1.前言

学前须知：

ArrayList类底层是实现是使用顺序表来实现的，本文是先通过顺序表来模拟实现ArrayList类，再通过使用ArrayList类来编写一些代码案例，以达到熟练掌握ArrayList类和顺序表相关知识点。
顺序表本质上其实就是用数组来实现的。

2.ArrayList常见的操作

在模拟实现ArrayList类之前，我们先要知道ArrayList类中有哪些常见操作，才能有针对性地对类中的这些方法进行模拟实现。

方法	操作
add(int data)	在顺序表中的最后位置添加数据
add(int pos, int data)	在顺序表最后指定位置处添加数据
indexOf(int toFind)	查找顺序表最后的某个元素返回其下标
get(int pos)	获取pos位置上的元素
set(int pos, int value)	将pos位置上的元素替换成value值
remove(int key)	删除顺序表中的某个数据
clear()	清空顺序表

注意:
????????（1）ArrayList是一个动态类型的顺序表，也就是说，当顺序表为满的时候，插入元素会自动对顺序表进行扩容。
????????（2）换句话说，接下来准备实现的顺序表中，也是需要手动对顺序表（数组）在必要的时候（数组为满时）进行扩容。

3.模拟实现ArrayList

3.1模拟实现add方法

add方法是在顺序表（数组）中最后位置处添加数据。

add方法可分为两种情况：一是直接在顺序表后面直接添加数据；二是在顺序表中指定位置处添加数据。
????????情况一：先判断顺序表是否是满的，如若是满，则需要先对这个顺序表进行扩容；如若不满，则直接在最后处添加即可。

    /**
     * 判断该顺序表是否为满
     * @return
     */
    private boolean isFull(){
        return this.usedSize==this.elem.length;
    }

    /**
     * 在顺序表中的最后位置添加数据
     * @param data
     */
    public void add(int data){
        if(isFull()){
            this.elem= Arrays.copyOf(this.elem,2*this.elem.length);
        }
        this.elem[this.usedSize]=data;
        this.usedSize++;
    }

????????情况二：除了需要像上面情况一一样判断顺序表为满，如若是满，则需要对顺序表进行扩容；除此之外，还需要判断指定下标是否合法（越界）。其中，在插入数据的时候，在插入数据的位置开始，往后的元素都需要先向后移动一个元素，再将需要插入的元素插入到该指定位置处即可。

    /**
     * 判断该顺序表是否为满
     * @return
     */
    private boolean isFull(){
        return this.usedSize==this.elem.length;
    }

    /**
     * 判断输入下标的有效性
     * @param pos
     * @return
     */
    private boolean checkPosInAdd(int pos){
        if(pos<0||pos>this.usedSize){
            return false;
        }
        return true;
    }

    /**
     * 在顺序表指定位置处添加数据
     * @param pos
     * @param data
     */
    public void add(int pos, int data){
        if(!checkPosInAdd(pos)){
            throw new MyArrayListIndexOutException("输入下标不合法");
        }
        if(isFull()){
            this.elem= Arrays.copyOf(this.elem,2*this.elem.length);
        }
        for (int i = this.usedSize-1; i >= pos; i--) {
            this.elem[i+1]=this.elem[i];
        }
        this.elem[pos]=data;
        this.usedSize++;
    }

3.2模拟实现indexOf方法

indexOf方法是查找顺序表中的某个元素并返回其下标。

该方法的实现并不是很难，直接上代码：

    /**
     * 查找顺序表中的某个元素返回其下标
     * @param toFind
     * @return
     */
    public int indexOf(int toFind){
        for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
            if(this.elem[i]==toFind){
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

3.3模拟实现 get 和 set 方法

get方法是获取顺序表中某个位置上的元素；set方法是更新顺序表中某个位置上的元素。

????????（1）get方法：需要先判断输入的下标是否是合法的，以及对顺序表的判断，判断其是否为空，再进行获取指定元素的操作。

    /**
     * 判断输入下标的有效性
     * @param pos
     * @return
     */
    private boolean checkPosInAdd(int pos){
        if(pos<0||pos>this.usedSize){
            return false;
        }
        return true;
    }

    /**
     * 判断顺序表时候为空
     * @return
     */
    private boolean isEmpty(){
        return this.usedSize==0;
    }

    /**
     * 获取pos位置上的元素
     * @param pos
     * @return
     */
    public int get(int pos){
        if(!checkPosInAdd(pos)){
            throw new MyArrayListIndexOutException("输入下标不合法");
        }
        if(isEmpty()){
            throw new MyArrayListEmptyException("顺序表为空");
        }
        return this.elem[pos];
    }

????????（2）set方法：也是一样需要先判断输入的下标是否是合法的，以及对顺序表的判断，判断其是否为空，再进行更新指定元素的操作。

    /**
     * 判断输入下标的有效性
     * @param pos
     * @return
     */
    private boolean checkPosInAdd(int pos){
        if(pos<0||pos>this.usedSize){
            return false;
        }
        return true;
    }

    /**
     * 判断顺序表时候为空
     * @return
     */
    private boolean isEmpty(){
        return this.usedSize==0;
    }

