2026-07-29 JavaSE 课后作业

课程内容：包装类（Wrapper Classes）、集合框架入门（Collection Framework）、ArrayList 底层实现、泛型（Generics）

涉及前序知识：数组、面向对象、构造方法、包装类、ArrayList 基本使用、泛型基础

提交方式：在 提交\姓名\ 目录下创建对应的 Java 源文件

截止时间：下次上课前

📌 本次作业重要说明

命名要求

项目	要求
包名	必须按题目指定的包名创建（全小写）
类名	自由命名，但需见名知意
测试类	建议命名为 `TestXxx` 或 `XxxTest`
文件名	必须与类名一致

提交目录结构示例

提交\
└─ 张三\
    ├─ p1_arraylist_source\               ← 第 1~3 题的包
    │   ├── ArrayListSourceAnalysis.java  ← 源码注释分析（含所有方法）
    │   └── ArrayListSourceAnalysis.md    ← 思考题回答
    └─ p2_myarraylist\                    ← 第 4 题（选做）
        ├── MyArrayList.java              ← 手写简化版 ArrayList
        └── MyArrayListTest.java          ← 测试类

作业说明

本次作业的目的是让你深入阅读 ArrayList 的源码，理解其底层实现机制。请根据题目要求找到 JDK 中 ArrayList.java 的源码，对指定方法进行逐行注释分析。

📌 如何找到 ArrayList 源码？

在 JDK 安装目录下找到 src.zip，解压后进入 java.base/java/util/ArrayList.java

或者使用 IDE（IntelliJ IDEA / Eclipse）直接打开 ArrayList 类，点击「Download Sources」

或者查阅 OpenJDK 在线源码：ArrayList.java (JDK 21)

第 1 题：ArrayList 构造方法源码注释分析 ⭐⭐⭐

包名：p1_arraylist_source

知识点：ArrayList 构造方法、默认容量、空数组与默认空数组的区别

需求说明

找到 ArrayList.java 中的以下三个构造方法，为每一行代码添加详细的中文注释（包括大括号和条件语句）。

要求：

注释必须包含该行代码的作用说明
对于条件判断，需要说明什么条件下进入该分支
对于方法调用，需要说明该方法的返回值或副作用
对于你不认识的语法或 API，必须上网查并在注释中说明

待注释的源码

请复制以下三个构造方法到你的 Java 源文件中，并在每一行上方/后方添加注释：

// ==================== 构造方法 1：指定初始容量 ====================
public ArrayList(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity > 0) {
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    } else if (initialCapacity == 0) {
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    } else {
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);
    }
}

// ==================== 构造方法 2：无参构造 ====================
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

// ==================== 构造方法 3：传入集合 ====================
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    Object[] a = c.toArray();
    if ((size = a.length) != 0) {
        if (c.getClass() == ArrayList.class) {
            elementData = a;
        } else {
            elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class);
        }
    } else {
        elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

需要深入研究并回答的问题

EMPTY_ELEMENTDATA 和 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 都是空数组，为什么要有两个？有什么区别？
无参构造中，为什么 elementData 不直接 new Object[10]，而是先指向一个空数组？
构造方法 3 中为什么要判断 c.getClass() == ArrayList.class？如果不判断直接使用 Arrays.copyOf(a, size, Object[].class) 会有什么问题？
Collection<? extends E> c 中的 ? extends E 是什么意思？有什么用？

第 2 题：ArrayList 扩容相关方法源码注释分析 ⭐⭐⭐⭐

包名：p1_arraylist_source（与第 1 题同一个包）

知识点：ArrayList 扩容机制、容量缩减、自动扩容、位运算

需求说明

为以下三个与容量 / 扩容相关的方法逐行添加中文注释。

// ==================== trimToSize() - 缩减容量 ====================
public void trimToSize() {
    modCount++;
    if (size < elementData.length) {
        elementData = (size == 0)
          ? EMPTY_ELEMENTDATA
          : Arrays.copyOf(elementData, size);
    }
}

// ==================== ensureCapacity(int) - 确保容量 ====================
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity > elementData.length
        && !(elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
             && minCapacity <= DEFAULT_CAPACITY)) {
        modCount++;
        grow(minCapacity);
    }
}

// ==================== grow(int) - 扩容核心方法 ====================
private Object[] grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        int newCapacity = ArraysSupport.newLength(oldCapacity,
                minCapacity - oldCapacity,
                oldCapacity >> 1);
        return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    } else {
        return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)];
    }
}

需要深入研究并回答的问题

modCount 是什么？ 它在 ArrayList 中起什么作用？（提示：fail-fast 机制）
ArraysSupport.newLength(int oldLength, int minGrowth, int prefGrowth) 这个方法是干什么的？三个参数分别是什么含义？它的返回值是如何计算的？
oldCapacity >> 1 计算结果是多少？为什么扩容时选择"旧容量的一半"作为 preferred growth？
ensureCapacity 方法中的两个条件为什么要用 && 连接？ 什么情况下即使 minCapacity > elementData.length 也不会立即扩容？
trimToSize() 中的三目运算符 (size == 0) ? EMPTY_ELEMENTDATA : Arrays.copyOf(elementData, size) 分别对应什么场景？
grow() 方法中的 if-else 分支：什么情况下进入 if 分支？什么情况下进入 else 分支？

