Java 線性表順序表實現：簡化版 ArrayList 核心原理與程式碼解析

Java 線性表順序表實現：簡化版 ArrayList 核心原理

模仿 ArrayList 實作一個泛型順序表 SequenceList<T>，用於理解動態陣列的擴容、插入刪除位移等核心機制。

核心設計

• 底層使用 Object[] elementData 儲存元素。
• capacity 記錄陣列容量，size 記錄當前元素數。
• 預設容量 16，建構子支援指定初始容量（自動調整為 2 的冪次）。
• 提供 add、insert、delete、get、locate 等基本操作。

完整程式碼

import java.util.Arrays;

public class SequenceList<T> {
    private final int DEFAULT_SIZE = 16;
    private int capacity;
    private Object[] elementData;
    private int size = 0;

    public SequenceList() {
        capacity = DEFAULT_SIZE;
        elementData = new Object[capacity];
    }

    public SequenceList(T element) {
        this();
        elementData[0] = element;
        size++;
    }

    public SequenceList(T element, int initSize) {
        capacity = 1;
        while (capacity < initSize) capacity <<= 1; // 擴展為 2 的冪次
        elementData = new Object[capacity];
        elementData[0] = element;
        size++;
    }

    public int length() { return size; }

    public T get(int i) {
        if (i < 0 || i > size - 1) throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界");
        return (T) elementData[i];
    }

    public int locate(T element) {
        for (int i = 0; i < size; i++)
            if (elementData[i].equals(element)) return i;
        return -1;
    }

    public void insert(T element, int index) {
        if (index < 0 || index > size) throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界");
        ensureCapacity(size + 1);
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

    public void add(T element) { insert(element, size); }

    private void ensureCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity > capacity) {
            while (capacity < minCapacity) capacity <<= 1;
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, capacity);
        }
    }

    public T delete(int index) {
        if (index < 0 || index > size - 1) throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界");
        T oldValue = (T) elementData[index];
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, numMoved);
        elementData[--size] = null; // 釋放引用助 GC
        return oldValue;
    }

    public T remove() { return delete(size - 1); }

    public boolean empty() { return size == 0; }

    public void clear() {
        Arrays.fill(elementData, null);
        size = 0;
    }

    @Override
    public String toString() {
        if (size == 0) return "[]";
        StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
        for (int i = 0; i < size; i++) sb.append(elementData[i]).append(", ");
        return sb.delete(sb.length() - 2, sb.length()).append("]").toString();
    }
}

效能特性分析

結論：順序表適合「讀多寫少、尾部新增」場景；頻繁中間插刪請改用 LinkedList（鏈表）。

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