4.3 列表¶
「列表 list」是一个抽象的数据结构概念，它表示元素的有序集合，支持元素访问、修改、添加、删除和遍历等操作，无需使用者考虑容量限制的问题。列表可以基于链表或数组实现。
- 链表天然可以被看作是一个列表，其支持元素增删查改操作，并且可以灵活动态扩容。
- 数组也支持元素增删查改，但由于其长度不可变，因此只能被看作是一个具有长度限制的列表。
当使用数组实现列表时，长度不可变的性质会导致列表的实用性降低。这是因为我们通常无法事先确定需要存储多少数据，从而难以选择合适的列表长度。若长度过小，则很可能无法满足使用需求；若长度过大，则会造成内存空间的浪费。
为解决此问题，我们可以使用「动态数组 dynamic array」来实现列表。它继承了数组的各项优点，并且可以在程序运行过程中进行动态扩容。
实际上，许多编程语言中的标准库提供的列表都是基于动态数组实现的，例如 Python 中的 list 、Java 中的 ArrayList 、C++ 中的 vector 和 C# 中的 List 等。在接下来的讨论中，我们将把“列表”和“动态数组”视为等同的概念。
4.3.1 列表常用操作¶
1. 初始化列表¶
我们通常使用“无初始值”和“有初始值”这两种初始化方法。
2. 访问元素¶
列表本质上是数组，因此可以在 \(O(1)\) 时间内访问和更新元素，效率很高。
3. 插入与删除元素¶
相较于数组，列表可以自由地添加与删除元素。在列表尾部添加元素的时间复杂度为 \(O(1)\) ，但插入和删除元素的效率仍与数组相同，时间复杂度为 \(O(n)\) 。
list_test.go
/* 清空列表 */
nums = nil
/* 尾部添加元素 */
nums = append(nums, 1)
nums = append(nums, 3)
nums = append(nums, 2)
nums = append(nums, 5)
nums = append(nums, 4)
/* 中间插入元素 */
nums = append(nums[:3], append([]int{6}, nums[3:]...)...) // 在索引 3 处插入数字 6
/* 删除元素 */
nums = append(nums[:3], nums[4:]...) // 删除索引 3 处的元素
4. 遍历列表¶
与数组一样，列表可以根据索引遍历，也可以直接遍历各元素。
5. 拼接列表¶
给定一个新列表 nums1 ，我们可以将该列表拼接到原列表的尾部。
6. 排序列表¶
完成列表排序后，我们便可以使用在数组类算法题中经常考察的“二分查找”和“双指针”算法。
4.3.2 列表实现¶
许多编程语言都提供内置的列表，例如 Java、C++、Python 等。它们的实现比较复杂，各个参数的设定也非常有考究，例如初始容量、扩容倍数等。感兴趣的读者可以查阅源码进行学习。
为了加深对列表工作原理的理解，我们尝试实现一个简易版列表，包括以下三个重点设计。
- 初始容量：选取一个合理的数组初始容量。在本示例中，我们选择 10 作为初始容量。
- 数量记录：声明一个变量
size，用于记录列表当前元素数量，并随着元素插入和删除实时更新。根据此变量，我们可以定位列表尾部，以及判断是否需要扩容。 - 扩容机制：若插入元素时列表容量已满，则需要进行扩容。首先根据扩容倍数创建一个更大的数组，再将当前数组的所有元素依次移动至新数组。在本示例中，我们规定每次将数组扩容至之前的 2 倍。
my_list.py
class MyList:
"""列表类简易实现"""
def __init__(self):
"""构造方法"""
self._capacity: int = 10 # 列表容量
self._arr: list[int] = [0] * self._capacity # 数组（存储列表元素）
self._size: int = 0 # 列表长度（即当前元素数量）
self._extend_ratio: int = 2 # 每次列表扩容的倍数
def size(self) -> int:
"""获取列表长度（即当前元素数量）"""
return self._size
def capacity(self) -> int:
"""获取列表容量"""
return self._capacity
def get(self, index: int) -> int:
"""访问元素"""
# 索引如果越界则抛出异常，下同
if index < 0 or index >= self._size:
raise IndexError("索引越界")
return self._arr[index]
def set(self, num: int, index: int):
"""更新元素"""
if index < 0 or index >= self._size:
raise IndexError("索引越界")
self._arr[index] = num
def add(self, num: int):
"""尾部添加元素"""
# 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if self.size() == self.capacity():
self.extend_capacity()
self._arr[self._size] = num
self._size += 1
def insert(self, num: int, index: int):
"""中间插入元素"""
if index < 0 or index >= self._size:
raise IndexError("索引越界")
# 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if self._size == self.capacity():
self.extend_capacity()
# 将索引 index 以及之后的元素都向后移动一位
for j in range(self._size - 1, index - 1, -1):
self._arr[j + 1] = self._arr[j]
self._arr[index] = num
# 更新元素数量
self._size += 1
def remove(self, index: int) -> int:
"""删除元素"""
if index < 0 or index >= self._size:
raise IndexError("索引越界")
num = self._arr[index]
# 索引 i 之后的元素都向前移动一位
for j in range(index, self._size - 1):
self._arr[j] = self._arr[j + 1]
# 更新元素数量
self._size -= 1
# 返回被删除元素
return num
def extend_capacity(self):
"""列表扩容"""