    /**
     * 将pos位置上的元素替换成value值
     * @param pos
     * @param value
     */
    public void set(int pos, int value){
        if(!checkPosInAdd(pos)){
            throw new MyArrayListIndexOutException("输入下标不合法");
        }
        if(isEmpty()){
            throw new MyArrayListEmptyException("顺序表为空");
        }
        this.elem[pos]=value;
    }

3.4模拟实现remove方法

remove方法是用来删除顺序表中的某个元素（数据）。

????????步骤一：判断顺序表是否是空的，如若是空的，则无需进行删除操作。
????????步骤二：使用前面已经有的indexOf方法，找出所要删除元素的下标，找不到则无需进行下面的删除操作。
????????步骤三：以所要删除元素的下标为起始点，将后面的所有元素都向前挪一格即可，最后将usedSize加1。

    /**
     * 查找顺序表中的某个元素返回其下标
     * @param toFind
     * @return
     */
    public int indexOf(int toFind){
        for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
            if(this.elem[i]==toFind){
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 判断顺序表时候为空
     * @return
     */
    private boolean isEmpty(){
        return this.usedSize==0;
    }

    /**
     * 删除顺序表中的某个数据
     * @param key
     */
    public void remove(int key){
        if(isEmpty()){
            throw new MyArrayListEmptyException("顺序表为空");
        }
        int index=indexOf(key);
        if(index==-1){
            System.out.println("顺序表中不存在这个数据");
            return;
        }
        for (int i = index; i < this.usedSize-1; i++) {
            this.elem[i]=this.elem[i+1];
        }
        this.usedSize--;
    }

3.5模拟实现 size 和 clear 方法

size方法是显示顺序表的长度；clear方法是清空顺序表。（这两个方法都只需对usedSize进行操作即可）

????????（1）size方法：直接返回usedSize的值即可。

    /**
     * 显示顺序表的长度
     * @return
     */
    public int size(){
        return this.usedSize;
    }

????????（1）get方法：直接将usedSize的值置为0即可。

    /**
     * 清空顺序表
     */
    public void clear(){
        this.usedSize=0;
    }

这样就将顺序表中的一些常用方法都模拟实现出来了。

4.ArrayList类的基础使用

4.1一段入门代码

在模拟实现完顺序表之后，接下来就是看看ArrayList的基础使用，在实际写代码的过程中，我们基本都是直接使用ArrayList这个类来实现的，前面的模拟实现是让我们更好地、更深入地理解下面使用ArrayList类的使用代码。

示例代码如下：

public class Main {
    public static void main1(String[] args) {
        MyArraylist myArraylist=new MyArraylist();
        myArraylist.add(2);
        myArraylist.add(3);
        myArraylist.add(4);
        myArraylist.display();
        myArraylist.add(2,99);
        myArraylist.display();
        myArraylist.set(2,98);
        myArraylist.display();
        System.out.println(myArraylist.size());
        System.out.println(myArraylist.indexOf(3));
    }
}

运行结果：
在这里插入图片描述

4.2一道经典题目

对于ArrayList类这部分的题目中，有一道比较经典的题目 —— 杨辉三角（此处点开前往LeetCode提前刷此题）。

????????步骤一：将杨辉三角第一行是保证整个杨辉三角能够往下写的条件，较为特殊，单独处理，直接添加数字1即可。
????????步骤二：在杨辉三角每一行头尾处的数字都保证是1，然后将每一行中间部分的每一个位置的数字都添加上一行该位置（j）的数据加上上一行该位置前面（j-1）的数据。
????????步骤三：将每一行已经添加下来的数据都存到ret中即可。

class Solution {
    public List<List<Integer>> generate(int numRows) {
        List<List<Integer>> ret=new ArrayList<>();
        List<Integer> one=new ArrayList<>();
        one.add(1);
        ret.add(one);
        for(int i=1;i<numRows;i++){
            List<Integer> curRow=new ArrayList<>();
            List<Integer> preRow=ret.get(i-1);
            curRow.add(1);
            for(int j=1;j<i;j++){
                curRow.add(preRow.get(j)+preRow.get(j-1));
            }
            curRow.add(1);
            ret.add(curRow);
        }
        return ret;
    }
}

5.简谈顺序表的优缺点

顺序表经常会与后面学到的链表做对比，两者的优缺点是互补的。这里先简单地讲讲顺序表这一部分：
????????（1）顺序表对于数据的插入和删除（更新）效率都是比较低的，时间复杂度达到O(n)，相对于后面学到的链表时间复杂度是偏大的，所以这是其缺点之一。
????????（2）顺序表在插入数据的时候，可能会出现空间不足的情况，然而这时候往往就需要对顺序表进行扩容操作，这样有可能会造成一部分空间未被利用而导致空间浪费，这也是其缺点之一，到后面学习到的链表中则不会出现此类问题。
????????（3）顺序表对于数据的查找效率是非常高的，这也是顺序表的一大亮点，可以直接通过下标来找到顺序表的的某一个数据，时间复杂度仅为O(1)，相比于链表的O(n)有了明显的提升，所以，这是其优点之一。