🐼List
2021-3-11
| 2023-8-3
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在集合类中，List是最基础的一种集合：它是一种有序列表。
List的行为和数组几乎完全相同：List内部按照放入元素的先后顺序存放，每个元素都可以通过索引确定自己的位置，List的索引和数组一样，从0开始。
数组和List类似，也是有序结构，如果使用数组，在添加和删除元素的时候，会非常不方便。例如，从一个已有的数组{'A', 'B', 'C', 'D', 'E'}中删除索引为2的元素：
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这个“删除”操作实际上是把'C'后面的元素依次往前挪一个位置，而“添加”操作实际上是把指定位置以后的元素都依次向后挪一个位置，腾出来的位置给新加的元素。这两种操作，用数组实现非常麻烦。
 
因此，在实际应用中，需要增删元素的有序列表，使用最多的是ArrayList。实际上，ArrayList在内部使用了数组来存储所有元素。例如，一个ArrayList拥有5个元素，实际数组大小为6（即有一个空位）：
notion image
当添加一个元素并指定索引到ArrayList时，ArrayList自动移动需要移动的元素：
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然后，往内部指定索引的数组位置添加一个元素，然后把size加1：
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继续添加元素，但是数组已满，没有空闲位置的时候，ArrayList先创建一个更大的新数组，然后把旧数组的所有元素复制到新数组，紧接着用新数组取代旧数组：
notion image
现在，新数组就有了空位，可以继续添加一个元素到数组末尾，同时size加1：
notion image
可见，ArrayList把添加和删除的操作封装起来，操作List类似于操作数组，却不用关心内部元素如何移动。
 
考察List<E>接口，可以看到几个主要的接口方法：
  • 在末尾添加一个元素：boolean add(E e)
  • 在指定索引添加一个元素：boolean add(int index, E e)
  • 删除指定索引的元素：E remove(int index)
  • 删除某个元素：boolean remove(Object e)
  • 获取指定索引的元素：E get(int index)
  • 获取链表大小（包含元素的个数）：int size()
但是，实现List接口并非只能通过数组（即ArrayList的实现方式）来实现，另一种LinkedList通过“链表”也实现了List接口。在LinkedList中，它的内部每个元素都指向下一个元素：
notion image
比较ArrayList和LinkedList：
notion image
通常情况下优先使用ArrayList。
 

List的特点

使用List时，要关注List接口的规范。List接口允许添加重复的元素，即List内部的元素可以重复：
 
List还允许添加null：
 

创建List

除了使用ArrayList和LinkedList，还可以通过List接口提供的of()方法，根据给定元素快速创建List：
但是List.of()方法不接受null值，如果传入null，会抛出NullPointerException异常。
 

遍历List

和数组类型，我们要遍历一个List，完全可以用for循环根据索引配合get(int)方法遍历：
但这种方式并不推荐，一是代码复杂，二是因为get(int)方法只有ArrayList的实现是高效的，换成LinkedList后，索引越大，访问速度越慢。
所以要始终坚持使用迭代器Iterator来访问List。Iterator本身也是一个对象，但它是由List的实例调用iterator()方法的时候创建的。Iterator对象知道如何遍历一个List，并且不同的List类型，返回的Iterator对象实现也是不同的，但总是具有最高的访问效率。
Iterator对象有两个方法：boolean hasNext()判断是否有下一个元素，E next()返回下一个元素。因此，使用Iterator遍历List代码如下：
通过Iterator遍历List永远是最高效的方式。并且，由于Iterator遍历是如此常用，所以，Java的for each循环本身就可以帮我们使用Iterator遍历：
上述代码就是我们编写遍历List的常见代码。
实际上，只要实现了Iterable接口的集合类都可以直接用for each循环来遍历，Java编译器本身并不知道如何遍历集合对象，但它会自动把for each循环变成Iterator的调用，原因就在于Iterable接口定义了一个Iterator<E> iterator()方法，强迫集合类必须返回一个Iterator实例。
 