第 3 题：ArrayList 增删改核心方法源码注释分析 ⭐⭐⭐⭐⭐

包名：p1_arraylist_source（与第 1 题同一个包）

知识点：ArrayList 添加元素、删除元素、清空集合、数组拷贝

需求说明

为以下四个与元素操作相关的方法逐行添加中文注释。

// ==================== add(E, Object[], int) - 内部添加辅助方法 ====================
private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
    if (s == elementData.length)
        elementData = grow();
    elementData[s] = e;
    size = s + 1;
}

// ==================== remove(int) - 按索引删除元素 ====================
public E remove(int index) {
    Objects.checkIndex(index, size);
    final Object[] es = elementData;

    @SuppressWarnings("unchecked")
    E oldValue = (E) es[index];
    fastRemove(es, index);

    return oldValue;
}

// ==================== fastRemove(Object[], int) - 快速删除（不检查边界） ====================
private void fastRemove(Object[] es, int i) {
    modCount++;
    final int newSize;
    if ((newSize = size - 1) > i)
        System.arraycopy(es, i + 1, es, i, newSize - i);
    es[size = newSize] = null;
}

// ==================== clear() - 清空集合 ====================
public void clear() {
    modCount++;
    final Object[] es = elementData;
    for (int to = size, i = size = 0; i < to; i++)
        es[i] = null;
}

需要深入研究并回答的问题

add(E e) 的返回类型是 boolean，但始终返回 true，为什么还要设计成有返回值？
add(E e, Object[] elementData, int s) 为什么被设计成 private 方法？ 为什么要把参数 elementData 和 s 传进来，而不是直接在方法内访问成员变量？
Objects.checkIndex(index, size) 是做什么的？如果 index 越界会怎样？
@SuppressWarnings("unchecked") 是什么作用？为什么这里需要加这个注解？
fastRemove 方法中的 System.arraycopy 是做什么的？参数 es, i + 1, es, i, newSize - i 分别代表什么？
fastRemove 删除元素后，为什么要将最后一个位置设为 null？（即 es[size = newSize] = null;）
clear() 方法的 for 循环中，为什么 i < to 的条件不直接写 i < size？为什么要先把 size 赋值给 to，然后设置 size = 0？
clear() 方法遍历置 null 和直接 elementData = EMPTY_ELEMENTDATA 有什么区别？ 哪种方式更好？为什么 JDK 选择了前者？

第 4 题：手写简化版 MyArrayList（选做 / 加分题）⭐⭐⭐⭐⭐

包名：p2_myarraylist

知识点：综合运用泛型、数组操作、扩容机制

需求说明

基于你对 ArrayList 源码的理解，手写一个简化版的 MyArrayList<E> 类，实现以下方法：

方法	说明
`MyArrayList()`	无参构造，默认容量 10
`MyArrayList(int initialCapacity)`	指定初始容量
`boolean add(E e)`	添加元素（自动扩容）
`E get(int index)`	获取元素（检查越界）
`E set(int index, E element)`	修改元素
`E remove(int index)`	删除元素（返回被删除的元素）
`int size()`	返回元素个数
`boolean isEmpty()`	判断是否为空
`void clear()`	清空所有元素
`String toString()`	返回格式如 `[元素1, 元素2, ...]`

要求：

必须使用泛型（MyArrayList<E>）
底层使用 Object[] 存储数据
实现自动扩容机制（参考 JDK 的 1.5 倍扩容）
所有方法必须添加详细中文注释
编写测试类 MyArrayListTest 测试所有方法

测试数据示例：

MyArrayList<String> list = new MyArrayList<>();
list.add("Java");
list.add("Python");
list.add("C++");
System.out.println(list);           // [Java, Python, C++]
System.out.println(list.size());    // 3
System.out.println(list.get(1));    // Python
list.set(1, "JavaScript");
list.remove(0);
System.out.println(list);           // [JavaScript, C++]
System.out.println(list.isEmpty()); // false
list.clear();
System.out.println(list.isEmpty()); // true

评分标准

题号	分值	评分维度
第 1 题	25 分	注释是否覆盖每一行、注释是否准确、思考题是否回答正确
第 2 题	30 分	注释深度（是否有查阅资料）、扩容机制理解是否正确、思考题回答质量
第 3 题	30 分	增删改方法注释是否完整、System.arraycopy 理解是否正确、思考题回答质量
第 4 题	15 分（加分）	功能完整性、代码质量、测试覆盖度

参考资料

JDK 源码 ArrayList.java（位于 JDK 安装目录的 src.zip 中）
OpenJDK ArrayList.java (JDK 21)
Java ArrayList 官方文档
System.arraycopy 方法详解
Java 泛型通配符详解

2026年7月29日-作业.md 12 KB History Raw

2026-07-29 JavaSE 课后作业

📌 本次作业重要说明

命名要求

提交目录结构示例

作业说明

第 1 题：ArrayList 构造方法源码注释分析 ⭐⭐⭐

需求说明

待注释的源码

需要深入研究并回答的问题

第 2 题：ArrayList 扩容相关方法源码注释分析 ⭐⭐⭐⭐

需求说明

需要深入研究并回答的问题

第 3 题：ArrayList 增删改核心方法源码注释分析 ⭐⭐⭐⭐⭐

需求说明

需要深入研究并回答的问题

第 4 题：手写简化版 MyArrayList（选做 / 加分题）⭐⭐⭐⭐⭐

需求说明

评分标准

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