【日撸 Java 三百行】Day 11（顺序表（一））

Day 11：顺序表（一）

一、关于顺序表

二、关于面向对象

三、代码模块分析

1. 顺序表的属性

2. 顺序表的方法

四、代码及测试

拓展：

小结

Day 11：顺序表（一）

Task：

在《数据结构》中, 使用“抽象数据类型”来描述不同的数据结构. 在《面向对象程序设计》中, 用对象来存储数据及其上的操作. 我认为, 它们的本质都是相同的.

对象: 数据及其上操作的总和. 例如, 我是一个对象, 具有身高、体重、年龄、跑步速度等数据; 同时，我具有吃饭、睡觉、送快递等功能. 从计算机的发展来看, 第一阶段以操作 (函数) 为中心, 一个计算导弹轨迹的函数, 根据不同输入获得不同输出. 第二阶段以数据为中心, 即数据存放于数据库, 使用不同的算法来处理它. 第三阶段认为数据及其上的操作是统一不可分的, 这就到了面向对象.
类. 前面已经使用过 int i; 这类代码, int 就是类型, i 是一个具体的整数变量. 同理, 对象就是属于某种类的变量. 也可以用集合的方式来理解: 类是集合, 对象是其中的元素; int 是指所有整数的集合, i 是其中的一个元素.
包. 包并非程序设计必须的东西, 其作用仅仅是将类进行合理的组织. 但是, 在计算机界, 往往这种可有可无的东西才是最重要的. 如文档、注释、编码规范. 可有可无是针对程序的运行而言, 其核心是计算机; 而重要是针对程序的易读性、可维护性而言, 其核心是程序员.
常量用 final 修饰. 这里故意把 MAX_LENGTH 设置得比较少, 方便调拭后面的越界检查代码.
用 new 生成新的对象.
有一个成员变量叫做 length. 程序里还有用 length 表示一个整数数组的长度. 实际上, 同一个变量名可以被不同的类所使用, 例如: 人有体重, 西瓜也有重量. 由于限定了不同的类、不同的对象, 它们之间就不会有冲突. 张三的体重、李四的体重，有关联才奇怪了. 这段描述写出来怪怪的, 明明现实生活中就是如此. 但这也正是体现了面向对象的特点: 比面向过程的程序设计更贴合我们的人类认知, 也就更远离机器底层.
toString 这个方法很特殊, 它覆盖了 Object 类的相应方法. 可以看到, 在 println 里面使用 tempFirstList 里, 由于是用另一个字符串与其相加, 系统会自动调用 tempFirstList.toString().

一、关于顺序表

详细的介绍，可以参考这一篇学习笔记：【数据结构】线性表-CSDN博客
虽然学习笔记中是用 C++ 来实现的，但是构建顺序表的思维模式是相同的，举一反三即可。接下来简单说说顺序表。

顺序表从属于线性表这一个大类。线性表，全名为线性存储结构，使用线性表存储数据的方式可以这样理解，即“把所有数据用一根线儿串起来，再存储到物理空间中”。
按顺序方式存储的线性表称为顺序表(array-based list),又称为向量(vector),通过创建数组来建立。顺序表中的每个元素按其顺序有唯一的索引值,又称下标值,可以用来方便地访问元素内容。

一般来说，所有的编程语言模拟顺序表的方法都是通过数组，因为数组的存储与逻辑结构与顺序表几乎完全一致。

二、关于面向对象

在学习 C++ 时，为了引入 “类” 的概念，我们初步接触了 “面相对象” 这一程序设计原则。

那么我们为什么要重谈 “类” 这个概念呢？首先，我们需要区分面向过程的程序设计和面向对象的程序设计有何区别。

        面向过程的程序设计是以具体的解题过程为研究和实现的主体，而面向对象的程序设计是以需解决的问题中所涉及的各种对象为主体。
        在面向对象的方法学中，“对象”是现实世界的实体或概念在计算机逻辑中的抽象表示。具体地，对象是具有唯一对象名和对外接口的一组属性和操作的集合。例如，将现实中的“人”抽象来，它具有姓名、年龄、住址等属性，同时具有设置住址、获得年龄、跑动、跳舞等对外的接口和操作。
        面向对象的问题求解就是力图从实际问题中抽象出这些封装了数据和操作的对象，通过定义接口来描述它们的地位及与其他对象的关系，最终形成一个广泛联系的对象模型系统。相对于传统的面向过程的程序设计方法，面向对象的程序设计具有如下的优点。