List和Array转换

把List变为Array有三种方法，第一种是调用toArray()方法直接返回一个Object[]数组：
这种方法会丢失类型信息，所以实际应用很少。
 
第二种方式是给toArray(T[])传入一个类型相同的Array，List内部自动把元素复制到传入的Array中：
注意到这个toArray(T[])方法的泛型参数<T>并不是List接口定义的泛型参数<E>，所以，我们实际上可以传入其他类型的数组，例如我们传入Number类型的数组，返回的仍然是Number类型：
但是，如果我们传入类型不匹配的数组，例如，String[]类型的数组，由于List的元素是Integer，所以无法放入String数组，这个方法会抛出ArrayStoreException。
如果我们传入的数组大小和List实际的元素个数不一致怎么办？根据List接口的文档，我们可以知道：
如果传入的数组不够大，那么List内部会创建一个新的刚好够大的数组，填充后返回；如果传入的数组比List元素还要多，那么填充完元素后，剩下的数组元素一律填充null。
实际上，最常用的是传入一个“恰好”大小的数组：
最后一种更简洁的写法是通过List接口定义的T[] toArray(IntFunction<T[]> generator)方法：
 
反过来，把Array变为List就简单多了，通过List.of(T...)方法最简单：
对于JDK 11之前的版本，可以使用Arrays.asList(T...)方法把数组转换成List。
要注意的是，返回的List不一定就是ArrayList或者LinkedList，因为List只是一个接口，如果我们调用List.of()，它返回的是一个只读List：
对只读List调用add()、remove()方法会抛出UnsupportedOperationException。
 
 

equals

我们知道List是一种有序链表：List内部按照放入元素的先后顺序存放，并且每个元素都可以通过索引确定自己的位置。
List还提供了boolean contains(Object o)方法来判断List是否包含某个指定元素。此外，int indexOf(Object o)方法可以返回某个元素的索引，如果元素不存在，就返回-1。
我们来看一个例子：
 
我们往List中添加的"C"和调用contains("C")传入的"C"是不是同一个实例？
如果这两个"C"不是同一个实例，这段代码是否还能得到正确的结果？我们可以改写一下代码测试一下：
因为我们传入的是new String("C")，所以一定是不同的实例。结果仍然符合预期，这是为什么呢？
因为List内部并不是通过==判断两个元素是否相等，而是使用equals()方法判断两个元素是否相等，例如contains()方法可以实现如下：
因此，要正确使用List的contains()、indexOf()这些方法，放入的实例必须正确覆写equals()方法，否则，放进去的实例，查找不到。我们之所以能正常放入String、Integer这些对象，是因为Java标准库定义的这些类已经正确实现了equals()方法。
 
以Person对象为例：
不出意外，虽然放入了new Person("Bob")，但是用另一个new Person("Bob")查询不到，原因就是Person类没有覆写equals()方法。
 

编写equals

如何正确编写equals()方法？equals()方法要求我们必须满足以下条件：
  • 自反性（Reflexive）：对于非null的x来说，x.equals(x)必须返回true；
  • 对称性（Symmetric）：对于非null的x和y来说，如果x.equals(y)为true，则y.equals(x)也必须为true；
  • 传递性（Transitive）：对于非null的x、y和z来说，如果x.equals(y)为true，y.equals(z)也为true，那么x.equals(z)也必须为true；
  • 一致性（Consistent）：对于非null的x和y来说，只要x和y状态不变，则x.equals(y)总是一致地返回true或者false；
  • 对null的比较：即x.equals(null)永远返回false。
上述规则看上去似乎非常复杂，但其实代码实现equals()方法是很简单的，以Person类为例：
首先，我们要定义“相等”的逻辑含义。对于Person类，如果name相等，并且age相等，我们就认为两个Person实例相等。
因此，编写equals()方法如下：
对于引用字段比较，我们使用equals()，对于基本类型字段的比较，我们使用==。
如果this.name为null，那么equals()方法会报错，因此，需要继续改写如下：
如果Person有好几个引用类型的字段，上面的写法就太复杂了。要简化引用类型的比较，我们使用Objects.equals()静态方法：
因此，我们总结一下equals()方法的正确编写方法：
  1. 先确定实例“相等”的逻辑，即哪些字段相等，就认为实例相等；
  1. 用instanceof判断传入的待比较的Object是不是当前类型，如果是，继续比较，否则，返回false；
  1. 对引用类型用Objects.equals()比较，对基本类型直接用==比较。
使用Objects.equals()比较两个引用类型是否相等的目的是省去了判断null的麻烦。两个引用类型都是null时它们也是相等的。
如果不调用List的contains()、indexOf()这些方法，那么放入的元素就不需要实现equals()方法。
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