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Java 中数组（Array）和 ArrayList 的差异

简介

在 Java 编程中，数组（Array）和 ArrayList 是两种常用的数据结构，用于存储多个元素。虽然它们都能实现这一目的，但在许多方面存在显著差异。了解这些差异对于编写高效、可靠的 Java 代码至关重要。本文将深入探讨数组和 ArrayList 的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践。

目录

  1. 基础概念
    • 数组
    • ArrayList
  2. 使用方法
    • 数组的创建与使用
    • ArrayList 的创建与使用
  3. 常见实践
    • 性能考量
    • 数据操作场景
  4. 最佳实践
    • 何时选择数组
    • 何时选择 ArrayList
  5. 小结
  6. 参考资料

基础概念

数组

数组是一种固定长度的数据结构，用于存储相同类型的元素。一旦创建，数组的长度就不能改变。它在内存中是连续存储的，这使得访问元素的速度非常快。例如，一个整数数组可以存储多个整数值：

int[] numbers = new int[5]; // 创建一个长度为 5 的整数数组

ArrayList

ArrayList 是 Java 集合框架中的一部分，它是一个动态数组，长度可以根据需要自动增长。它可以存储不同类型的对象，因为它本质上存储的是对象的引用。例如：

import java.util.ArrayList;

ArrayList<Integer> numberList = new ArrayList<>(); // 创建一个空的 ArrayList 用于存储整数

使用方法

数组的创建与使用

  1. 创建数组
    • 声明并初始化：
int[] array1 = {1, 2, 3, 4, 5};

- 先声明后初始化：

int[] array2;
array2 = new int[5];
  1. 访问和修改元素
int value = array1[2]; // 访问索引为 2 的元素
array1[2] = 10; // 修改索引为 2 的元素
  1. 获取数组长度
int length = array1.length;

ArrayList 的创建与使用

  1. 创建 ArrayList
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
  1. 添加元素
list.add("Apple");
list.add("Banana");
  1. 访问和修改元素
String element = list.get(1); // 访问索引为 1 的元素
list.set(1, "Cherry"); // 修改索引为 1 的元素
  1. 获取 ArrayList 大小
int size = list.size();
  1. 删除元素
list.remove(0); // 删除索引为 0 的元素

常见实践

性能考量

  • 数组：由于数组在内存中连续存储，通过索引访问元素的速度非常快，时间复杂度为 O(1)。但是，插入和删除元素的操作相对复杂，因为需要移动其他元素，时间复杂度为 O(n)。
  • ArrayList：ArrayList 在访问元素时也较快，时间复杂度接近 O(1)。但是，由于它是动态数组，在添加和删除元素时可能需要调整内部数组的大小，这会带来一定的性能开销。插入和删除操作的时间复杂度通常为 O(n)，但在某些情况下可能更糟。

数据操作场景

  • 数组：适用于数据量固定且对访问速度要求极高的场景，例如存储学生成绩、坐标点等。
  • ArrayList：更适合数据量不确定，需要频繁进行添加和删除操作的场景，例如实现一个动态的任务列表。

最佳实践

何时选择数组

  • 当你确切知道需要存储的元素数量，并且不需要频繁地添加或删除元素时，选择数组。例如，存储一年的月份名称：
String[] months = {"January", "February", "March", "April", "May", "June", "July", "August", "September", "October", "November", "December"};
  • 如果你对性能要求极高，尤其是需要快速访问元素时，数组是更好的选择。例如，在科学计算中存储大量的数值数据。

何时选择 ArrayList

  • 当数据量不确定，可能会动态增长或减少时，选择 ArrayList。例如，实现一个购物车功能，用户可以随时添加或删除商品：
ArrayList<String> cart = new ArrayList<>();
cart.add("Product 1");
cart.remove("Product 1");
  • 当你需要使用集合框架提供的各种方法，如排序、查找等功能时，ArrayList 更为合适。

小结

数组和 ArrayList 在 Java 中都有各自的优缺点和适用场景。数组具有固定长度，访问速度快，适合数据量固定且对性能要求高的场景；而 ArrayList 是动态数组，长度可自动调整，适合数据量不确定且需要频繁进行添加和删除操作的场景。在实际编程中，根据具体需求选择合适的数据结构可以提高代码的效率和可维护性。

参考资料