增加数组大小

前面当我们向数组中添加元素时,如果index==size,表示数组已满。

if (size == data.length) {
    throw new IllegalArgumentException("Add is fail.Array is full");
}

现在可以考虑这样做,依然判断插入位置是否合法,但是当size等于数组长度时,自动为数组扩容——resize(2*data.length); 之所以是扩为原来的2倍,是因为这样扩容量的大小和原来容量大小有关,既不会过小也不会过大。

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

减小数组大小

因为有了resize方法,实现起来就很简单了。在remove(int index)方法中,移除一个元素且维护size后,再加上对维护后的size的判断,如下。如果size已经变为capacity的一半,则将数组容量减半。

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

注意 resize()方法设为私有,是为了用户只需使用这个数组类,不必去顾虑数组的大小。

时间复杂度的分析

通过对addLast(T[] e)和removeLast(T[] e)时间复杂度的分析,我们发现都是O(n)级别的。但是,这样一般性的考虑最坏的情况在这种情景下是没有太大意义的。因为addLast(T[] e)和removeLast(T[] e)操作并不会经常触发resize(int newCapcity)操作。所以用均摊复杂度分析的话,你会发现这两个操作的均摊复杂度都是O(1)。因此resize(int newCapcity)这样一个比较耗时的操作,如果保证不会每次都会触发,就可以将它的操作耗时分摊到其他操作上。 现在再考虑另外一个场景,就是在addLast(T[] e)操作后,触发了resize(int newCapcity),然后再removeLast(T[] e),又触发了resize(int newCapcity);如此循环。像这样addLast(T[] e)和removeLast(T[] e)的时间复杂度都是O(n)级别的,这就是所谓的复杂度的震荡。以数组这个例子,之所以发生这种情况是因为我们在removeLast操作后,就接着进行了resize操作这样太着急了。那么该如何防止复杂度的震荡呢? 可以这样修改removeLast方法的代码。

if(size==data.length/4 && data.length/4!=0){
    resize(data.length/2);
}

加上data.length/4!=0的判断是因为当data.length/4==0的时候,数组长度变为0,这是不合法的。

修改后的完整代码

public class Array<T> {
    private T[] data;
    private int size;

    public Array() {
        this(10);
    }

    public Array(int capacity) {
        //java本身不支持直接new 一个泛型数组,所以用以下方法实现
        data = (T[])new Object[capacity];
        size = 0;
    }

    public int getSize() {
        return size;
    }

    public int getCapacity() {
        return data.length;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    /**
     * 向数组末尾添加元素
     *
     * @param e
     */
    public void addLast(T e) {
        add(size, e);
    }

    /**
     * 向数组开头添加元素
     *
     * @param e
     */
    public void addFirst(T e) {
        add(0, e);
    }

    /**
     * 向任意合法位置添加元素
     *
     * @param index
     * @param e
     */
    public void add(int index, T e) {
        /*if (size == data.length) {
            throw new IllegalArgumentException("Add is fail.Array is full");
        }*/

        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Add is fail.Require index >= 0 and index < size");
        }

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

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

    /**
     * 获取索引位置的元素
     * 通过这种封装,用户无法查询未使用的空间,保证了数据的安全性。
     *
     * @param index
     * @return
     */
    public T get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("Get is failed.Index is illegal");
        }
        return data[index];
    }

    /**
     * 修改索引位置的元素
     *
     * @param index
     * @param e
     */
    public void set(int index, T e) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("Set is failed.Index is illegal");
        }
        data[index] = e;
    }

    /**
     * 数组中是否包含某个元素
     *
     * @param e
     * @return
     */
    public boolean contains(T e) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            //注意值的比较应修改为equals方法
            if (data[i].equals(e)) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    /**
     * 查询数组中某个元素的索引
     *
     * @param e
     * @return 没有该元素则返回-1
     */
    public int find(T e) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (data[i].equals(e)) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 删除index位置的元素,并且返回该元素
     * 不用担心删除后原来size位置的元素,因为用无法访问到它。
     * 但是最好再写一句data[size]=null 具体原因需要了解java的垃圾回收机制
     *
     * @param index
     * @return
     */
    public T remove(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("Remove failed.Require index >=0 and index < size");
        }

        T ret = data[index];
        for (int i = index; i < size - 1; i++) {
            data[i] = data[i + 1];
        }
        //注意维护size
        size--;
        data[size]=null;

        if(size==data.length/4 && data.length/4!=0){
        resize(data.length/2);
        }
        return ret;
    }

    /**
     * 不用担心数组为空的情况,因为数组如果为空,remove方法就会抛出异常
     * @return
     */
    public T removeFirst(){
        return remove(0);
    }

    public T removeLast(){
        return remove(size-1);
    }

    /**
     * 从数组中删除元素e
     * @param e
     */
    public boolean removeElement(T e){
        int index=find(e);
        if(index!=-1){
            remove(index);
            return true;
        }else{
            return false;
        }
    }

    /**
     * 重写toString()方法
     *
     * @return
     */
    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append(String.format("size= %d,capacity= %d\n", 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();
    }

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