# 新建一个长度为原数组 __extend_ratio 倍的新数组，并将原数组拷贝到新数组
self._arr = self._arr + [0] * self.capacity() * (self._extend_ratio - 1)
# 更新列表容量
self._capacity = len(self._arr)
def to_array(self) -> list[int]:
"""返回有效长度的列表"""
return self._arr[: self._size]
my_list.cpp
/* 列表类简易实现 */
class MyList {
private:
int *arr; // 数组（存储列表元素）
int arrCapacity = 10; // 列表容量
int arrSize = 0; // 列表长度（即当前元素数量）
int extendRatio = 2; // 每次列表扩容的倍数
public:
/* 构造方法 */
MyList() {
arr = new int[arrCapacity];
}
/* 析构方法 */
~MyList() {
delete[] arr;
}
/* 获取列表长度（即当前元素数量）*/
int size() {
return arrSize;
}
/* 获取列表容量 */
int capacity() {
return arrCapacity;
}
/* 访问元素 */
int get(int index) {
// 索引如果越界则抛出异常，下同
if (index < 0 || index >= size())
throw out_of_range("索引越界");
return arr[index];
}
/* 更新元素 */
void set(int index, int num) {
if (index < 0 || index >= size())
throw out_of_range("索引越界");
arr[index] = num;
}
/* 尾部添加元素 */
void add(int num) {
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if (size() == capacity())
extendCapacity();
arr[size()] = num;
// 更新元素数量
arrSize++;
}
/* 中间插入元素 */
void insert(int index, int num) {
if (index < 0 || index >= size())
throw out_of_range("索引越界");
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if (size() == capacity())
extendCapacity();
// 将索引 index 以及之后的元素都向后移动一位
for (int j = size() - 1; j >= index; j--) {
arr[j + 1] = arr[j];
}
arr[index] = num;
// 更新元素数量
arrSize++;
}
/* 删除元素 */
int remove(int index) {
if (index < 0 || index >= size())
throw out_of_range("索引越界");
int num = arr[index];
// 索引 i 之后的元素都向前移动一位
for (int j = index; j < size() - 1; j++) {
arr[j] = arr[j + 1];
}
// 更新元素数量
arrSize--;
// 返回被删除元素
return num;
}
/* 列表扩容 */
void extendCapacity() {
// 新建一个长度为原数组 extendRatio 倍的新数组
int newCapacity = capacity() * extendRatio;
int *tmp = arr;
arr = new int[newCapacity];
// 将原数组中的所有元素复制到新数组
for (int i = 0; i < size(); i++) {
arr[i] = tmp[i];
}
// 释放内存
delete[] tmp;
arrCapacity = newCapacity;
}
/* 将列表转换为 Vector 用于打印 */
vector<int> toVector() {
// 仅转换有效长度范围内的列表元素
vector<int> vec(size());
for (int i = 0; i < size(); i++) {
vec[i] = arr[i];
}
return vec;
}
};
my_list.java
/* 列表类简易实现 */
class MyList {
private int[] arr; // 数组（存储列表元素）
private int capacity = 10; // 列表容量
private int size = 0; // 列表长度（即当前元素数量）
private int extendRatio = 2; // 每次列表扩容的倍数
/* 构造方法 */
public MyList() {
arr = new int[capacity];
}
/* 获取列表长度（即当前元素数量） */
public int size() {
return size;
}
/* 获取列表容量 */
public int capacity() {
return capacity;
}
/* 访问元素 */
public int get(int index) {
// 索引如果越界则抛出异常，下同
if (index < 0 || index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界");
return arr[index];
}
/* 更新元素 */
public void set(int index, int num) {
if (index < 0 || index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界");
arr[index] = num;
}
/* 尾部添加元素 */
public void add(int num) {
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if (size == capacity())
extendCapacity();
arr[size] = num;
// 更新元素数量
size++;
}
/* 中间插入元素 */
public void insert(int index, int num) {
if (index < 0 || index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界");
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if (size == capacity())
