Java集合之ArrayList和LinkedList的实现原理以及Iterator详解

ArrayList实现可变数组的原理:

  当元素超出数组内容,会产生一个新数组,将原来数组的数据复制到新数组中,再将新的元素添加到新数组中。

  ArrayList:是按照原数组的50%来延长,构造一个初始容量为10的空列表

用ArrayList模拟数组:


package iterater.patten.design;


//探索ArrayList实现的可变数组的原理,用ArrayList实现一个容器存储对象


public class ArrayList {


    Object[] objects = new Object[10];


    // 定义计数器,用于计算数组中的元素个数


    int index = 0;


    public void add(Object o) {


        // 当数组满时,则创建一个新的数组,将原数组中的元素复制进新数组中,再将新的元素加入到数组中


        if (index == objects.length) {


            // 按原数组的2倍长度创建新数组,其实这样不太合理


            Object[] newObjects = new Object[objects.length * 2];


            // 将原数组中的元素复制进新数组中,再将新的元素加入到新数组中


            System.arraycopy(objects, 0, newObjects, 0, objects.length);


            // 数组引用指向新的数组


            objects = newObjects;


        }


        // 将新增元素放到新数组中


        objects[index] = o;


        index++;


    }


    // 定义size函数获取元素个数


    public int size() {


        return index;


    }


}



用LinkedList模拟数组:


package iterater.patten.design;


//探索LinkedList实现的可变数组的原理,用LinkedList实现一个容器存储对象


public class LinkedList {


    //定义链表的头指针head以及尾指针tail

//头结点

    Node head = null;

//尾巴节点

    Node tail = null;


    int size = 0;


    //添加元素


    public void add(Object o) {


        //添加一个新的结点,创建这个新节点对象

        Node n = new Node(o, null);

        //当链表为空时,head指向新添加的结点,tail也指向该结点

        if (head == null) {

//因为链表中没有任何数据,那么新加入的节点,即为头结点,也是尾巴节点

            head = n;

            tail = n;

        }


        //链表不为空时,链表中有数据,那么最后节点的下一个节点,就是新加入进来的

        tail.setNext(n);

//新加入进来的节点,也就变为链表中的最后节点了

        tail = n;

//链表长度加1,因为加了一个节点

        size++;

    }

    public int size() {

       return size;

    }

}



Node结点的类定义


package iterater.patten.design;

//定义一个类来存储链表中的结点

public class Node {

//该节点数据

    private Object data;

//该节点的下一个节点

    private Node next;

//获取节点数据

    public Object getData() {

        return data;

    }

//设置节点数据

    public void setData(Object data) {

        this.data = data;

    }

//获取该节点的下一个节点

    public Node getNext() {

        return next;

    }

//设置该节点的下一个节点

    public void setNext(Node next) {

        this.next = next;

    }


    public Node(Object data, Node next) {

        super();

        this.data = data;

        this.next = next;

    }

}



 添加的元素对象所属的类的类定义


package iterater.patten.design;


public class Cat {

    private int id;

    public int getId() {

        return id;

    }

    public void setId(int id) {

        this.id = id;

    }


    public Cat(int id) {

        super();

        this.id = id;

    }

}



 测试类


package iterater.patten.design;

import iterater.patten.design.*;

public class IteratorTest {

    /**

    * @param args

    */

//测试自己写的链表集合

    public static void main(String[] args) {

        // ArrayList al=new ArrayList();

        LinkedList al = new LinkedList();

        for (int j = 0; j < 15; j++) {

            al.add(new Cat(j));

        }

        System.out.println(al.size());

    }

}



 输出结果:15

【温情提示】:我们在测试类中为了提高容器的可替换性,可以定义一个接口Collection,定义add、size方法,只要保证容器类实现该接口,当用户使用add添加元素或者使用size获取元素个数的时候就可以更加方便(因为如果ArrayList中的添加元素方法叫add,而LinkedList中添加元素的方法叫addall,用户在使用的时候就会造成困扰,使用定义接口的方式,我们只对接口进行编程使用,不用去关心具体的实现内容。

