人形机器人全自由度设计：从仿生陷阱到工程落地的关键路径
2026/10/20 5:31:10
Java动态数组（一）
- 前提概要
- 创建动态数组
- 泛型
- 基本数据类型的封装类
- 常用操作方法
- 与静态数组的方法对比
- 下期预告
前提概要
在《C 语言实现数组动态扩容》一文中，我们已经介绍了 C 语言中数组动态扩容的实现方式。实际上，在 Java 中同样可以实现类似的效果。
- 必备知识：Java数组
创建动态数组
在 Java 中，我们不需要像在 C 语言中那样手动分配内存。Java 已经为我们提供了现成的动态数组实现 ——ArrayList，它是一个可以自动扩容的“可变长数组”。
它的底层原理其实并不复杂：
- 本质上依然是一个普通数组；
- 当元素装满后，会自动申请一个更大的数组，并将原数组中的元素复制过去；
- 因此，我们只需关心“往里添加元素”，而无需担心容量是否足够。
创建ArrayList的示例代码如下（第一行import是把ArrayList这个类引入当前文件，不要忘记加！）：
importjava.util.ArrayList;ArrayList<String>list1=newArrayList<>();下面逐段拆解这行代码：
- ArrayList：类名，表示“动态数组”这个现成的类。
- <String>：泛型，表示该列表只能存储
String类型的元素。- 指定
<String>后，如果执行list.add(100)，编译器会直接报错。 - 如果不写泛型（如
ArrayList list2 = new ArrayList<>()），则列表可以存储任意类型的元素。
- 指定
- new ArrayList<>()：创建对象。后面的
<>中无需再次指定类型，编译器会自动推断。()里还可以传一个整数，比如new ArrayList<>(20)，用来设置初始容量，表示一开始先预留 20 个存储位置；如果已经知道大概要存多少个元素，提前设置可以减少自动扩容次数。不传也没关系，默认会自动处理，后续元素超出容量时仍然会自动扩容。
泛型
ArrayList<String>中的<String>就叫“泛型”，它用来限定这个动态数组只能存放哪一种类型的数据。
除了String，你还可以根据实际需要指定其他类型，例如：
ArrayList<Integer>：只能存放整数；ArrayList<Double>：只能存放小数；
注意：尖括号里不能写基本类型，比如
int，必须写成对应的包装类Integer。
基本数据类型的封装类
Java 有 8 种基本数据类型，但它们都是关键字，不是一个真正的类。为了让基本类型也能像对象一样使用，比如存进集合、调用方法等，Java 针对每种基本数据类型都定义了对应的类，这些类统称为「封装类」。
常见对应关系如下：
int→Integer（整型 → 整数封装类）byte→Byte（字节型 → 字节封装类）long→Long（长整型 → 长整型封装类）float→Float（单精度浮点型 → 单精度浮点封装类）double→Double（双精度浮点型 → 双精度浮点封装类）
自动装箱与自动拆箱
一般情况下，使用int和Integer没有明显区别，这主要依赖自动装箱和自动拆箱：
inta=100;// 自动装箱：把一个普通整数变量，存入 Integer 对象变量中Integera1=a;// 自动拆箱：把 Integer 对象变量转为基本类型整数变量inta2=a1;封装类的独特优势
封装类最大的好处就是：它本质是一个真正的类，可以直接调用现成的方法。
基本类型只是一个数据，比如：
inta=100;// 在这里敲 a. 不会弹出任何方法，因为 int 不是对象而换成封装类之后：
Integerb=100;// 在这里敲 b. 会弹出一堆现成的方法，直接用就行下面按用途把常用的方法整理成几类。
1. 字符串和数字互相转换
Integer.parseInt("250")：把“字符串形式的数字”转成真正的数字，常用于处理用户输入、文件读取等场景。b.toString()：把Integer对象转回字符串，例如b.toString()会得到"100"。
intnum=Integer.parseInt("250");// 字符串 "250" 变成数字 250Strings=b.toString();// Integer 对象变成字符串 "100"2. 比较大小、取最大值/最小值
Integer.max(10, 20)：返回两个数中的较大值，例如结果是20。Integer.min(10, 20)：返回两个数中的较小值，例如结果是10。b.compareTo(200)：比较b和200的大小，返回一个int类型的结果：结果为-1表示b比200小，等于0表示两者相等，结果为1表示b比200大。