extendCapacity();
// 将索引 index 以及之后的元素都向后移动一位
for (int j = size - 1; j >= index; j--) {
arr[j + 1] = arr[j];
}
arr[index] = num;
// 更新元素数量
size++;
}
/* 删除元素 */
public int remove(int index) {
if (index < 0 || index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界");
int num = arr[index];
// 将索引 index 之后的元素都向前移动一位
for (int j = index; j < size - 1; j++) {
arr[j] = arr[j + 1];
}
// 更新元素数量
size--;
// 返回被删除元素
return num;
}
/* 列表扩容 */
public void extendCapacity() {
// 新建一个长度为原数组 extendRatio 倍的新数组，并将原数组拷贝到新数组
arr = Arrays.copyOf(arr, capacity() * extendRatio);
// 更新列表容量
capacity = arr.length;
}
/* 将列表转换为数组 */
public int[] toArray() {
int size = size();
// 仅转换有效长度范围内的列表元素
int[] arr = new int[size];
for (int i = 0; i < size; i++) {
arr[i] = get(i);
}
return arr;
}
}
my_list.cs
/* 列表类简易实现 */
class MyList {
private int[] arr; // 数组（存储列表元素）
private int arrCapacity = 10; // 列表容量
private int arrSize = 0; // 列表长度（即当前元素数量）
private readonly int extendRatio = 2; // 每次列表扩容的倍数
/* 构造方法 */
public MyList() {
arr = new int[arrCapacity];
}
/* 获取列表长度（即当前元素数量）*/
public int Size() {
return arrSize;
}
/* 获取列表容量 */
public int Capacity() {
return arrCapacity;
}
/* 访问元素 */
public int Get(int index) {
// 索引如果越界则抛出异常，下同
if (index < 0 || index >= arrSize)
throw new IndexOutOfRangeException("索引越界");
return arr[index];
}
/* 更新元素 */
public void Set(int index, int num) {
if (index < 0 || index >= arrSize)
throw new IndexOutOfRangeException("索引越界");
arr[index] = num;
}
/* 尾部添加元素 */
public void Add(int num) {
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if (arrSize == arrCapacity)
ExtendCapacity();
arr[arrSize] = num;
// 更新元素数量
arrSize++;
}
/* 中间插入元素 */
public void Insert(int index, int num) {
if (index < 0 || index >= arrSize)
throw new IndexOutOfRangeException("索引越界");
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if (arrSize == arrCapacity)
ExtendCapacity();
// 将索引 index 以及之后的元素都向后移动一位
for (int j = arrSize - 1; j >= index; j--) {
arr[j + 1] = arr[j];
}
arr[index] = num;
// 更新元素数量
arrSize++;
}
/* 删除元素 */
public int Remove(int index) {
if (index < 0 || index >= arrSize)
throw new IndexOutOfRangeException("索引越界");
int num = arr[index];
// 将索引 index 之后的元素都向前移动一位
for (int j = index; j < arrSize - 1; j++) {
arr[j] = arr[j + 1];
}
// 更新元素数量
arrSize--;
// 返回被删除元素
return num;
}
/* 列表扩容 */
public void ExtendCapacity() {
// 新建一个长度为 arrCapacity * extendRatio 的数组，并将原数组拷贝到新数组
Array.Resize(ref arr, arrCapacity * extendRatio);
// 更新列表容量
arrCapacity = arr.Length;
}
/* 将列表转换为数组 */
public int[] ToArray() {
// 仅转换有效长度范围内的列表元素
int[] arr = new int[arrSize];
for (int i = 0; i < arrSize; i++) {
arr[i] = Get(i);
}
return arr;
}
}
my_list.go
/* 列表类简易实现 */
type myList struct {
arrCapacity int
arr []int
arrSize int
extendRatio int
}
/* 构造函数 */
func newMyList() *myList {
return &myList{
arrCapacity: 10, // 列表容量
arr: make([]int, 10), // 数组（存储列表元素）
arrSize: 0, // 列表长度（即当前元素数量）
extendRatio: 2, // 每次列表扩容的倍数
}
}
/* 获取列表长度（即当前元素数量） */
func (l *myList) size() int {
return l.arrSize
}
/* 获取列表容量 */
func (l *myList) capacity() int {
