Java 的数组详解

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成

  • 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(编号、标记)来访问它，下标是从 0 开始的，如果是存 10 个数组，那么下标是从 0 ~ 9 的

  • 代码举例

    public class ArrayDemo01 {
    //变量的类型 变量的名字   =   变量的值
    public static void main(String[] args) {
        int[] nums = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
        System.out.println(nums[0]);    //1 打印下标元素为0的内容
    }
}

数组的声明创建

  • 首先必须声明数组变量，才能在程序中使用数组

    • 语法

      dataType[] arrayRefVar;	//首选的方法
dataTypr arrayRefVar[];	//效果相同，但不建议

    • 代码举例

      //数组类型[] 数组名字;
int[] nums;
int nums[];

  • Java 语言使用 new 操作符来创建数组

    • 语法

      dataType[] arrayRefVar = new dataType[srraySise];

    • 代码举例

      //数组类型[] 数组名字 = new 数组类型[数组容量];
int[] nums = new int[10]

  • 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

    //数组名字.length
arrays.length	//nums.length

  • 代码总结举例

    public class ArrayDemo01 {
    //变量的类型 变量的名字   =   变量的值
    public static void main(String[] args) {
        //int[] nums = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};  //一次性给数组元素赋值
        //System.out.println(nums[0]);    //1
        //2种定义数组方法
        int[] nums; //首选定义方法
        int nums2[]; //第二种定义方法  C语言语法，为了让C语言程序员而兼容。

        //int[] nums = new int[10]; //一步到位定义好存放数组大小
        nums = new int[10]; //这里面可以存放 10 个 int 类型的数字

        //依次给数组元素赋值
        nums[0] = 1;
        nums[1] = 2;
        nums[2] = 3;
        nums[3] = 4;
        nums[4] = 5;
        nums[5] = 6;
        nums[6] = 7;
        nums[7] = 8;
        nums[8] = 9;
        nums[9] = 10;

        //计算所有元素的和
        int sum = 0;
        //获取数组长度：arrays.length

        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            sum = sum + nums[i];
        }

        System.out.println("总和为：" + sum);   //55
    }
}

数组的内存

  • 数组内存分析

  • 画图分析数组内存

​

数组的三种初始化

  1. 静态初始化：创建的同时赋值

    • 代码语法举例

      int[] a = {1, 2, 3};	//正常的静态初始化
Man[] mans = {new Man(1, 1), new Man(2, 2)};	//引入的静态初始化

  2. 动态初始化：包含默认初始化，未赋值的元素默认为 0

    • 代码语法举例

      int[] a = new int[3];
a[0] = 1;	
a[1] = 2;
System.out.println(a[0]);	//1
System.out.println(a[1]);	//2
System.out.println(a[3]);	//0		未赋值则为 0		默认初始化

  3. 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(0)

    • 代码语法举例

      int[] a = new int[1];
System.out.println(a[1]);	//0		未赋值则为 0

数组的四个基本特点

  1. 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
  2. 其元素必须是相同类型，不允许出现混合类型
  3. 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
  4. 数组变量属于引用类型，数组也可以看成是对象，数组指定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，因此数组无论保护原始类型还是其他对象类型，数组对象本身是在堆中的

数组的边界

  • 下标的合法区间：[0, length-1]，如果越界就会报错 ArrayIndexOutOfBoundsException (数组下标越界异常)

    • 代码举例

      public class ArrayDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        //静态初始化：创建的同时赋值
        int[] a = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            System.out.println(a[i]);
            //正常遍历出 a 这个数组内所有值
        }
        /*
            for (int i = 0; i <= a.length; i++) {   //将 i < a.length 改为 i <= a.length
                System.out.println(a[i]);
                //先报错随后正常遍历出a这个数组内所有值
                //下标为 数组长度 -1，例如 a[0] = 1 而不是 a[1] = 1。当 for 循环走到 i <= a.length 时，下标为 8 (a[8])，a(8)未赋值且超过数组最大长度因此会越界报错
            }
         */
    }
}

  • 结论

    • 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
    • 数组长度是确定不可改变的。越界则报错 ArrayIndexOutOfBoundsException (数组下标越界异常)

