Java 中数组（Array）与列表（List）的深入探讨
简介
在 Java 编程中，数组（Array）和列表（List）是两种常用的数据结构，用于存储和管理一组数据。它们各自有独特的特性、使用场景和方法。深入理解这两者之间的区别和正确的使用方式，对于编写高效、健壮的 Java 代码至关重要。本文将详细探讨数组和列表在 Java 中的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践。
目录
- 基础概念
- 数组的概念
- 列表的概念
- 使用方法
- 数组的创建与初始化
- 列表的创建与初始化
- 访问元素
- 修改元素
- 添加元素
- 删除元素
- 常见实践
- 遍历数组和列表
- 排序
- 查找元素
- 最佳实践
- 何时选择数组
- 何时选择列表
- 小结
- 参考资料
基础概念
数组的概念
数组是一种固定大小的数据结构，它在内存中是连续存储的。一旦数组被创建，其大小就不能改变。数组可以存储基本数据类型（如 int、double、char 等）或对象引用。数组中的每个元素都有一个索引，从 0 开始，通过索引可以快速访问元素。
列表的概念
列表是一种接口，在 Java 中主要由 ArrayList 和 LinkedList 实现。列表的大小是动态可变的，可以根据需要自动扩展或收缩。列表只能存储对象引用，不能存储基本数据类型，但可以通过自动装箱和拆箱机制来处理基本数据类型。列表提供了更丰富的操作方法，如添加、删除、插入元素等。
使用方法
数组的创建与初始化
创建一个数组有两种常见方式：
// 声明并创建一个整数数组，大小为 5
int[] array1 = new int[5];
// 声明并初始化一个字符串数组
String[] array2 = {"Apple", "Banana", "Cherry"};
列表的创建与初始化
以 ArrayList 为例：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
// 创建一个空的 ArrayList
List<String> list1 = new ArrayList<>();
// 创建并初始化一个 ArrayList
List<String> list2 = new ArrayList<>(List.of("Apple", "Banana", "Cherry"));
访问元素
数组
通过索引访问数组元素：
int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
int value = numbers[2]; // 获取索引为 2 的元素，值为 3
列表
使用 get 方法访问列表元素：
List<Integer> numberList = new ArrayList<>(List.of(1, 2, 3, 4, 5));
int listValue = numberList.get(2); // 获取索引为 2 的元素，值为 3
修改元素
数组
直接通过索引修改数组元素：
int[] array = {1, 2, 3};
array[1] = 4; // 将索引为 1 的元素修改为 4
列表
使用 set 方法修改列表元素：
List<Integer> list = new ArrayList<>(List.of(1, 2, 3));
list.set(1, 4); // 将索引为 1 的元素修改为 4
添加元素
数组
数组一旦创建，大小固定，无法直接添加元素。若要添加元素，需要创建一个新的更大的数组，并将原数组元素复制到新数组中。
int[] oldArray = {1, 2, 3};
int[] newArray = new int[oldArray.length + 1];
System.arraycopy(oldArray, 0, newArray, 0, oldArray.length);
newArray[oldArray.length] = 4; // 添加新元素 4
列表
使用 add 方法添加元素：
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
删除元素
数组
和添加元素类似，数组不能直接删除元素，需要创建新数组并复制不需要删除的元素。
int[] oldArray = {1, 2, 3, 4, 5};
int indexToRemove = 2;
int[] newArray = new int[oldArray.length - 1];
System.arraycopy(oldArray, 0, newArray, 0, indexToRemove);
System.arraycopy(oldArray, indexToRemove + 1, newArray, indexToRemove, oldArray.length - indexToRemove - 1);
列表
使用 remove 方法删除元素：
List<Integer> list = new ArrayList<>(List.of(1, 2, 3, 4, 5));
list.remove(2); // 删除索引为 2 的元素
常见实践
遍历数组和列表
数组
- 传统 for 循环：
int[] array = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
System.out.println(array[i]);
}
- 增强 for 循环（for - each）：
int[] array = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int num : array) {
System.out.println(num);
}
列表
- 传统 for 循环：
List<Integer> list = new ArrayList<>(List.of(1, 2, 3, 4, 5));
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println(list.get(i));
}
- 增强 for 循环（for - each）：
List<Integer> list = new ArrayList<>(List.of(1, 2, 3, 4, 5));
for (int num : list) {
System.out.println(num);
}
- 迭代器（Iterator）：
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
List<Integer> list = new ArrayList<>(List.of(1, 2, 3, 4, 5));
Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next());
}
排序
数组
使用 Arrays.sort 方法对数组进行排序：
import java.util.Arrays;
int[] array = {5, 3, 1, 4, 2};
Arrays.sort(array); // 数组将被排序为 [1, 2, 3, 4, 5]
列表
使用 Collections.sort 方法对列表进行排序：
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
List<Integer> list = new ArrayList<>(List.of(5, 3, 1, 4, 2));
Collections.sort(list); // 列表将被排序为 [1, 2, 3, 4, 5]
查找元素
数组
使用 Arrays.binarySearch 方法在排序后的数组中查找元素：
import java.util.Arrays;
int[] array = {1, 2, 3, 4, 5};
int index = Arrays.binarySearch(array, 3); // 返回元素 3 的索引 2
列表
使用 indexOf 方法查找元素的索引：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
List<Integer> list = new ArrayList<>(List.of(1, 2, 3, 4, 5));
int index = list.indexOf(3); // 返回元素 3 的索引 2
最佳实践
何时选择数组
- 当你确切知道数据的数量并且不会改变时，数组是一个很好的选择。例如，存储一年的月份名称，因为月份数量固定为 12 个。
- 如果你需要频繁地通过索引访问元素，数组的性能更好，因为数组在内存中是连续存储的，可以通过索引快速定位元素。
何时选择列表
- 当数据的数量不确定，需要动态添加或删除元素时，列表更合适。例如，存储用户输入的一系列数字，用户可能随时添加或删除数字。
- 如果你需要使用丰富的集合操作方法，如排序、查找、插入等，列表提供了更方便的接口。
小结
在 Java 中，数组和列表各有优缺点和适用场景。数组适用于数据量固定且需要快速通过索引访问的场景，而列表则更适合数据量动态变化且需要丰富操作方法的情况。通过了解它们的基础概念、使用方法和最佳实践，开发者可以根据具体需求选择合适的数据结构，从而编写更高效、更健壮的代码。
参考资料
希望这篇博客能帮助你更好地理解和使用 Java 中的数组和列表。如果你有任何问题或建议，欢迎留言讨论。