手撸 Java 中 ArrayList、HashMap、TreeMap，全方位解析！

2023-11-15 15:21:51

自行实现 Java 中的关键数据结构：深入了解集合类

在计算机科学中，数据结构对于高效组织和管理数据至关重要。在 Java 编程语言中，集合类提供了用于存储和操作数据的强大工具。在这篇文章中，我们将深入了解如何自行实现 Java 中最常见的三个集合类：ArrayList、HashMap 和 TreeMap 。

1. ArrayList：动态数组，简单高效

ArrayList 是一种动态数组，这意味着它可以随着元素的增减而自动调整大小。它使用数组来存储元素，并提供了一系列方法来操作这些元素，如添加（add()）、删除（remove()）和获取（get()）。

实现 ArrayList

要实现自己的 ArrayList，我们需要定义一个数组来存储元素，并提供相应的方法来操作这些元素。例如，添加元素时，我们需要检查数组是否已满，如果已满，则需要扩容数组；删除元素时，我们需要将元素后面的元素前移，以填补删除的元素留下的空缺。

public class ArrayList<E> {
    private E[] elements;
    private int size;

    public ArrayList() {
        this.elements = (E[]) new Object[10];
        this.size = 0;
    }

    // ... 其他方法（例如 add()、remove()、get() 等）
}

2. HashMap：哈希表，快速查找

HashMap 是一种哈希表，它使用哈希函数将元素映射到一个数组中，从而实现快速查找。哈希函数将元素转换为一个整数，称为哈希值，哈希值决定了元素在数组中的位置。

实现 HashMap

要实现自己的 HashMap，我们需要定义一个数组来存储元素，并提供相应的方法来操作这些元素。例如，添加元素时，我们需要计算元素的哈希值，并将其映射到数组中的相应位置；查找元素时，我们需要计算元素的哈希值，并根据哈希值找到元素在数组中的位置。

public class HashMap<K, V> {
    private Entry<K, V>[] table;
    private int size;

    public HashMap() {
        this.table = new Entry[16];
        this.size = 0;
    }

    // ... 其他方法（例如 put()、get() 等）

    private class Entry<K, V> {
        private K key;
        private V value;
        private Entry<K, V> next;

        // ... 构造函数和方法
    }
}

3. TreeMap：红黑树，有序存储

TreeMap 是一种红黑树，它使用红黑树的数据结构来存储元素，从而实现有序存储。红黑树是一种自平衡二叉树，它可以保持树的高度平衡，从而保证查找、插入和删除元素的效率。

实现 TreeMap

要实现自己的 TreeMap，我们需要定义一个红黑树的数据结构，并提供相应的方法来操作这些元素。例如，添加元素时，我们需要将元素插入到红黑树中，并保持红黑树的平衡；查找元素时，我们需要在红黑树中搜索元素，并返回元素的值。

public class TreeMap<K extends Comparable<K>, V> {
    private Node<K, V> root;
    private int size;

    public TreeMap() {
        this.root = null;
        this.size = 0;
    }

    // ... 其他方法（例如 put()、get() 等）

    private class Node<K, V> {
        private K key;
        private V value;
        private Node<K, V> left;
        private Node<K, V> right;

        // ... 构造函数和方法
    }
}