数组的使用

  • 普通的 For 循环

    public class ArrayDemo03 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = {1, 2, 3, 4, 5};

        //打印全部的数组元素
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            System.out.println(arrays[i]);
        }

        //计算所有元素的和
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            sum += arrays[i];   //sum = sum + arrays[i]
        }
        System.out.println("sum=" + sum);

        //查找最大元素
        int max = arrays[0];
        for (int i = 1; i < arrays.length; i++) {   //arrays[0] 已经是 max 的默认值，因此我们改成 i = 1 ，从 1 开始
            if (arrays[i] > max){
                max = arrays[i];
            }
        }
        System.out.println("max=" + max);
    }
}

  • For-Each 循环

    public class ArrayDemo04 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = {1, 2, 3, 4, 5};
        //JDK1.5特性  只遍历全部值，没有下标
        for (int array : arrays) {  //增强型 for 循环，关键字 arrays.for 自动生成
            System.out.println(array);
        }
    }
}

  • 数组作方法入参

    public class ArrayDemo04 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = {1, 2, 3, 4, 5};
        //调用打印数组元素方法
        printArray(arrays); //更好的遍历数组，在需要时可以取到下标
    }
    //打印数组元素
    public static void printArray(int[] arrays){    //更好的遍历数组，在需要时可以取到下标
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            System.out.print(arrays[i] + " ");
        }
    }
}

  • 数组作返回值

    public class ArrayDemo04 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = {1, 2, 3, 4, 5};
        int[] result = reverse(arrays);	//调用反转数组方法
        printArray(result); //更好的遍历数组，在需要时可以取到下标
    }

    //打印数组元素
    public static void printArray(int[] arrays){    //更好的遍历数组，在需要时可以取到下标
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            System.out.print(arrays[i] + " ");
        }
    }

    //反转数组
    public static int[] reverse(int[] arrays){
        int[] result = new int[arrays.length];  //保证传入的数组不会超出最大长度

        //反转的操作
        for (int i = 0, j = result.length-1; i < arrays.length; i++, j--) { //result.length-1 是因为下标从 0 开始而 length 长度是从 1 开始，一次使用两个组合 for 循环
            result[j] = arrays[i];
        }

        return result;	//返回值
    }
}

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堆数组，其每一个元素都是一个一堆数组

    • 二维数组

      • 语法

        int a[][] = new int[2][5];
int[][] a = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}, {7, 8}, {9, 10}};

      • 代码举例

        public class ArrayDemo05 {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] array = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}, {7, 8}, {9, 10}};
        //int array[][] = new int[2][5];    //相当于一个数组内嵌套了 2 层的数组
        /*
            //解析如下：
            a =
            {
                {1, 2}, //2 层嵌套的数组
                {3, 4},
                {5, 6},
                {7, 8},
                {9, 10},
            }
        */
        //打印指定元素的值
        System.out.println(array[0][0]);    //1
        System.out.println(array[0][1]);    //2
        System.out.println(array[1][1]);    //4
        System.out.println(array.length);   //5 5列
        System.out.println(array[0].length);    //2 2行
    }
}

      • 解析：以上二维数组 a 可以看成一个两行五列的数组

    • 三维数组

      • 语法

        int a[][][] = new int[][][];
int[][][] a = {{{1, 2}, {3, 4}}};

      • 代码举例

        public class ArrayDemo05 {
    public static void main(String[] args) {
        int[][][] array = {{{1, 2}, {3, 4}},{{5, 6}, {7, 8}}, {{9, 10}, {11, 12}}};
        //int array[][][] = new int[2][2][3];    //相当于一个数组内嵌套了 3 层的数组
        /*
            //解析如下：
            a =
            {
            	{
            		{1, 2},
            		{3, 4},
            	},
            	{
            		{5, 6},
            		{7, 8},
            	},
            	{
            		{9, 10},
            		{11, 12},
            	},
                //3 层嵌套的数组
            }
        */
        //打印指定元素的值
        System.out.println(array[0][0][0]);    //1
        System.out.println(array[0][0][1]);    //2
        System.out.println(array[1][1][1]);    //8
        System.out.println(array.length);   //3 3组
        System.out.println(array[0].length);    //2 2列
        System.out.println(array[0][1].length); //2 2行
    }
}

      • 解析：以上三维数组 a 可以看成一个两行两列三组的数组

    • ...