对象的数据封装特性消除了传统结构方法中数据与操作分离所带来的种种问题提高了程序的可复用性和可维护性，降低了程序员保持数据与操作相容的负担。
对象的数据封装特性还可以把对象的私有数据和公共数据分离开，保护了私有数据，减少了可能的模块间干扰，达到降低程序复杂性、提高可控性的目的。
对象作为独立的整体具有良好的自洽性。即，它可以通过自身定义的操作来管理自己。一个对象的操作可以完成两类功能，一是修改自身的状态，二是向外界发布消息。当一个对象欲影响其他对象时，它需要调用其他对象自身的方法，而不是直接去改变那个对象。这样可以维护对象的完整性。
对象之间通过一定的接口和相应的消息机制相联系。这个特性与对象的封装性结合在一起，较好地实现了信息的隐藏。使用对象时只需要了解其接口提供的功能操作即可而不必了解对象内部的数据描述和具体的功能实现。
继承是面向对象方法中除封装外的另一个重要特性。通过继承可以很方便地实现应用的扩展和已有代码的重复使用，在保证质量的前提下提高开发效率。

在今天的代码中，我们会较为频繁的涉及 关键字final，重载，这部分与 C++ 有异曲同工之妙，理解起来并不是很难。但为了保证自己对知识的掌握程度以及理解程度，这里还是单开一篇博文来讲述，可以参考这一篇学习笔记：

三、代码模块分析

有了基础知识的储备后，我们可以开始完成今天的任务了。

1. 顺序表的属性

	/**
	 * The maximal length of the list. It is a constant.
	 */
	public static final int MAX_LENGTH = 10;

	/**
	 * The actual length not exceeding MAX_LENGTH. Attention: length is not only the
	 * member variable of Sequential list, but also the member variable of Array. In
	 * fact, a name can be the member variable of different classes.
	 */
	int length;

	/**
	 * The data stored in an array.
	 */
	int[] data;

这些内容是对于顺序表数据结构需要使用的属性，本代码构建的是静态创建的顺序表，因此在最开始就需要限定顺序表的分配长度而无法在后期再更改（MAX_LENGTH）。所以使用了final int这个关键字，综上，final限制基本的系统数据类型后，此类型无法被更改，如同常量一样（就像C++的const，另外这种常量声明的名称标识都必须是大写表示，这虽然不是编译器强制的，但是是我们统一的习惯）

2. 顺序表的方法

需要说明的是，此类的名称要求统一命名为SequentialList()

	public SequentialList() {
		length = 0;
		data = new int[MAX_LENGTH];
	}// Of the first constructor

	/**
	 *********************
	 * Construct a sequential list using an array.
	 * 
	 * @param paraArray The given array. Its length should not exceed MAX_LENGTH.
	 *                  For simplicity now we do not check it.
	 *********************
	 */
	public SequentialList(int[] paraArray) {
		data = new int[MAX_LENGTH];
		length = paraArray.length;

		// Copy data.
		for (int i = 0; i < paraArray.length; i++) {
			data[i] = paraArray[i];
		} // Of for i
	}// Of the second constructor

	/**
	 *********************
	 * Overrides the method claimed in Object, the superclass of any class.
	 *********************
	 */
	public String toString() {
		String resultString = "";

		if (length == 0) {
			return "empty";
		} // Of if

		for (int i = 0; i < length - 1; i++) {
			resultString += data[i] + ",";
		} // Of for i

		resultString += data[length - 1];

		return resultString;
	}// Of toString

	/**
	 *********************
	 * Reset to emppty
	 *********************
	 */
	public void reset() {
		length = 0;
	}// Of reset

这里对于构造函数使用了重载，public SequentialList()创建了个无参构造函数，public SequentialList(int[] paraArray)构造了输入数组作为参数的构造函数。前者适合于一般情况下我们初始化顺序表的操作，后者能非常快捷完成数据的复制操作。

此外，这里还重写了Object的toString()方法（Java中所有类都是Object类的儿子）,因为这个方法与print()方法挂钩，重写了这个方法后，我们创建的对象就能通过print操作打印出数据，能更加方便数据的使用以及可读性。

