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java怎么定义动态数组

admin
后端开发
2025-08-06
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在 Java 中可通过 ArrayList 实现动态数组，需导入 java.util.ArrayList，`List list = new

在 Java 中，传统意义上的“原生数组”（如 int[] arr = new int[5];）一旦创建，其长度便不可更改，若需实现类似“动态数组”的功能（即可根据需求自动扩展或收缩的数组）,主要有以下几种核心方案及最佳实践：

一、最主流方案：使用 `java.util.ArrayList`（推荐）

ArrayList 是 Java 集合框架提供的 动态数组实现类，底层基于原生数组，但封装了自动扩容逻辑，并提供丰富的 API。

java怎么定义动态数组第1张

关键特性与操作详解

操作	描述	示例代码	备注
创建空列表	新建一个无初始容量的动态数组	`List<Integer> list = new ArrayList<>();`	默认初始容量约10，满后自动扩容至1.5倍
指定初始容量	预分配足够空间减少后续扩容次数	`new ArrayList<>(20);`	适合已知大致数据量的场景
添加元素	向列表末尾追加元素	`list.add(42);`	时间复杂度 O(1)（均摊）
插入元素	在指定位置插入元素	`list.add(1, "Hello");`	后续元素后移，时间复杂度 O(n)
获取元素	根据索引获取元素	`Integer num = list.get(0);`	索引从0开始，越界抛 `IndexOutOfBoundsException`
修改元素	更新指定位置的元素	`list.set(2, 99);`	原位置元素被覆盖
删除元素	移除指定位置或对象的第一个匹配项	`list.remove(0);` / `list.remove("A");`	时间复杂度 O(n)
清空列表	保留容器，清除所有元素	`list.clear();`	不等于重新创建新列表
获取大小	返回当前元素个数	`int size = list.size();`	区别于原生数组的 `length` 属性
转换为数组	将列表转为原生数组	`Object[] arr = list.toArray();`	若需特定类型需强制转换

️ 注意事项

类型安全：必须指定泛型类型（如 ArrayList<String>）,否则需显式类型转换。
失败快速：尝试访问不存在的索引会直接抛出异常，建议先用 size() 判断。
内存效率：频繁增删可能导致多次扩容/缩容,可预估初始容量优化性能。

示例完整代码

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class DynamicArrayExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建初始容量为5的整型动态数组
        List<Integer> dynamicArray = new ArrayList<>(5);
        // 添加元素（自动扩容）
        dynamicArray.add(10); // [10]
        dynamicArray.add(20); // [10, 20]
        dynamicArray.add(30); // [10, 20, 30]
        // 插入元素到索引1的位置
        dynamicArray.add(1, 15); // [10, 15, 20, 30]
        // 修改索引2的元素
        dynamicArray.set(2, 25); // [10, 15, 25, 30]
        // 删除索引1的元素
        dynamicArray.remove(1); // [10, 25, 30]
        // 遍历打印所有元素
        for (Integer num : dynamicArray) {
            System.out.println(num); // 输出：10, 25, 30
        }
        // 转换为原生数组
        Integer[] nativeArray = dynamicArray.toArray(new Integer[0]);
        System.out.println("原生数组长度：" + nativeArray.length); // 输出：3
    }
}

️ 二、手动模拟动态数组（学习目的）

若不使用 ArrayList,可通过以下方式模拟动态数组的行为：

核心思路

维护内部缓冲区：使用原生数组存储数据。
跟踪有效长度：单独变量记录当前元素数量。
自动扩容策略：当空间不足时,创建更大的新数组并复制旧数据。

简易实现示例

public class ManualDynamicArray {
    private int[] data;      // 内部存储数组
    private int size;       // 当前元素个数
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    public ManualDynamicArray() {
        data = new int[DEFAULT_CAPACITY];
        size = 0;
    }
    // 添加元素（核心方法）
    public void add(int element) {
        if (size == data.length) {
            // 扩容：创建新数组（容量翻倍）
            int newCapacity = data.length  2;
            int[] newData = new int[newCapacity];
            System.arraycopy(data, 0, newData, 0, data.length);
            data = newData;
        }
        data[size++] = element;
    }
    // 获取元素
    public int get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界");
        }
        return data[index];
    }
    // 获取当前元素个数
    public int size() {
        return size;
    }
}

️ 局限性说明

此实现仅包含基础功能，缺少 ArrayList 的完整特性（如中间插入、删除、迭代器等）。
实际开发中强烈建议直接使用 ArrayList,此处仅为演示原理。

️ 三、与其他结构的对比选择

结构	动态数组能力	随机访问速度	插入/删除效率
`ArrayList`	O(1)	O(n)	频繁读操作，少量写
`LinkedList`	O(n)	O(1)	频繁插入/删除
`HashSet`/`TreeSet`	N/A	O(1)/O(log n)	无序/有序唯一性存储
`Vector`	O(1)	O(n)	老旧类，已被 `ArrayList` 取代

四、常见问题解答（FAQs）

Q1: `ArrayList` 的初始容量设置多大合适？

A: 根据业务场景预估，若已知数据量接近某个数值（如1000），可直接设置初始容量为该值以避免多次扩容，若不确定，使用默认构造函数即可，Java会自动处理扩容,盲目设置过大容量会浪费内存。

Q2: 如何将 `ArrayList` 转换为基本类型数组？（如 `int[]`）

A: 由于泛型擦除机制,需借助流式API或循环手动转换：

// 方法1：使用流（Java 8+）
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3);
int[] primitiveArray = list.stream().mapToInt(Integer::intValue).toArray();
// 方法2：循环转换
int[] arr = new int[list.size()];
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    arr[i] = list.get(i);
}

注意：直接调用 toArray() 返回的是 Object[]，无法直接转为基本类型