线性表在Java类库中的顺序表示及实现——ArrayList

ArrayList用数组实现了线性表。它用数组存储线性表的元素：

transient Object[] elementData;

它也存储了线性表中元素的个数：

private int size;

接下来讲讲线性表的常见操作在ArrayList中的实现。

（1）查询线性表中是否包含某一个元素

public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}

contains(Object o)调用indexOf(Object o)来判断线性表是否包含某个元素，indexOf(Object o)的实现如下：

public int indexOf(Object o) {
// 分o等于和不等于null两种情况
if (o == null) {
// 遍历数组中的所有线性表元素，索引范围是[0，size)
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;
}
// 如果不包含指定元素就返回-1
return -1;
}

查询是否包含某一个元素需要遍历整个线性表，所以时间复杂度是O(n)。

（2）向线性表中插入元素

可以直接把一个元素添加到线性表的尾部：

public boolean add(E e) {
// 保证数组的容量不小于线性表的长度
ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
// 把元素添加到线性表最后一个元素的后面，并把线性表的长度加1
elementData[size++] = e;
return true;
}

也可以向线性表的指定位置添加元素：

public void add(int index, E element) {
// 保证index大于等于0，小于等于size
rangeCheckForAdd(index);

// 保证数组容量不小于线性表长度
ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
// 把elementData中index及后面的所有元素都移动一个位置
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
// 把待插入元素放到index处
elementData[index] = element;
size++;
}

把元素放到指定位置的操作的时间复杂度为O（n），只要开销是移动元素。

（3）从线性表删除元素

删除指定位置的元素：

public E remove(int index) {
// 保证index小于size
rangeCheck(index);

modCount++;
// 返回index处的元素
E oldValue = elementData(index);

// 需要移动的元素数目
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
// 线性表长度减1，并把size处的元素设置为null，让gc回收
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

return oldValue;
}

elementData(int index)实现如下：

E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}

删除指定元素：

public boolean remove(Object o) {
// 分o等于和不等于null两种
if (o == null) {
// 遍历线性表，如果找到与指定元素相等的元素，就将它删除
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
// 因为可以保证index合法，所以可以调用fastRemove(int index)
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}

fastRemove(int index)实现如下：

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
}

fastRemove(int index)和remove(int index)相比，只是少了边界验证和返回值。

两种删除元素的方式的时间复杂度都是O(n)，时间开销主要还是移动元素。