数组是学习编程语言时较先接触到的一种数据结构，本章基于Java的静态数组实现动态数组，并进行简单的复杂度分析

数组相信各位都知道，那什么是动态数组呢？我们定义一个数组后，一般长度会直接定义好，如果数组容量被存满，就无法再继续往数组中添加元素，动态数组则是当容量被存满，会自动进行扩容操作

添加元素后自动扩容

删除元素后自动缩容

public class Array {

private int size;

private Object[] data;

//有参构造函数，传入数组的容量capacity构造Arraypublic Array(int capacity) {

size = 0;

data = new Object[capacity];

}

//无参构造函数，调用有参构造函数，默认定义capacity数组容量为10public Array() {

this(10);

}

//获取数组中元素的个数public int getSize() {

return size;

}

//获取数组的容量public int getCapacity() {

return data.length;

}

//判断数组是否为空public boolean isEmpty() {

return size == 0;

}

//在数组的尾部添加元素public void addLast(E e) {

add(size, e);

}

//在数组的头部添加元素public void addFirst(E e) {

add(0, e);

}

//在下标为index的位置插入一个元素epublic void add(int index, E e) {

if (index < 0 || index > size)

throw new IllegalArgumentException("Add failed,index need >=0 and <=size");

if (size == data.length) {

resize(2 * data.length);

}

for (int i = size - 1; i >= index; i--) {

data[i + 1] = data[i];

}

data[index] = e;

size++;

}

/** 重新定义数组的容量，当数组元素增加或减少到一定条件时* 调用此方法更改数组容量，实现数组自动扩容与缩容*/

private void resize(int newCapacity) {

Object[] newData = new Object[newCapacity];

for (int i = 0; i < size; i++)

newData[i] = data[i];

data = newData;

}

//获取下标为index的元素public Object get(int index) {

if (index < 0 || index >= size)

throw new IllegalArgumentException("Get failed,index is illegal");

return data[index];

}

//获取第一个元素public Object getFirst() {

return get(0);

}

//移除元素epublic void removeElement(E e) {

int index = find(e);

if (index != -1)

remove(index);

}

//移除下标为index的元素，并返回被移除的元素@SuppressWarnings("unchecked")

public E remove(int index) {

if (index < 0 || index >= size)

throw new IllegalArgumentException("Remove failed,index is illegal");

if (size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0) {

resize(data.length / 2);

}

Object temp = data[index];

for (int i = index + 1; i < size; i++) {

data[i - 1] = data[i];

}

size--;

data[size] = null;

return (E) temp;

}

//移除第一个元素并返回public E removeFirst() {

return remove(0);

}

//移除最后一个元素并返回public E removeLast() {

return remove(size - 1);

}

//判断数组中是否包含元素epublic boolean contains(E e) {

for (int i = 0; i < size; i++) {

if (data[i].equals(e))

return true;

}

return false;

}

//查询元素e的下标public int find(E e) {

for (int i = 0; i < size; i++) {

if (data[i].equals(e))

return i;

}

return -1;

}

@Override

public String toString() {

StringBuilder res = new StringBuilder();

res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %d\n", size, data.length));

res.append("[");

for (int i = 0; i < size; i++) {

res.append(data[i]);

if (i != size - 1)

res.append(", ");

}

res.append("]");

return res.toString();

}

}

简单时间复杂度分析

增：

add(index,e) O(n)

addLast(e) O(1)

addFirst(e) O(1)

取最坏的情况所以增的时间复杂度是 O(n)

删：

删除与增加同理同是 O(n)

改：

set(index,e)

已知索引的情况下是O(1)，未知索引的情况下是O(n)

查：

get(index) O(1)

contains(e) O(n)

find(e) O(n)

已知索引的情况下是O(1)，未知索引的情况下是O(n)

均摊复杂度分析

addLast：O(1)

当数组增加元素达到一定数量时，会调用resize方法进行扩容操作，例如：

一个容量为8的数组，当addLast调用9次时，会调用resize方法进行扩容操作，显然并不是每次addLast都会调用resize，所以说9次addLast操作会触发一次resize(给容量为8的数组扩容时，会有8次元素存入新数组的操作)，总共进行了17 (9次addLast加上扩容的8次元素存入新数组的操作) 次基本操作

平均每次addLast操作，进行2 (17÷9≈2) 次基本操作

也就是说，当数组容量为n时，n+1次addLast操作会调用一次resize操作，总共2n+1次基本操作

平均每次addLast操作，进行2次基本操作

所以addLast的时间复杂度可以算是O(1)的，也就是说在均摊计算中，比计算最坏的情况有意义

removeLast：与addLast同理

复杂度的震荡

当同时思考addLast和removeLast操作的时候：

假如调用addLast触发resize扩容后调用removeLast显然也会调用resize进行缩容，这个操作如果反复执行就会导致复杂度的震荡，所以代码中removeLast方法中,并没有像addLast中那样直接让data.length/2，而是当数组内的元素等于四分之一容量的时候，才会执行缩容的操作，就可以解决复杂度的震荡

if (size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0) {

resize(data.length / 2);

}