ArrayList (ArrayList) — AP Computer Science A CS A 学习指南
适合谁：AP Computer Science A 参加 AP Computer Science A 的考生。
覆盖内容：ArrayList概念、创建与使用方法、与普通数组的差异、核心操作方法、for-each循环遍历、求和/求极值/搜索等常用算法全部考纲要求子主题。
前置知识：基础 Java 或任何其他过程式语言编程。
关于练习题：下文「练习题」一节的所有题目均为我们按 AP Computer Science A 风格编写的原创题目 (original problems)，仅用于教学。它们不是 College Board 真题的复制，措辞、数值或语境可能不同。请把它们当作练手用；评分细则请对照 College Board 官方 mark scheme。
1. 什么是ArrayList？
ArrayList 又称动态数组 (dynamic array)，是Java集合框架 (Java Collections Framework) 中java.util包下的泛型 (generic) 类，是长度可动态调整的数组实现，专门解决普通数组长度固定、无法灵活增删元素的痛点。
在AP CS A考纲中，ArrayList属于Unit 7的核心考点，占卷面总分的7%~10%，选择题和自由作答题（FRQ）均会频繁考察，常和数组、类与对象等知识点结合出综合题。
2. 创建与使用ArrayList
使用ArrayList前必须先导入对应包，再通过泛型指定存储的元素类型（只能是引用类型，不能是int/double等基本类型）：
- 导入包：
import java.util.ArrayList; - 声明格式：
ArrayList<引用类型> 变量名 = new ArrayList<>();（Java 7及以上支持菱形语法，尖括号内可省略类型） - 基本类型存储：如果要存基本类型，需要使用对应的包装类 (wrapper class)，比如
int对应Integer、double对应Double，Java会自动完成装箱/拆箱操作。
使用范例：存储3名学生的数学考试分数
import java.util.ArrayList;
public class ScoreTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Integer> mathScores = new ArrayList<>();
mathScores.add(89);
mathScores.add(95);
mathScores.add(78);
System.out.println(mathScores); // 输出：[89, 95, 78]
}
}
3. ArrayList与普通数组的对比
考试中经常考察两种存储结构的选型，核心差异如下表：
| 对比维度 | 普通数组 | ArrayList |
|---|---|---|
| 长度规则 | 声明时确定，后续不可修改 | 动态调整，增删元素时自动扩容 |
| 存储类型 | 支持基本类型、引用类型 | 仅支持引用类型，基本类型需用包装类 |
| 访问方式 | 用数组名[索引]直接访问 |
用get()/set()方法访问 |
| 长度获取 | 用length属性 |
用size()方法 |
| 适用场景 | 元素数量固定、不需要频繁增删 | 元素数量不确定、需要频繁插入/删除 |
考点提示：如果题目明确说明"班级固定有30名学生"，优先选普通数组；如果说明"需要随时添加新报名的学生"，优先选ArrayList。
4. 常用核心方法
AP CS A只考察以下5类核心方法，必须熟练掌握参数、返回值和边界规则：
| 方法签名 | 功能说明 | 注意事项 |
|---|---|---|
boolean add(E e) |
在列表末尾添加元素e | 永远返回true，无插入失败情况 |
void add(int index, E e) |
在指定index位置插入元素e，原位置及后续元素后移 |
索引范围必须是0 ≤ index ≤ size()，否则抛出索引越界异常 (IndexOutOfBoundsException) |
E remove(int index) |
删除指定index位置的元素，返回被删除的元素 |
删除后后续元素自动前移，索引范围0 ≤ index < size() |
E get(int index) |
返回指定index位置的元素 |
索引范围0 ≤ index < size() |
E set(int index, E e) |
把index位置的元素替换为e，返回替换前的旧值 |
仅修改元素，不改变列表长度 |
int size() |
返回列表中当前存储的元素个数 | 和数组的length属性完全不同，必须加括号调用 |
方法使用范例：
ArrayList<String> names = new ArrayList<>();
names.add("张三"); // 末尾添加，列表：[张三]
names.add(0, "李四"); // 索引0插入，列表：[李四, 张三]
String oldName = names.set(1, "王五"); // oldName = "张三"，列表：[李四, 王五]
String removed = names.remove(0); // removed = "李四"，列表：[王五]
int count = names.size(); // count = 1
5. 用for-each循环遍历
for-each循环又称增强for循环 (enhanced for loop)，是遍历集合和数组的简化写法，语法如下：
for(元素类型 变量名 : 遍历对象) {
// 对变量的操作
}
优点：不需要手动维护索引，不会出现索引越界错误，代码简洁易读，适合仅需要读取元素的场景。
限制：遍历过程中不能修改列表的结构（不能调用add()/remove()方法），否则会抛出并发修改异常 (ConcurrentModificationException)；也无法通过变量修改列表中存储的元素值。
遍历范例：输出所有分数的平均值
ArrayList<Integer> scores = new ArrayList<>();
// 省略添加元素的代码
int sum = 0;
for(int s : scores) {