return l.arrCapacity
}
/* 访问元素 */
func (l *myList) get(index int) int {
// 索引如果越界则抛出异常，下同
if index < 0 || index >= l.arrSize {
panic("索引越界")
}
return l.arr[index]
}
/* 更新元素 */
func (l *myList) set(num, index int) {
if index < 0 || index >= l.arrSize {
panic("索引越界")
}
l.arr[index] = num
}
/* 尾部添加元素 */
func (l *myList) add(num int) {
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if l.arrSize == l.arrCapacity {
l.extendCapacity()
}
l.arr[l.arrSize] = num
// 更新元素数量
l.arrSize++
}
/* 中间插入元素 */
func (l *myList) insert(num, index int) {
if index < 0 || index >= l.arrSize {
panic("索引越界")
}
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if l.arrSize == l.arrCapacity {
l.extendCapacity()
}
// 将索引 index 以及之后的元素都向后移动一位
for j := l.arrSize - 1; j >= index; j-- {
l.arr[j+1] = l.arr[j]
}
l.arr[index] = num
// 更新元素数量
l.arrSize++
}
/* 删除元素 */
func (l *myList) remove(index int) int {
if index < 0 || index >= l.arrSize {
panic("索引越界")
}
num := l.arr[index]
// 索引 i 之后的元素都向前移动一位
for j := index; j < l.arrSize-1; j++ {
l.arr[j] = l.arr[j+1]
}
// 更新元素数量
l.arrSize--
// 返回被删除元素
return num
}
/* 列表扩容 */
func (l *myList) extendCapacity() {
// 新建一个长度为原数组 extendRatio 倍的新数组，并将原数组拷贝到新数组
l.arr = append(l.arr, make([]int, l.arrCapacity*(l.extendRatio-1))...)
// 更新列表容量
l.arrCapacity = len(l.arr)
}
/* 返回有效长度的列表 */
func (l *myList) toArray() []int {
// 仅转换有效长度范围内的列表元素
return l.arr[:l.arrSize]
}
my_list.swift
/* 列表类简易实现 */
class MyList {
private var arr: [Int] // 数组（存储列表元素）
private var _capacity = 10 // 列表容量
private var _size = 0 // 列表长度（即当前元素数量）
private let extendRatio = 2 // 每次列表扩容的倍数
/* 构造方法 */
init() {
arr = Array(repeating: 0, count: _capacity)
}
/* 获取列表长度（即当前元素数量）*/
func size() -> Int {
_size
}
/* 获取列表容量 */
func capacity() -> Int {
_capacity
}
/* 访问元素 */
func get(index: Int) -> Int {
// 索引如果越界则抛出错误，下同
if index < 0 || index >= _size {
fatalError("索引越界")
}
return arr[index]
}
/* 更新元素 */
func set(index: Int, num: Int) {
if index < 0 || index >= _size {
fatalError("索引越界")
}
arr[index] = num
}
/* 尾部添加元素 */
func add(num: Int) {
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if _size == _capacity {
extendCapacity()
}
arr[_size] = num
// 更新元素数量
_size += 1
}
/* 中间插入元素 */
func insert(index: Int, num: Int) {
if index < 0 || index >= _size {
fatalError("索引越界")
}
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if _size == _capacity {
extendCapacity()
}
// 将索引 index 以及之后的元素都向后移动一位
for j in sequence(first: _size - 1, next: { $0 >= index + 1 ? $0 - 1 : nil }) {
arr[j + 1] = arr[j]
}
arr[index] = num
// 更新元素数量
_size += 1
}
/* 删除元素 */
@discardableResult
func remove(index: Int) -> Int {
if index < 0 || index >= _size {
fatalError("索引越界")
}
let num = arr[index]
// 将索引 index 之后的元素都向前移动一位
for j in index ..< (_size - 1) {
arr[j] = arr[j + 1]
}
// 更新元素数量
_size -= 1
// 返回被删除元素
return num
}
/* 列表扩容 */
func extendCapacity() {
// 新建一个长度为原数组 extendRatio 倍的新数组，并将原数组拷贝到新数组
arr = arr + Array(repeating: 0, count: _capacity * (extendRatio - 1))
// 更新列表容量
_capacity = arr.count
}
/* 将列表转换为数组 */
func toArray() -> [Int] {
