数组基础

数组

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数组的定义

• 数组是相同类型数据的有序集合。

• 数组描述的是相同类型的若干个数据，按照一定的先后次序排列组合而来。

• 其中，每一个数据称作一个数组元素，每个数组元素可以通过一个下标来访问它们。

数组声明创建

• 首先必须声明数组变量，才能在程序中使用数组。下面是声明数组变量的语句：

int[] array;  //  首选的方法
String array1[];  //  效果相同，但不是首选

• Java语言使用new操作符来创建数组，语法如下：

int[] array = new int[3];  //  创建一个int类型，长度为3的整数数组

• 数组的元素是通过索引访问的，数组索引从0开始。

• 获取数组长度：

arrays.lenth

• 代码示例：

package com.basic;
​
//创建一个数组，赋值并遍历
​
public class Demo14 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = new int[10];  //  定义int类型数组，长度为10
​
        //  给array中的元素赋值
        //  没有赋值的元素将会赋一个对应类型的默认值
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            array[i] = i + 1;
        }
​
        //  for循环遍历数组
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            System.out.println("array[" + i + "] = " + array[i]);
        }
​
        //  foreach循环遍历数组
        for (int i:array) {
            System.out.println(i);
        }
​
        //  打印array中的某个元素
        System.out.println(array[5]);
    }
​
}

java内存分析

• 堆：存放new的对象和数组

                 可以被所有的线程共享，不会存放别的对象引用

• 栈：存放基本变量类型（会存放这个引用在堆里面的具体地址）

 　　　　  引用对象的变量（会存放这个引用在堆里面的具体地址）

• 方法区：可以被所有的线程共享

　　　              包含了所有的class和static变量

三种初始化

• 静态初始化

int[] a = {1,2,3};
Man[] mans = {new Man(1,1),new Man(2,2)};

• 动态初始化

int[] a = new int[2];
a[0] = 1;
a[1] = 2;

• 数组的默认初始化

  数组是引用类型，它的元素相当于类的实例变量，因此数组一经分配空间，其中的每个元素也被按照实例变量同样的方式被隐式初始化。

数组的特点

• 其长度是确定的。数组一旦被创建，它的大小就是不可以改变的。

• 其元素必须是相同类型，不允许出现混合类型。

• 数组中的元素可以是任何数据类型，包括基本类型和引用类型。

• 数组变量属引用类型，数组也可以看成是对象，数组中的每个元素相当于该对象的成员变量。

数组本身就是对象，Java中对象是在堆中的，以此数组无论保存原始类型还是其他对象类型，

数组对象本身是在堆中的。

数组边界

• 下标的合法区间：[0 , length - 1]，如果越界就会报错；

public static void main(String[] args) {
    int[] a = new int[2];
    System.out.println(a[2]);
}

• ArrayIndexOutOfBoundsException：数组下标越界异常！

• 小结：

  • 数组是相同数据类型(数据类型可以为任意类型)的有序集合

  • 数组也是对象。数组元素相当于对象的成员变量

  • 数组长度是确定的，不可变的。如果越界，则报：ArrayIndexOutOfBoundsException

数组使用

• for循环

• For-Each循环

• 数组作方法入参

• 数组做返回值

package com.array;
​
// 数组的使用
​
import java.util.Arrays;
​
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        //  创建一个int类型的数组
        int[] arrays = new int[10];
​
        //  通过for循环给数组arrays赋值
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            arrays[i] = i + 1;
        }
​
        //  通过for循环打印数组arrays
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            System.out.println("arrays[" + i + "] = " + arrays[i]);
        }
​
        //  foreach循环通常用来遍历数组
        for (int array : arrays) {
            System.out.print(array + " ");
        }
        System.out.println();
​
        //  调用打印方法
        printArray(arrays);
​
        //  调用反转方法
        int[] reserveArray = reserve(arrays);
        printArray(reserveArray);
    }
​
    //  数组作方法入参，打印数组
    public static void printArray(int[] arrays){
        System.out.println(Arrays.toString(arrays));
    }
​
    //  数组作为返回值，反转方法
    public static int[] reserve(int[] arrays){
        int[] reserveArray = new int[arrays.length];
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            reserveArray[i] = arrays[arrays.length - 1 - i];
        }
        return reserveArray;
    }
}

多维数组

• 多维数组可以看成是数组的数组，比如二维数组就是一个特殊的一维数组，其每一个元素都是一个一维数组。

• 二维数组

int[][] a = new int[2][5];

• 解析：以上二维数组a可以看成一个两行五列的数组。

• 二维数组的使用：

package com.array;
​
//  二维数组的使用
​
import java.util.Arrays;
​
public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        //  创建一个int类型的二维数组
        int[][] arrays = new int[2][3];
​
        //  使用for循环给二维数组arrays赋值
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            for (int j = 0; j < arrays[i].length; j++) {
                arrays[i][j] = i * (arrays.length + 1) + j + 1;
            }
        }
​
        //  输出数组中的某个元素
        System.out.println(Arrays.toString(arrays[0]));
        System.out.println("arrays[1][1] = " + arrays[1][1]);
​
        //  使用for循环遍历数组
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            for (int j = 0; j < arrays[i].length; j++) {
                System.out.print(arrays[i][j] + " ");
            }
            System.out.println();
        }
        System.out.println("=============");
​
        //  使用foreach遍历数组
        for (int[] array : arrays) {
            for (int i : array) {
                System.out.print(i + " ");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