sum += s;
}
double avg = (double) sum / scores.size();
6. 常用ArrayList算法
ArrayList相关算法是FRQ的高频考点，必须熟练掌握以下4类基础算法的写法：
- 求和/平均值：初始化求和变量为0，遍历所有元素累加，平均值为总和除以元素个数。
- 求最大值/最小值：初始化最值为第一个元素，遍历所有元素，若当前元素比最值大/小则更新最值。
- 线性搜索 (linear search)：遍历所有元素和目标值比较，找到则返回对应索引，遍历结束未找到返回-1。
- 筛选元素：新建空ArrayList，遍历原列表，把符合条件的元素添加到新列表中。
求最大值算法范例：
public static int getMax(ArrayList<Integer> list) {
int max = list.get(0); // 假设第一个元素是最大值
for(int num : list) {
if(num > max) {
max = num;
}
}
return max;
}
7. 常见陷阱 (Common Pitfalls)
- 混淆数组
length属性和ArrayList的size()方法
- 错误做法：用
list.length获取ArrayList长度，编译报错 - 原因：之前学习数组时习惯用
length属性，混淆了属性和方法的区别 - 正确做法：调用
list.size()方法，必须加括号
- 声明ArrayList时使用基本类型作为泛型参数
- 错误做法：
ArrayList<int> list = new ArrayList<>();编译报错 - 原因：不知道ArrayList只能存储引用类型，基本类型没有对应的引用地址
- 正确做法：使用包装类，比如
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
- for-each遍历过程中增删元素
- 错误做法：遍历列表时调用
remove()删除符合条件的元素，运行时抛出并发修改异常 - 原因：for-each底层用迭代器实现，迭代器会校验列表修改次数，结构变化就会报错
- 正确做法：使用普通for循环遍历，或者调用迭代器的
remove()方法
- 索引越界错误
- 错误做法：调用
list.get(list.size())获取最后一个元素，抛出索引越界 - 原因：忽略Java中索引从0开始的规则，最后一个元素的索引是
size()-1 - 正确做法：索引的合法范围是
0 ≤ 索引 < list.size()
8. 练习题 (AP Computer Science A 风格)
题目1
现有存储整数的ArrayList<Integer> nums，初始内容为[3, 7, 12, 15, 19]，依次执行以下代码后，nums的最终内容是什么？
nums.add(2, 9);
nums.set(4, 16);
nums.remove(5);
解答：
- 第一步
add(2,9)：在索引2的位置插入9，原索引2及之后的元素后移，列表变为[3,7,9,12,15,19] - 第二步
set(4,16)：把索引4的15替换为16，列表变为[3,7,9,12,16,19] - 第三步
remove(5)：删除索引5的19，后续元素前移，最终内容为[3,7,9,12,16]
题目2
编写方法countPass，参数为存储学生分数的ArrayList<Integer> scores（分数范围0~100），返回分数≥60的学生人数。
解答：
public static int countPass(ArrayList<Integer> scores) {
int count = 0;
for(int s : scores) {
if(s >= 60) {
count++;
}
}
return count;
}
说明：使用for-each遍历所有元素，符合条件则计数累加，不需要修改列表结构，适合用for-each实现。
题目3
以下关于ArrayList的说法正确的是？
A. ArrayList的长度是固定的，声明时必须指定大小
B. 可以用list[0]直接获取ArrayList的第一个元素
C. ArrayList<Double>可以直接存储double类型的数值
D. 仅需要遍历读取元素时，优先使用for-each循环
解答：正确答案为D。
- A错误：ArrayList长度动态，不需要声明时指定大小
- B错误：ArrayList只能用
get()方法获取元素，不能用[]访问 - C错误：
ArrayList<Double>实际存储的是Double包装类对象，存入double是Java自动装箱的语法糖，不是直接存储基本类型 - D正确：for-each代码简洁，不会出现索引越界，适合读取场景
9. 速查表 (Quick Reference Cheatsheet)
| 操作类型 | 代码/规则 |
|---|---|
| 导包 | import java.util.ArrayList; |
| 声明 | ArrayList<引用类型> 变量名 = new ArrayList<>(); |
| 末尾加元素 | list.add(element); |
| 指定索引插入 | list.add(index, element); |
| 删除指定索引元素 | list.remove(index); |
| 获取元素 | list.get(index); |
| 替换元素 | list.set(index, newElement); |
| 获取元素个数 | list.size(); |
| 遍历读取 | for(Type t : list) { 操作 } |
| 核心注意点 | 索引范围0 ≤ index < size()，for-each遍历时不能增删元素，仅支持引用类型 |
10. 接下来怎么学
ArrayList是AP CS A后续学习其他集合类（比如LinkedList、HashMap）的基础，也是FRQ的高频考点，常和2D数组、类与对象、继承等知识点结合出综合题。掌握本单元内容后，你可以直接进入Unit 8 二维数组的学习，同时建议多刷近5年FRQ中ArrayList相关的题目，熟练掌握各类算法的标准写法。
如果你在练习过程中遇到任何考点疑问或者不会做的题目，都可以随时来小欧提问，我们会为你提供针对性的讲解和练习方案。