  代码实现:


public interface Collection {


public Object add(Object o);


publicint size();


}



ArrayList和LinkedList实现该接口,并覆盖抽象方法即可,测试类中可以这样使用两个方法:


Collection c=new ArrayList();


c.add(object)、c.size();


  父接口引用指向子类对象,并调用子类中覆盖的方法

  但是此时又出现了一个新的问题,当我们想要对数组中的元素进行遍历时,因为不同的集合有不同的遍历方法,用ArrayList模拟的数组可以通过数组的下标索引进行遍历,但是LinkedList使用的却是另外一种方法。

针对这样的问题,解决的方法就是定义Iterator接口,里面封装了遍历数组元素的统一方式,话不多说,代码来验证。

  定义两个接口Collection和Iterator


public interface Collection {


Iterator iterator();


}




public interface Iterator {


public boolean hasNext();


public Object next();


}



不同的容器实现Iterator接口,获取具体的迭代器对象(即该容器类型的对象)


//具体的实现类,不同的容器,拥有不同的迭代元素的方法


    private class ArrayListIterator implements Iterator{


        private int currentIndex=0;

        @Override

        public boolean hasNext() {

            if(currentIndex>=index){

                return false;

            }

            else {

                return true;

            }

        }


        @Override

        public Object next() {

            Object object=objects[currentIndex];

            currentIndex++;

            return object;

        }

    }



只要ArrayList实现我前面自定义的Collection接口,覆盖iterator方法,就可以获取一个具体的实现类的对象


public class ArrayList implements Collection

 public Iterator iterator() {

returnnew ArrayListIterator();

}



此时测试类可以这样写


package iterater.patten.design;

import iterater.patten.design.*;

public class IteratorTest {

    /**

    * @param args

    */

    public static void main(String[] args) {

        ArrayList al = new ArrayList();

        for (int j = 0; j < 15; j++) {

            al.add(new Cat(j));

        }

        Iterator it = al.iterator();

        while (it.hasNext()) {

            Object object = it.next();

            System.out.print(object + " ");

        }

        System.out.println();

    }

}



迭代器Iterator的实现原理大致就是这样,尽管不同的集合内部的数据结构不同,统一了遍历集合的方式。

  最后附上ArrayList的类的代码:


package iterater.patten.design;

//探索ArrayList实现的可变数组的原理,用ArrayList实现一个容器存储对象

public class ArrayList implements Collection{

    Object[] objects = new Object[10];

    // 定义计数器,用于计算数组中的元素个数

    int index = 0;

    public void add(Object o) {

        // 当数组满时,则创建一个新的数组,将原数组中的元素复制进新数组中,再将新的元素加入到数组中

        if (index == objects.length) {

            // 按原数组的2倍长度创建新数组,其实这样不太合理

            Object[] newObjects = new Object[objects.length * 2];

            // 将原数组中的元素复制进新数组中,再将新的元素加入到数组中

            System.arraycopy(objects, 0, newObjects, 0, objects.length);

            // 数组引用指向新的数组

            objects = newObjects;

        }


        // 将新增元素放到数组中

        objects[index] = o;

        index++;

    }


    // 定义size函数获取元素个数

    public int size() {

        return index;

    }


    //不同的容器,拥有不同的迭代元素的方法

    private class ArrayListIterator implements Iterator{

        private int currentIndex=0;

        @Override

        public boolean hasNext() {

            if(currentIndex>=index){

                return false;

            }

            else {

                return true;

            }

        }


        @Override

        public Object next() {

            Object object=objects[currentIndex];

            currentIndex++;

            return object;

        }

    }


    @Override

    public Iterator iterator() {

        return new ArrayListIterator();

    }

}


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