

add方法

// 将指定的元素添加到ArrayList的末尾
public boolean add(E e) {
    modCount++;
    add(e, elementData, size);
    return true;
}

// 在指定位置插入指定元素，需要移动其后元素
public void add(int index, E element) {
    rangeCheckForAdd(index);

    modCount++;
    ensureCapacityInternal(size + 1);
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
    elementData[index] = element;
    size++;
}

// 确保ArrayList的容量足够，使用拷贝的方式进行容量扩充
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }

    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

// 根据需要扩充ArrayList的容量
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;

    // 如果指定的容量大于数组容量，则需要扩容
    if (minCapacity - elementData.length > 0) {
        grow(minCapacity);
    }
}

//  对数组进行扩容，并将原数组中的元素拷贝到新数组中
private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

remove方法

// 移除指定位置的元素
public E remove(int index) {
    rangeCheck(index);

    modCount++;
    E oldValue = elementData(index);

    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    // clear to let GC do its work
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

    return oldValue;
}

// 移除指定元素
public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    } else {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    return false;
}

// 快速移除指定位置的元素
private void fastRemove(int index) {
    modCount++;
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}

get方法

// 返回指定位置的元素
public E get(int index) {
    rangeCheck(index);

    return elementData(index);
}

ArrayList迭代器方法

ArrayList提供了两种迭代器：

// 返回一个ListIterator对象，可以遍历ArrayList集合中的元素
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
    if (index < 0 || index > size)
        throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);

    return new ListItr(index);
}

// 返回一个迭代器，可以遍历ArrayList集合中的元素
public Iterator<E> iterator() {
    return new Itr();
}

ArrayList实现List接口方法

ArrayList实现了List接口中的所有方法，以下是其中一些方法的源码解析：

// 添加指定集合中的所有元素
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    ensureCapacityInternal(size + numNew);  // 扩容
    System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
    size += numNew;
    return numNew != 0;
}

// 移除ArrayList中的所有元素
public void clear() {
    modCount++;

    // clear to let GC do its work
    for (int i = 0; i < size; i++)
        elementData[i] = null;

    size = 0;
}

// 判断ArrayList是否包含指定元素
public boolean contains(Object o) {
    return indexOf(o) >= 0;
}

// 返回ArrayList中指定元素的第一个索引，如果不存在则返回-1
public int indexOf(Object o) {
    if (o == null) {
        for (int i = 0; i < size; i++)
            if (elementData[i]==null)
                return i;
    } else {
        for (int i = 0; i < size; i++)
            if (o.equals(elementData[i]))
                return i;
    }
    return -1;
}

// 将指定元素插入到ArrayList中的指定位置
public void add(int index, E element) {
    rangeCheckForAdd(index);

    modCount++;
    ensureCapacityInternal(size + 1); // 扩容
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    elementData[index] = element;
    size++;
}

示例说明

以下两个示例演示了ArrayList的基本用法：

示例一：使用ArrayList存储并遍历学生信息

// 定义学生类
class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }
}

// 存储并遍历学生信息
ArrayList<Student> studentList = new ArrayList<>();
studentList.add(new Student("张三", 18));
studentList.add(new Student("李四", 20));
studentList.add(new Student("王五", 22));

for (Student s : studentList) {
    System.out.println("姓名：" + s.getName() + "，年龄：" + s.getAge());
}

示例二：对集合进行排序

// 定义一个整型ArrayList
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();

// 向ArrayList中添加元素
list.add(10);
list.add(3);
list.add(5);
list.add(2);
list.add(7);

// 对ArrayList排序
Collections.sort(list);

// 打印排序后的ArrayList
System.out.println(list);

总结

本文详细介绍了Android开发中非常重要的数据结构之一——ArrayList。通过深入地学习ArrayList的源码实现和使用方法，读者可以更深入地理解ArrayList的工作原理和使用方法，从而更好地应用于实际开发中。