Arrays类

• 数组的工具类java.util.Arrays

• 由于数组对象本身并没有什么方法可以供我们调用，但API中提供了一个工具类Arrays供我们使用，从而可以对数据对象进行一些基本的操作。

• 查看JDK帮助文档

• Arrays类中的方法都是static修饰的静态方法，在使用的时候可以直接使用类名进行调用，而“不用”使用对象来调用(注意：“是”不用“而不是”不能“)

• 具有以下常用功能

  • 给数组赋值：通过fill方法。

  • 对数组排序：通过sort方法，按升序。

  • 比较数组：通过equals方法比较数组中元素是否相等。

  • 查找数组元素：通过binarySearch() 方法对排序好的数组进行二分查找法操作。

package com.array;
​
//  Arrays类的使用
​
import java.util.Arrays;
​
public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = new int[10];
        //  使用fill()方法
        Arrays.fill(arrays,1);
        //  使用toString()方法打印数组内容
        System.out.println(Arrays.toString(arrays));
​
        Arrays.fill(arrays,4,8,2);  //  将索引4到8的数组元素赋值为2
        System.out.println(Arrays.toString(arrays));
​
        boolean[] b = new boolean[10];
        Arrays.fill(b,true);
        Arrays.fill(b,6,9,false);
        System.out.println(Arrays.toString(b));
​
        int[] arrays1 = {1,2,3};
        int[] arrays2 = {1,2,3};
        int[] arrays3 = {1,2,5};
        //  equals方法比较数组中元素值是否相等
        System.out.println(Arrays.equals(arrays1,arrays2));  //  true
        System.out.println(Arrays.equals(arrays1,arrays3));  //  false
​
        //  使用binarySearch方法能对排序好的数组进行二分查找法操作
        int[] arrays4 = {3,6,2,1,8,9,4};
        Arrays.sort(arrays4);
        System.out.println(Arrays.toString(arrays4));
        System.out.println(Arrays.binarySearch(arrays4,6));  //  4
        System.out.println(Arrays.binarySearch(arrays4,5));  //  -5
        //  如果找不到指定元素，则返回一个负值，返回 -（插入点）-1
        //  插入点为数组中第一个比查找元素大的数组元素的索引值
    }
}

冒泡排序

• 冒泡排序无疑是最为出名的排序算法之一，总共有八大排序！

• 冒泡排序的代码包括两层循环，外层冒泡轮数，里层依次比较，江湖中人人皆知。

• 我们看到嵌套循环，应该立马就可以得出这个算法的时间复杂度为O(n2)。

• 思考：如何优化？

package com.array;
​
/*  冒泡排序
*   1. 比较数组中两个相邻的元素，如果第一个数比第二个数大，则交换它们的位置
*   2. 每一次比较，都会产生一个最大、或者最小的数字
*   3. 下一轮则可以少一次排序
*   4. 依次循环，直到结束
* */
​
import java.util.Arrays;
​
public class Demo04 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = {3,6,8,5,4,1,2,9};
        System.out.println(Arrays.toString(arrays));
        sort(arrays);
        System.out.println(Arrays.toString(arrays));
    }
​
    public static void sort(int[] arrays) {
        for (int i = 0; i < arrays.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < arrays.length - 1 - i; j++) {
                if (arrays[j + 1] < arrays[j]){
                    int temp = arrays[j + 1];
                    arrays[j + 1] = arrays[j];
                    arrays[j] = temp;
                }
            }
        }
    }
}

稀疏数组

• 当一个数组中大部分元素为0，或者为同一值的数组时，可以使用稀疏数组来保存该数组。

• 稀疏数组的处理方式是:

  • 记录数组一共有几行几列，有多少个有效值

  • 把具有有效值的元素的行、列及值记录在一个小规模的数组中，从而缩小程序的规模

• 如图，左边是原始数组，右边是稀疏数组

package com.array;
​
//  稀疏数组
​
public class Demo05 {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] array1 = new int[6][6];
        array1[1][2] = 5;
        array1[2][4] = 6;
        array1[3][3] = 8;
        array1[4][0] = 9;
        array1[5][4] = 7;
        int sum = 0;  //  记录有效值
        for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
            for (int j = 0; j < array1[i].length; j++) {
                if (array1[i][j] != 0) {
                    sum++;
                }
            }
        }
​
        //  打印array1数组
        for (int[] ints : array1) {
            for (int anInt : ints) {
                System.out.print(anInt + " ");
            }
            System.out.println();
        }
        System.out.println("array1有效值的个数：" + sum);  //  sum = 5
​
        //  创建稀疏数组
        int[][] array2 = new int[sum + 1][3];
        array2[0][0] = 6;
        array2[0][1] = 6;
        array2[0][2] = sum;  //  表示array1有6行6列，sum个有效值
​
        //  遍历array1数组，给array2赋值
        int count = 0;  //  用来计数
        for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
            for (int j = 0; j < array1[i].length; j++) {
                if (array1[i][j] != 0) {
                    count ++;
                    array2[count][0] = i;
                    array2[count][1] = j;
                    array2[count][2] = array1[i][j];
                }
            }
        }
​
        //  打印array2数组
        for (int[] ints : array2) {
            for (int anInt : ints) {
                System.out.print(anInt + " ");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}