var arr = Array(repeating: 0, count: _size)
for i in 0 ..< _size {
arr[i] = get(index: i)
}
return arr
}
}
my_list.js
/* 列表类简易实现 */
class MyList {
#arr = new Array(); // 数组（存储列表元素）
#capacity = 10; // 列表容量
#size = 0; // 列表长度（即当前元素数量）
#extendRatio = 2; // 每次列表扩容的倍数
/* 构造方法 */
constructor() {
this.#arr = new Array(this.#capacity);
}
/* 获取列表长度（即当前元素数量）*/
size() {
return this.#size;
}
/* 获取列表容量 */
capacity() {
return this.#capacity;
}
/* 访问元素 */
get(index) {
// 索引如果越界则抛出异常，下同
if (index < 0 || index >= this.#size) throw new Error('索引越界');
return this.#arr[index];
}
/* 更新元素 */
set(index, num) {
if (index < 0 || index >= this.#size) throw new Error('索引越界');
this.#arr[index] = num;
}
/* 尾部添加元素 */
add(num) {
// 如果长度等于容量，则需要扩容
if (this.#size === this.#capacity) {
this.extendCapacity();
}
// 将新元素添加到列表尾部
this.#arr[this.#size] = num;
this.#size++;
}
/* 中间插入元素 */
insert(index, num) {
if (index < 0 || index >= this.#size) throw new Error('索引越界');
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if (this.#size === this.#capacity) {
this.extendCapacity();
}
// 将索引 index 以及之后的元素都向后移动一位
for (let j = this.#size - 1; j >= index; j--) {
this.#arr[j + 1] = this.#arr[j];
}
// 更新元素数量
this.#arr[index] = num;
this.#size++;
}
/* 删除元素 */
remove(index) {
if (index < 0 || index >= this.#size) throw new Error('索引越界');
let num = this.#arr[index];
// 将索引 index 之后的元素都向前移动一位
for (let j = index; j < this.#size - 1; j++) {
this.#arr[j] = this.#arr[j + 1];
}
// 更新元素数量
this.#size--;
// 返回被删除元素
return num;
}
/* 列表扩容 */
extendCapacity() {
// 新建一个长度为原数组 extendRatio 倍的新数组，并将原数组拷贝到新数组
this.#arr = this.#arr.concat(
new Array(this.capacity() * (this.#extendRatio - 1))
);
// 更新列表容量
this.#capacity = this.#arr.length;
}
/* 将列表转换为数组 */
toArray() {
let size = this.size();
// 仅转换有效长度范围内的列表元素
const arr = new Array(size);
for (let i = 0; i < size; i++) {
arr[i] = this.get(i);
}
return arr;
}
}
my_list.ts
/* 列表类简易实现 */
class MyList {
private arr: Array<number>; // 数组（存储列表元素）
private _capacity: number = 10; // 列表容量
private _size: number = 0; // 列表长度（即当前元素数量）
private extendRatio: number = 2; // 每次列表扩容的倍数
/* 构造方法 */
constructor() {
this.arr = new Array(this._capacity);
}
/* 获取列表长度（即当前元素数量）*/
public size(): number {
return this._size;
}
/* 获取列表容量 */
public capacity(): number {
return this._capacity;
}
/* 访问元素 */
public get(index: number): number {
// 索引如果越界则抛出异常，下同
if (index < 0 || index >= this._size) throw new Error('索引越界');
return this.arr[index];
}
/* 更新元素 */
public set(index: number, num: number): void {
if (index < 0 || index >= this._size) throw new Error('索引越界');
this.arr[index] = num;
}
/* 尾部添加元素 */
public add(num: number): void {
// 如果长度等于容量，则需要扩容
if (this._size === this._capacity) this.extendCapacity();
// 将新元素添加到列表尾部
this.arr[this._size] = num;
this._size++;
}
/* 中间插入元素 */
public insert(index: number, num: number): void {
if (index < 0 || index >= this._size) throw new Error('索引越界');
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if (this._size === this._capacity) {
this.extendCapacity();
}
// 将索引 index 以及之后的元素都向后移动一位
for (let j = this._size - 1; j >= index; j--) {