最后，参考 “线性表” 学习笔记，我们知道，还可以构建其他辅助的方法，如 append，insert，setValue 等方法。

四、代码及测试

package datastructure.list;

/**
 * Sequential list.
 *
 * @author: Changyang Hu joe03@foxmail.com
 * @date created: 2025-05-12
 */
public class SequentialList {

	/**
	 * The maximal length of the list. It is a constant.
	 */
	public static final int MAX_LENGTH = 10;

	/**
	 * The actual length not exceeding MAX_LENGTH. Attention: length is not only
	 * the member variable of Sequential list, but also the member variable of
	 * Array. In fact, a name can be the member variable of different classes.
	 */
	int length;

	/**
	 * The data stored in an array.
	 */
	int[] data;

	/**
	 * 
	 *********************
	 * @Title: SquentialList
	 * @Description: Construct an empty sequential list.
	 * 
	 * @return void 
	 *********************
	 */
	public SequentialList() {
		length = 0;
		data = new int[MAX_LENGTH];
	}// Of the first constructor

	/**
	 *********************
	 * Construct a sequential list using an array.
	 * 
	 * @param paraArray
	 * 				The given array. Its length should not exceed MAX_LENGTH. For
	 *            	simplicity now we do not check it.
	 *********************            
	 */
	public SequentialList(int[] paraArray) {
		data = new int[MAX_LENGTH];
		length = paraArray.length;

		// Copy data
		for (int i = 0; i < paraArray.length; i++) {
			data[i] = paraArray[i];
		} // Of for i
	}// Of the second constructor

	/**
	 *********************
	 * Overrides the method claimed in Object, the superclass of any class.
	 *********************
	 */
	public String toString() {
		String resultString = "";

		if (length == 0) {
			return "empty";
		} // Of if

		for (int i = 0; i < length; i++) {
			resultString += data[i] + ",";
		} // Of for i

		resultString += data[length - 1];

		return resultString;
	}// Of toString

	/**
	 * 
	 *********************
	 * @Title: reset
	 * @Description: Reset to empty.
	 * 
	 * @return void 
	 *********************
	 */
	public void reset() {
		length = 0;
	}// Of reset

	/**
	 * 
	 *********************
	 * @Title: main
	 * @Description: The entrance of the program.
	 *
	 * @param args Not used now.
	 * @return void 
	 *********************
	 */
	public static void main(String args[]) {
		int[] tempArray = { 1, 4, 6, 9 };
		SequentialList tempFirstList = new SequentialList(tempArray);
		System.out.println("Initialized, the list is: " + tempFirstList.toString());
		System.out.println("Again, the list is: " + tempFirstList);

		tempFirstList.reset();
		System.out.println("After reset, the list is: " + tempFirstList);
	}// Of main

}// Of clas SequentialList

其中，需要注意的是第一二行，我们用了两种不同的输出方式，一种调用了我们重构的 toString() 函数，另一种是通过 println() 函数中对 List 的特殊处理方式。

拓展：

顺序表基本概念：【数据结构】线性表-CSDN博客

类、包和接口：

小结

顺序表作为我们最开始接触到的数据结构，难度是很小的，因为其内核思想符合我们正常思维，即 “按顺序先来后到”。
但是，从实践层面来看，有人说，很多计算机的问题，本质上都可以视为字符串的处理。字符串处理是数据处理中最基础也是最麻烦也是的问题，而字符串本身上就是顺序表的字符表现。
计算机算法领域的非常重要的查找与排序问题也是属于顺序表问题，SQL数据库中也充满各种顺序表的信息展现，其中是否能选取合理的索引结构，能影响整个数据库的效率。

所以综上所述，顺序表也是很困难的。因为我们选择了最简单的按顺序存储，所以在实现对全局数据的操控中（如插入，查询等），就需要我们去花心思研究高效的算法。

因为，本质上，这是逻辑丰富与物理存储单一的矛盾。

同时，还需要注意一点，从这一次学习开始，我们会接触越来越多的数据结构，因此固定库给的函数肯定是无法处理所有结构的。为了解决这一问题，我们需要去重构不同的函数。数据结构可能是不同的，但其方法的目的是有共通性的。在学习的过程中，不断去总结，感悟，从而一步一步提高自身的代码能力和素养。