3. 类型转换
b.intValue()：把Integer对象转成int基本类型。b.doubleValue()：把Integer对象转成double基本类型。
4. 获取常量或边界值
Integer.MAX_VALUE：直接获取int的最大值2147483647。- 同理，
Integer.MIN_VALUE可以获取int的最小值。
5. 进制转换
Integer.toBinaryString(10)：把十进制整数10转成二进制字符串，结果是"1010"。
inta=10;Stringbin=Integer.toBinaryString(a);// 得到 "1010"使用注意事项
- 定义
List这类集合时，泛型必须写Integer，不能写int。 - 比较两个
Integer时，建议使用equals()而不是==。因为==比较的是对象地址，equals()比较的才是具体内容。
例如：
Integerb1=1828;Integerb2=1828;System.out.println(b1==b2);// false，超出缓存范围后比较的是对象地址System.out.println(b1.equals(b2));// true，比较的是具体内容// 定义 List 时，泛型使用 IntegerArrayList<Integer>list2=newArrayList<>();常用操作方法
ArrayList的常用方法可以按「增删改查」来记忆。下面先用一张表快速浏览，再配合一段示例代码。
| 操作 | 代码 | 说明 |
|---|---|---|
| 添加 | list.add("abc") | 添加到末尾 |
| 插入 | list.add(0, "abc") | 插入到指定位置，原有元素会向后移 |
| 获取 | list.get(0) | 取第 0 个元素，索引从 0 开始 |
| 修改 | list.set(0, "xyz") | 把第 0 个元素换成"xyz" |
| 删除 | list.remove(0) | 删除第 0 个元素 |
| 按内容删除 | list.remove("abc") | 删除第一个值为"abc"的元素 |
| 清空 | list.clear() | 删除全部元素，但集合对象还在 |
| 长度 | list.size() | 获取元素个数，注意不是数组的length |
| 是否为空 | list.isEmpty() | 没有元素时返回true |
| 是否包含 | list.contains("abc") | 是否包含该元素，返回true或false |
| 查找位置 | list.indexOf("abc") | 返回第一次出现的位置，不存在时返回-1 |
与静态数组的方法对比
静态数组创建后长度固定，也没有add()、remove()这些方法；ArrayList因为是真正的类，所以几乎所有操作都可以“点方法”完成。下面把同一个需求放到一起对比：
| 需求 | 静态数组写法 | ArrayList写法 |
|---|---|---|
| 创建容器 | String[] arr = new String[3]; | ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); |
| 添加元素 | arr[0] = "abc"; | list.add("abc"); |
| 插入元素 | 需要手写移动逻辑，很麻烦 | list.add(0, "top"); |
| 获取元素 | arr[0] | list.get(0) |
| 修改元素 | arr[0] = "xyz"; | list.set(0, "xyz"); |
| 删除元素 | arr[0] = null;（只是置空，不是真正删除） | list.remove(0); |
| 获取长度 | arr.length（没有括号，是属性） | list.size()（有括号，是方法） |
| 是否包含 | 需要自己写循环判断 | list.contains("abc"); |
| 是否为空 | 需要自己判断arr.length == 0 | list.isEmpty(); |
从表中可以看到两个关键区别：
- 静态数组的长度是固定的，创建时就要指定大小；
ArrayList会自动扩容，添加元素时不用提前考虑容量。 - 静态数组通过“下标 + 赋值”操作，
ArrayList通过方法调用操作：数组有length属性，ArrayList用size()方法；ArrayList还能直接调用add()、remove()、contains()等现成方法。