this.arr[j + 1] = this.arr[j];
}
// 更新元素数量
this.arr[index] = num;
this._size++;
}
/* 删除元素 */
public remove(index: number): number {
if (index < 0 || index >= this._size) throw new Error('索引越界');
let num = this.arr[index];
// 将索引 index 之后的元素都向前移动一位
for (let j = index; j < this._size - 1; j++) {
this.arr[j] = this.arr[j + 1];
}
// 更新元素数量
this._size--;
// 返回被删除元素
return num;
}
/* 列表扩容 */
public extendCapacity(): void {
// 新建一个长度为 size 的数组，并将原数组拷贝到新数组
this.arr = this.arr.concat(
new Array(this.capacity() * (this.extendRatio - 1))
);
// 更新列表容量
this._capacity = this.arr.length;
}
/* 将列表转换为数组 */
public toArray(): number[] {
let size = this.size();
// 仅转换有效长度范围内的列表元素
const arr = new Array(size);
for (let i = 0; i < size; i++) {
arr[i] = this.get(i);
}
return arr;
}
}
my_list.dart
/* 列表类简易实现 */
class MyList {
late List<int> _arr; // 数组（存储列表元素）
int _capacity = 10; // 列表容量
int _size = 0; // 列表长度（即当前元素数量）
int _extendRatio = 2; // 每次列表扩容的倍数
/* 构造方法 */
MyList() {
_arr = List.filled(_capacity, 0);
}
/* 获取列表长度（即当前元素数量）*/
int size() => _size;
/* 获取列表容量 */
int capacity() => _capacity;
/* 访问元素 */
int get(int index) {
if (index >= _size) throw RangeError('索引越界');
return _arr[index];
}
/* 更新元素 */
void set(int index, int num) {
if (index >= _size) throw RangeError('索引越界');
_arr[index] = num;
}
/* 尾部添加元素 */
void add(int num) {
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if (_size == _capacity) extendCapacity();
_arr[_size] = num;
// 更新元素数量
_size++;
}
/* 中间插入元素 */
void insert(int index, int num) {
if (index >= _size) throw RangeError('索引越界');
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if (_size == _capacity) extendCapacity();
// 将索引 index 以及之后的元素都向后移动一位
for (var j = _size - 1; j >= index; j--) {
_arr[j + 1] = _arr[j];
}
_arr[index] = num;
// 更新元素数量
_size++;
}
/* 删除元素 */
int remove(int index) {
if (index >= _size) throw RangeError('索引越界');
int num = _arr[index];
// 将索引 index 之后的元素都向前移动一位
for (var j = index; j < _size - 1; j++) {
_arr[j] = _arr[j + 1];
}
// 更新元素数量
_size--;
// 返回被删除元素
return num;
}
/* 列表扩容 */
void extendCapacity() {
// 新建一个长度为原数组 _extendRatio 倍的新数组
final _newNums = List.filled(_capacity * _extendRatio, 0);
// 将原数组拷贝到新数组
List.copyRange(_newNums, 0, _arr);
// 更新 _arr 的引用
_arr = _newNums;
// 更新列表容量
_capacity = _arr.length;
}
/* 将列表转换为数组 */
List<int> toArray() {
List<int> arr = [];
for (var i = 0; i < _size; i++) {
arr.add(get(i));
}
return arr;
}
}
my_list.rs
/* 列表类简易实现 */
#[allow(dead_code)]
struct MyList {
arr: Vec<i32>, // 数组（存储列表元素）
capacity: usize, // 列表容量
size: usize, // 列表长度（即当前元素数量）
extend_ratio: usize, // 每次列表扩容的倍数
}
#[allow(unused,unused_comparisons)]
impl MyList {
/* 构造方法 */
pub fn new(capacity: usize) -> Self {
let mut vec = Vec::new();
vec.resize(capacity, 0);
Self {
arr: vec,
capacity,
size: 0,
extend_ratio: 2,
}
}
/* 获取列表长度（即当前元素数量）*/
pub fn size(&self) -> usize {
return self.size;
}
/* 获取列表容量 */
pub fn capacity(&self) -> usize {
return self.capacity;
}
/* 访问元素 */
pub fn get(&self, index: usize) -> i32 {
// 索引如果越界则抛出异常，下同
if index < 0 || index >= self.size {panic!("索引越界")};
