❗前置知识
阅读本文前，请学习：数组（顺序存储）基础
几个关键点
下面我会直接给出一个简单的动态数组代码实现，包含了基本的增删查改功能。这里先给出几个关键点，等会你看代码的时候可以着重注意一下。
关键点一、自动扩缩容
在上一章 数组基础 中只提到了数组添加元素时可能需要扩容，并没有提到缩容。
在实际使用动态数组时，缩容也是重要的优化手段。比方说一个动态数组开辟了能够存储 1000 个元素的连续内存空间，但是实际只存了 10 个元素，那就有 990 个空间是空闲的。为了避免资源浪费，我们其实可以适当缩小存储空间，这就是缩容。
我们这里就实现一个简单的扩缩容的策略：
● 当数组元素个数达到底层静态数组的容量上限时，扩容为原来的 2 倍；
● 当数组元素个数缩减到底层静态数组的容量的 1/4 时，缩容为原来的 1/2。
关键点二、索引越界的检查
下面的代码实现中，有两个检查越界的方法，分别是 checkElementIndex 和 checkPositionIndex，你可以看到它俩的区别仅仅在于 index < size 和 index <= size。
为什么 checkPositionIndex 可以允许 index == size 呢，因为这个 checkPositionIndex 是专门用来处理在数组中插入元素的情况。
比方说有这样一个 nums 数组，对于每个元素来说，合法的索引一定是 index < size：
nums = [5, 6, 7, 8]
index 0 1 2 3
但如果要在数组中插入新元素，那么新元素可能插入位置并不是元素的索引，而是索引之间的空隙：
nums = [ | 5 | 6 | 7 | 8 | ]
index 0 1 2 3 4
这些空隙都是合法的插入位置，所以说 index == size 也是合法的。这就是 checkPositionIndex 和 checkElementIndex 的区别。
关键点三、删除元素谨防内存泄漏
单从算法的角度，其实并不需要关心被删掉的元素应该如何处理，但是具体到代码实现，我们需要注意可能出现的内存泄漏。
在我给出的代码实现中，删除元素时，我都会把被删除的元素置为 null，以 Java 为例：
// 删
public E removeLast() {
E deletedVal = data[size - 1];
// 删除最后一个元素
// 必须给最后一个元素置为 null，否则会内存泄漏
data[size - 1] = null;
size--;
return deletedVal;
}
Java 的垃圾回收机制是基于 图算法 的可达性分析，如果一个对象再也无法被访问到，那么这个对象占用的内存才会被释放；否则，垃圾回收器会认为这个对象还在使用中，就不会释放这个对象占用的内存。
如果你不执行 data[size - 1] = null 这行代码，那么 data[size - 1] 这个引用就会一直存在，你可以通过 data[size - 1] 访问这个对象，所以这个对象被认为是可达的，它的内存就一直不会被释放，进而造成内存泄漏。
其他带垃圾回收功能的语言应该也是类似的，你可以具体了解一下你使用的编程语言的垃圾回收机制，这是写出无 bug 代码的基本要求。
其他细节优化
下面的代码当然不会是一个很完善的实现，会有不少可以进一步优化的点。比方说，我是用 for 循环复制数组数据的，实际上这种方式复制的效率比较差，大部分编程语言会提供更高效的数组复制方法，比如 Java 的 System.arraycopy。
不过它再怎么优化，本质上也是要搬移数据，时间复杂度都是 O(n)。本文的重点在于让你理解数组增删查改 API 的基本实现思路以及时间复杂度，如果对这些细节感兴趣，可以找到编程语言标准库的源码深入研究。
动态数组代码实现
import java.util.Arrays;
import java.util.Iterator;
import java.util.NoSuchElementException;
public class MyArrayList {
// 真正存储数据的底层数组
private E[] data;
// 记录当前元素个数
private int size;
// 默认初始容量
private static final int INIT_CAP = 1;
public MyArrayList() {
this(INIT_CAP);
}
public MyArrayList(int initCapacity) {
data = (E[]) new Object[initCapacity];
size = 0;
}
// 增
public void addLast(E e) {
int cap = data.length;
// 看 data 数组容量够不够
if (size == cap) {
resize(2 * cap);
}
// 在尾部插入元素
data[size] = e;
size++;
}
public void add(int index, E e) {
// 检查索引越界
checkPositionIndex(index);
int cap = data.length;
// 看 data 数组容量够不够
if (size == cap) {
resize(2 * cap);
}
// 搬移数据 data[index..] -> data[index+1..]
// 给新元素腾出位置
for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
data[i + 1] = data[i];
}
// 插入新元素
data[index] = e;
size++;
}
public void addFirst(E e) {
add(0, e);
}
// 删
public E removeLast() {
if (size == 0) {
throw new NoSuchElementException();
}
int cap = data.length;
// 可以缩容，节约空间
if (size == cap / 4) {
resize(cap / 2);
}
E deletedVal = data[size - 1];
// 删除最后一个元素
// 必须给最后一个元素置为 null，否则会内存泄漏
data[size - 1] = null;
size--;
return deletedVal;
}
public E remove(int index) {
// 检查索引越界
checkElementIndex(index);
int cap = data.length;
// 可以缩容，节约空间
if (size == cap / 4) {
resize(cap / 2);
}
E deletedVal = data[index];
// 搬移数据 data[index+1..] -> data[index..]
for (int i = index + 1; i < size; i++) {
data[i - 1] = data[i];
}
data[size - 1] = null;
size--;
return deletedVal;
}
public E removeFirst() {
return remove(0);
}
// 查
public E get(int index) {
// 检查索引越界
checkElementIndex(index);
return data[index];
}
// 改
public E set(int index, E element) {
// 检查索引越界
checkElementIndex(index);
// 修改数据
E oldVal = data[index];
data[index] = element;
return oldVal;
}
// 工具方法
public int size() {
return size;
}
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
// 将 data 的容量改为 newCap
private void resize(int newCap) {
E[] temp = (E[]) new Object[newCap];
for (int i = 0; i < size; i++) {
temp[i] = data[i];
}
data = temp;
}
private boolean isElementIndex(int index) {
return index >= 0 && index < size;
}
private boolean isPositionIndex(int index) {
return index >= 0 && index <= size;
}
// 检查 index 索引位置是否可以存在元素
private void checkElementIndex(int index) {
if (!isElementIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);
}
// 检查 index 索引位置是否可以添加元素
private void checkPositionIndex(int index) {
if (!isPositionIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);
}
private void display() {
System.out.println("size = " + size + " cap = " + data.length);
System.out.println(Arrays.toString(data));
}
public static void main(String[] args) {
// 初始容量设置为 3
MyArrayList<Integer> arr = new MyArrayList<>(3);
// 添加 5 个元素
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
arr.addLast(i);
}
arr.remove(3);
arr.add(1, 9);
arr.addFirst(100);
int val = arr.removeLast();
for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {
System.out.println(arr.get(i));
}
}
}