关于「打印」和「排序」，两者都能做到，但写法不一样，而且不是都能直接toString打印出内容。
1. 打印内容：toString()
ArrayList重写了toString()，直接打印就能看到元素内容：
ArrayList<String>list=newArrayList<>();list.add("张三");list.add("李四");System.out.println(list);// [张三, 李四]- 静态数组不能直接打印出内容，直接打印会得到类似
[Ljava.lang.String;@1b6d3586这样的“类型@地址”。要查看元素内容，需要使用Arrays.toString()，并且记得在文件开头导入java.util.Arrays：
importjava.util.Arrays;String[]arr={"张三","李四"};System.out.println(arr);// [Ljava.lang.String;@1b6d3586，看不到内容System.out.println(Arrays.toString(arr));// [张三, 李四]2. 排序：sort()
排序，就是把容器里的元素按从小到大的顺序重新排列。静态数组和ArrayList都支持排序，调用排序方法后，原容器里的内容会被直接改变，方法本身不需要接收返回值。
静态数组：使用Arrays.sort()
Arrays是专门为数组提供辅助功能的工具类，排序前需要先在文件开头导入：
importjava.util.Arrays;排序时直接把数组传进去即可，默认按从小到大（升序）排列：
int[]arr={3,1,2};Arrays.sort(arr);// 默认从小到大System.out.println(Arrays.toString(arr));// [1, 2, 3]Arrays.sort(arr)没有返回值，调用结束后arr本身已经被重新排列；- 打印时仍然要使用
Arrays.toString()，直接打印arr依然看不到元素内容。
ArrayList：使用Collections.sort()或list.sort()
ArrayList是集合，排序有两种常见写法，效果完全一样，默认都是升序。
第一种，使用集合工具类Collections，同样需要先导入：
importjava.util.Collections;Collections.sort(list);// 默认从小到大第二种，直接调用ArrayList自带的sort()方法（Java 8 及以上可用），括号里传null表示按照“自然顺序”排序，也就是默认升序：
list.sort(null);// 与 Collections.sort(list) 等价，默认升序完整示例如下：
importjava.util.ArrayList;importjava.util.Collections;ArrayList<Integer>list=newArrayList<>();list.add(3);list.add(1);list.add(2);Collections.sort(list);// 也可以写成 list.sort(null);System.out.println(list);// [1, 2, 3]注意：ArrayList重写了toString()，所以排序完成后直接System.out.println(list)就能看到[1, 2, 3]这样的内容，不需要再做额外转换。
下期预告
虽然ArrayList已经帮我们实现了自动扩容，日常使用非常方便，但在一些比赛场景（例如蓝桥杯）中，还是要留意 JDK 版本带来的限制。
这里先纠正一个常见误解：并不是低版本 JDK 用不了ArrayList。ArrayList从很早期的 JDK 1.2 就已经存在，它本身不是新特性。
真正的差别在于：不同 JDK 版本下，能用的方法不一样。以排序为例：
list.sort(null);// JDK 8 及以上才能使用Collections.sort(list);// 老版本 JDK 也能使用List接口自带的sort()方法是 Java 8 才加入的。如果比赛环境使用的是 JDK 7 或更早版本，写list.sort(null)会编译不通过，只能改用Collections.sort(list)。
蓝桥杯等比赛的历史环境普遍比较保守，很长一段时间使用的是 JDK 1.6、1.7、1.8 这样的老版本，而不是最新 JDK。因此，一些新语法、新方法在比赛中可能会“水土不服”。
正因如此，下一期我们会回到底层，用最基础的语法手写一个“自动扩容的数组”，不依赖某个新版本才有的特性。这样即使换到低版本比赛环境，代码也能稳定运行，同时还能真正搞懂ArrayList自动扩容背后的原理。