return self.arr[index];
}
/* 更新元素 */
pub fn set(&mut self, index: usize, num: i32) {
if index < 0 || index >= self.size {panic!("索引越界")};
self.arr[index] = num;
}
/* 尾部添加元素 */
pub fn add(&mut self, num: i32) {
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if self.size == self.capacity() {
self.extend_capacity();
}
self.arr[self.size] = num;
// 更新元素数量
self.size += 1;
}
/* 中间插入元素 */
pub fn insert(&mut self, index: usize, num: i32) {
if index < 0 || index >= self.size() {panic!("索引越界")};
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if self.size == self.capacity() {
self.extend_capacity();
}
// 将索引 index 以及之后的元素都向后移动一位
for j in (index..self.size).rev() {
self.arr[j + 1] = self.arr[j];
}
self.arr[index] = num;
// 更新元素数量
self.size += 1;
}
/* 删除元素 */
pub fn remove(&mut self, index: usize) -> i32 {
if index < 0 || index >= self.size() {panic!("索引越界")};
let num = self.arr[index];
// 将索引 index 之后的元素都向前移动一位
for j in (index..self.size - 1) {
self.arr[j] = self.arr[j + 1];
}
// 更新元素数量
self.size -= 1;
// 返回被删除元素
return num;
}
/* 列表扩容 */
pub fn extend_capacity(&mut self) {
// 新建一个长度为原数组 extend_ratio 倍的新数组，并将原数组拷贝到新数组
let new_capacity = self.capacity * self.extend_ratio;
self.arr.resize(new_capacity, 0);
// 更新列表容量
self.capacity = new_capacity;
}
/* 将列表转换为数组 */
pub fn to_array(&mut self) -> Vec<i32> {
// 仅转换有效长度范围内的列表元素
let mut arr = Vec::new();
for i in 0..self.size {
arr.push(self.get(i));
}
arr
}
}
my_list.c
/* 列表类简易实现 */
struct myList {
int *arr; // 数组（存储列表元素）
int capacity; // 列表容量
int size; // 列表大小
int extendRatio; // 列表每次扩容的倍数
};
typedef struct myList myList;
/* 构造函数 */
myList *newMyList() {
myList *nums = malloc(sizeof(myList));
nums->capacity = 10;
nums->arr = malloc(sizeof(int) * nums->capacity);
nums->size = 0;
nums->extendRatio = 2;
return nums;
}
/* 析构函数 */
void delMyList(myList *nums) {
free(nums->arr);
free(nums);
}
/* 获取列表长度 */
int size(myList *nums) {
return nums->size;
}
/* 获取列表容量 */
int capacity(myList *nums) {
return nums->capacity;
}
/* 访问元素 */
int get(myList *nums, int index) {
assert(index >= 0 && index < nums->size);
return nums->arr[index];
}
/* 更新元素 */
void set(myList *nums, int index, int num) {
assert(index >= 0 && index < nums->size);
nums->arr[index] = num;
}
/* 尾部添加元素 */
void add(myList *nums, int num) {
if (size(nums) == capacity(nums)) {
extendCapacity(nums); // 扩容
}
nums->arr[size(nums)] = num;
nums->size++;
}
/* 中间插入元素 */
void insert(myList *nums, int index, int num) {
assert(index >= 0 && index < size(nums));
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if (size(nums) == capacity(nums)) {
extendCapacity(nums); // 扩容
}
for (int i = size(nums); i > index; --i) {
nums->arr[i] = nums->arr[i - 1];
}
nums->arr[index] = num;
nums->size++;
}
/* 删除元素 */
// 注意：stdio.h 占用了 remove 关键词
int removeNum(myList *nums, int index) {
assert(index >= 0 && index < size(nums));
int num = nums->arr[index];
for (int i = index; i < size(nums) - 1; i++) {
nums->arr[i] = nums->arr[i + 1];
}
nums->size--;
return num;
}
/* 列表扩容 */
void extendCapacity(myList *nums) {
// 先分配空间
