java数组的三种扩容方式以及程序实现详解

因为数组是在内存中连续的一段存储空间，所以数组一旦被创建，空间就固定了，长度是不能扩增的。

数组的长度是固定的，如果需要扩充**，必须创建新数组，原数组的长度要复制到新数组中 。**

java中，数组类型的变量传值的时候，事实上传递的是数组的地址 。

Java数组扩容的原理

1）Java数组对象的大小是固定不变的，数组对象是不可扩容的。

2）利用数组复制方法可以变通的实现数组扩容。

3）System.arraycopy()可以复制数组。

4）Arrays.copyOf()可以简便的创建数组副本。

5）创建数组副本的同时将数组长度增加就变通的实现了数组的扩容。

数组扩容的三种方式：

新建一个数组，把原来数组的内容搬到 新数组中。

用系统定义函数system.arraycopy实现扩容；

用系统定义函数copyof函数实现扩容；

下面用程序来实现这三种扩容

class expand2{
 //利用函数的方法进行数组的扩充
 public static void main(String[] args) {
 //定义一个小型的数组
 int[] a={1,2,3,5};
 //调用扩容函数
 //a=expand2(a);
 //a=expand3(a);
 a=expand4(a);
 //测试是否扩容完成，输出此时数组a中的值
 for (int i=0;i<a.length;i++) {
 System.out.println("aaaa:"+a[i]);
 }
 }

 //扩容函数，
 public static int[] expand2(int a[]){
 //定义一个新数组b，并为其赋值长度为数组a的二倍
 int b[] = new int[a.length*2];
 //将数组a的元素循环遍历到数组b中
 for (int i=0;i<a.length;i++) {
 b[i] = a[i];
 }
 //返回扩容后的数组b
 return b;
 }

 //数组扩容方法3，利用系统函数arraycopy进行扩容
 public static int[] expand3(int a[]){
 int[] b = new int[a.length*2];
 //系统函数进行扩容，将a[]的值赋值到b[]中，共a.length个长度。
 //相当于第19-21行
 System.arraycopy(a,0,b,0,a.length);
 return b;
 }
 
 //数组扩容方法4，利用系统函数copy进行扩容
 public static int[] expand4(int a[]){
 //可以查看api文档，java.util.Arrays.copyOf的详细使用；
 return java.util.Arrays.copyOf(a,a.length*2);
 }
}

实现案例：

案例1 : 统计一个字符在字符串中的所有位置.

字符串: 统计一个字符在字符串中的所有位置

字符: '字'

返回: {4,7}

public class CountCharDemo {
 public static void main(String[] args) {
  char key = '字';
  String str = "统计一个字符在字符串中的所有位置";
  int[] count=count(str,key);
  System.out.println(Arrays.toString(count));//[4, 7]
 }
 public static int[] count(String str,char key){
  int[] count={};
  for(int i=0;i<str.length();i++){
   char c=str.charAt(i);
   if(c==key){
    //扩展数组
    count=Arrays.copyOf(count, count.length+1);
    //添加序号i
    count[count.length-1]=i;
   }
  }
  return count;
 }
}

char[]、String、StringBuilder

char[]:字符序列, 只有字符数据, 没有操作, 如果算法优秀, 性能最好。

String: char[] + 方法(操作, API功能)

StringBuilder: char[] + 方法(操作char[] 的内容)

String：内部包含内容不可变的char[]，表现为String对象不可变。String包含操作(API方法)，是对char[]操作，但不改变原对象经常返回新的对象，很多String API提供了复杂的性能优化算法，如：静态字符串池。

StringBuilder：内部也是一个char[]，但是这个数组内容是可变的，并且自动维护扩容算法，因为数据内容可变，所以叫：可变字符串。StringBuilder API方法，是动态维护char[]内容，都可以改变char[]内容。

public abstract class AbstractStringBuilder {
 /** The value is used for character storage.*/
 char value[];
 /** The count is the number of characters used.*/
 int count;
 /** Returns the length (character count).*/
 public int length() {
  return count;
 }

 public AbstractStringBuilder append(String str) {
  if (str == null)
   str = "null";
  int len = str.length();
  if (len == 0)
   return this;
  int newCount = count + len;
  if (newCount > value.length)
   expandCapacity(newCount);
  str.getChars(0, len, value, count);
  count = newCount;
  return this;
 }

 /**
  * 自动实现Java数组扩容
  */
 void expandCapacity(int minimumCapacity) {
  int newCapacity = (value.length + 1) * 2;
  if (newCapacity < 0) {
   newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
  } else if (minimumCapacity > newCapacity) {
   newCapacity = minimumCapacity;
  }
  value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
 }
}

字符串数组与String类的原理

/** 字符串数组与String类的原理 */
public class CharArrayDemo {
 public static void main(String[] args) {
  /* Java 可以将char[]作为字符串处理 */
  char[] ch1={'中','国','北','京'};
  char[] ch2={'欢','迎','您'};
  System.out.println(ch1);//中国北京
  System.out.println(ch2);//欢迎您
  /* char[]运算需要编程处理,如连接: */
  char[] ch3=Arrays.copyOf(ch1, ch1.length+ch2.length);
  System.arraycopy(ch2, 0, ch3, ch1.length, ch2.length);
  System.out.println(ch3);//中国北京欢迎您
  /* String API提供了简洁的连接运算: */
  String str1="中国北京";
  String str2="欢迎您";
  String str3=str1.concat(str2);
  System.out.println(str3);//中国北京欢迎您
  /* 字符串转大写: */
  char[] ch4={'A','a','c','f'};
  char[] ch5=Arrays.copyOf(ch4, ch4.length);
  for(int i=0;i<ch5.length;i++){
   char c=ch5[i];
   if(c>='a' && c<='z'){
    ch5[i]=(char)(c+('A'-'a'));
   }
  }
  System.out.println(ch5);//AACF, 原数组ch4不变
  String str4="Aacf";
  String str5=str4.toUpperCase();//原字符串str4保持不变
  System.out.println(str5);//AACF
 }
}

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