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Java ArrayList 与 Array：深入解析与实践

简介

在 Java 编程中，ArrayList 和 Array 是两种常用的数据结构，用于存储和管理多个元素。Array 是 Java 语言中最基本的数组类型，它具有固定的大小；而 ArrayList 是一个动态数组，大小可以根据需要自动调整。深入了解它们的概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，对于编写高效、健壮的 Java 代码至关重要。

目录

  1. 基础概念
    • Array
    • ArrayList
  2. 使用方法
    • Array 的声明与初始化
    • ArrayList 的创建与添加元素
    • 访问与修改元素
    • 删除元素
  3. 常见实践
    • 遍历 Array
    • 遍历 ArrayList
    • 性能比较
  4. 最佳实践
    • 何时使用 Array
    • 何时使用 ArrayList
  5. 小结
  6. 参考资料

基础概念

Array

数组是一种固定大小的数据结构，它可以存储多个相同类型的元素。一旦数组被创建，其大小就不能改变。数组的元素在内存中是连续存储的，这使得对数组元素的访问速度很快。数组可以是一维的，也可以是多维的。

ArrayList

ArrayList 是 Java 集合框架中的一部分，它实现了 List 接口。ArrayList 是一个动态数组，它的大小可以根据需要自动增长或缩小。ArrayList 内部使用数组来存储元素，当元素数量超过当前容量时，它会自动分配一个更大的数组，并将原数组中的元素复制到新数组中。

使用方法

Array 的声明与初始化

// 声明一个整数数组
int[] array1;

// 声明并初始化一个整数数组
int[] array2 = {1, 2, 3, 4, 5};

// 声明并初始化一个指定大小的整数数组
int[] array3 = new int[5];

ArrayList 的创建与添加元素

import java.util.ArrayList;

// 创建一个 ArrayList
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();

// 添加元素到 ArrayList
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);

访问与修改元素

// 访问数组元素
int element1 = array2[2];

// 修改数组元素
array2[2] = 10;

// 访问 ArrayList 元素
int element2 = list.get(2);

// 修改 ArrayList 元素
list.set(2, 10);

删除元素

// 数组无法直接删除元素，通常需要创建新数组
int[] newArray = new int[array2.length - 1];
int indexToRemove = 2;
for (int i = 0, j = 0; i < array2.length; i++) {
    if (i != indexToRemove) {
        newArray[j++] = array2[i];
    }
}

// 删除 ArrayList 元素
list.remove(2);

常见实践

遍历 Array

// 使用 for 循环遍历数组
for (int i = 0; i < array2.length; i++) {
    System.out.println(array2[i]);
}

// 使用增强型 for 循环遍历数组
for (int element : array2) {
    System.out.println(element);
}

遍历 ArrayList

// 使用 for 循环遍历 ArrayList
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    System.out.println(list.get(i));
}

// 使用增强型 for 循环遍历 ArrayList
for (int element : list) {
    System.out.println(element);
}

// 使用迭代器遍历 ArrayList
import java.util.Iterator;

Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

性能比较

在访问元素时，数组的性能通常比 ArrayList 更好，因为数组可以通过索引直接访问内存中的元素。而 ArrayList 在访问元素时需要进行边界检查等额外操作。

在添加和删除元素时，ArrayList 的性能更好，尤其是在动态添加和删除大量元素时，因为数组在添加和删除元素时需要移动大量元素，而 ArrayList 可以自动调整大小并进行优化。

最佳实践

何时使用 Array

  • 当你确切知道需要存储的元素数量，并且不会频繁地添加或删除元素时，使用数组是一个不错的选择。例如，存储一周的天数、一年的月份等固定数量的数据。
  • 对于性能要求极高，且元素访问模式主要是通过索引进行随机访问的场景，数组更为合适。

何时使用 ArrayList

  • 当你不知道需要存储的元素数量，或者需要频繁地添加和删除元素时，ArrayList 是更好的选择。例如，存储用户输入的数据、动态生成的列表等。
  • 当你需要使用集合框架提供的各种方法，如排序、搜索、迭代等功能时，ArrayList 更方便。

小结

Array 和 ArrayList 在 Java 编程中各有优缺点和适用场景。数组具有固定大小，访问速度快，适用于元素数量固定且访问频繁的场景；而 ArrayList 是动态数组，大小可自动调整，适用于元素数量不确定且需要频繁添加和删除元素的场景。通过合理选择和使用这两种数据结构，可以提高程序的性能和可维护性。

参考资料