int newCapacity = capacity(nums) * nums->extendRatio;
int *extend = (int *)malloc(sizeof(int) * newCapacity);
int *temp = nums->arr;
// 拷贝旧数据到新数据
for (int i = 0; i < size(nums); i++)
extend[i] = nums->arr[i];
// 释放旧数据
free(temp);
// 更新新数据
nums->arr = extend;
nums->capacity = newCapacity;
}
/* 将列表转换为 Array 用于打印 */
int *toArray(myList *nums) {
return nums->arr;
}
my_list.zig
// 列表类简易实现
fn MyList(comptime T: type) type {
return struct {
const Self = @This();
arr: []T = undefined, // 数组（存储列表元素）
arrCapacity: usize = 10, // 列表容量
numSize: usize = 0, // 列表长度（即当前元素数量）
extendRatio: usize = 2, // 每次列表扩容的倍数
mem_arena: ?std.heap.ArenaAllocator = null,
mem_allocator: std.mem.Allocator = undefined, // 内存分配器
// 构造函数（分配内存+初始化列表）
pub fn init(self: *Self, allocator: std.mem.Allocator) !void {
if (self.mem_arena == null) {
self.mem_arena = std.heap.ArenaAllocator.init(allocator);
self.mem_allocator = self.mem_arena.?.allocator();
}
self.arr = try self.mem_allocator.alloc(T, self.arrCapacity);
@memset(self.arr, @as(T, 0));
}
// 析构函数（释放内存）
pub fn deinit(self: *Self) void {
if (self.mem_arena == null) return;
self.mem_arena.?.deinit();
}
// 获取列表长度（即当前元素数量）
pub fn size(self: *Self) usize {
return self.numSize;
}
// 获取列表容量
pub fn capacity(self: *Self) usize {
return self.arrCapacity;
}
// 访问元素
pub fn get(self: *Self, index: usize) T {
// 索引如果越界则抛出异常，下同
if (index < 0 or index >= self.size()) @panic("索引越界");
return self.arr[index];
}
// 更新元素
pub fn set(self: *Self, index: usize, num: T) void {
// 索引如果越界则抛出异常，下同
if (index < 0 or index >= self.size()) @panic("索引越界");
self.arr[index] = num;
}
// 尾部添加元素
pub fn add(self: *Self, num: T) !void {
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if (self.size() == self.capacity()) try self.extendCapacity();
self.arr[self.size()] = num;
// 更新元素数量
self.numSize += 1;
}
// 中间插入元素
pub fn insert(self: *Self, index: usize, num: T) !void {
if (index < 0 or index >= self.size()) @panic("索引越界");
// 元素数量超出容量时，触发扩容机制
if (self.size() == self.capacity()) try self.extendCapacity();
// 将索引 index 以及之后的元素都向后移动一位
var j = self.size() - 1;
while (j >= index) : (j -= 1) {
self.arr[j + 1] = self.arr[j];
}
self.arr[index] = num;
// 更新元素数量
self.numSize += 1;
}
// 删除元素
pub fn remove(self: *Self, index: usize) T {
if (index < 0 or index >= self.size()) @panic("索引越界");
var num = self.arr[index];
// 索引 i 之后的元素都向前移动一位
var j = index;
while (j < self.size() - 1) : (j += 1) {
self.arr[j] = self.arr[j + 1];
}
// 更新元素数量
self.numSize -= 1;
// 返回被删除元素
return num;
}
// 列表扩容
pub fn extendCapacity(self: *Self) !void {
// 新建一个长度为 size * extendRatio 的数组，并将原数组拷贝到新数组
var newCapacity = self.capacity() * self.extendRatio;
var extend = try self.mem_allocator.alloc(T, newCapacity);
@memset(extend, @as(T, 0));
// 将原数组中的所有元素复制到新数组
std.mem.copy(T, extend, self.arr);
self.arr = extend;
// 更新列表容量
self.arrCapacity = newCapacity;
}
// 将列表转换为数组
pub fn toArray(self: *Self) ![]T {
// 仅转换有效长度范围内的列表元素
var arr = try self.mem_allocator.alloc(T, self.size());
@memset(arr, @as(T, 0));
for (arr, 0..) |*num, i| {
num.* = self.get(i);
}
return arr;
}
};
}