  • 遍历多维数组

    • 遍历二维数组代码举例

      public class ArrayDemo05 {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] array = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}, {7, 8}, {9, 10}};
        //遍历
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            for (int j = 0; j < array[i].length; j++) {
                System.out.println(array[i][j]);
            }
        }
    }
}

    • 遍历三维数组代码举例

      public class ArrayDemo06 {
    public static void main(String[] args) {
        int[][][] array = {{{1, 2}, {3, 4}},{{5, 6}, {7, 8}}, {{9, 10}, {11, 12}}};
        //遍历
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            for (int j = 0; j < array[i].length; j++) {
                for (int k = 0; k < array[i][j].length; k++) {
                    System.out.println(array[i][j][k]);
                }
            }
        }
    }
}

    • ...

数组的 Arrays 类

  • 调用数组的工具类 java.util.Arrays

    import java.util.Arrays;	//调用工具类

public class ArraysDemo07 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1,2,3,4,3554,65,6,231324};

        Arrays.sort(a);//所有的 Arrays 都需要调用 import java.util.Arrays; 工具类
}

  • 由于数组对象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础操作

    • 查看 Arrays 类内所有方法

      • 方法①：打开 JDK 帮助文档（搜索 Arrays）查看

      • 方法②：直接使用 IDEA 查看源代码

        1. 创建 main 方法后键入"Arrays"如下图，点击即可调用它的工具类

        2. 鼠标停放在调用的工具类 java.util.Arrays 的 Arrays 关键字几秒会弹出一个窗口，以下操作后点击 跳转到源 可以索引到方法源

        3. 进入 Arrays 源代码内后下方可以看到 Arrays 点击它即可自行查看 Arrays 内所有的源方法以及使用方法

  • 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”）

    import java.util.Arrays;

public class ArraysDemo07 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1,2,3,4,3554,65,6,231324};
        
        //直接调用
        printArray(a);  //[1, 2, 3, 4, 3554, 65, 6, 231324]
    }
    
    //创建方法	使用 static 修饰符
    public static void printArray(int[] a){
        System.out.print("[");
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            String symbol = "";
            if (i != a.length-1){
                symbol = ", ";
            }else{
                symbol = "";
            }
            System.out.print(a[i] + symbol);
        }
        System.out.println("]");
    }
}

  • 它具有以下常用功能：

    • 打印数组元素：通过 toString 方法直接遍历

      import java.util.Arrays;

public class ArraysDemo07 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1,2,3,4,3554,65,6,231324};

        //打印数组元素：Arrays.tostring
        System.out.println(Arrays.toString(a)); //[1, 2, 3, 4, 3554, 65, 6, 231324]
        
        //了解原理后咱们也可以自己创建方法来实现
        //可以但不建议，大家了解一下就好。不建议重复造轮子！
        printArray(a);  //[1, 2, 3, 4, 3554, 65, 6, 231324]
    }
    
    //创建方法
    public static void printArray(int[] a){
        System.out.print("[");
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            String symbol = "";
            if (i != a.length-1){
                symbol = ", ";
            }else{
                symbol = "";
            }
            System.out.print(a[i] + symbol);
        }
        System.out.println("]");
    }
}

    • 给数组重新赋值：通过 fill 方法重新填充

      import java.util.Arrays;

public class ArraysDemo07 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1,2,3,4,3554,65,6,231324};

        //数组填充（重新赋值）
        //Arrays.fill(a, 0);  //全部重新赋值为 0
        //System.out.println(Arrays.toString(a)); //[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
        Arrays.fill(a, 2, 4, 0);    //包括下标为 2 但不包括下标为 4 之间的元素重新赋值为 0
        System.out.println(Arrays.toString(a)); //[1, 2, 0, 0, 3554, 65, 6, 231324]
    }
}

    • 对数组排序：通过 sort 方法，按升序排序

      import java.util.Arrays;

public class ArraysDemo07 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1,2,3,4,3554,65,6,231324};

        Arrays.sort(a);//数组进行排序：升序
        System.out.println(Arrays.toString(a)); //[1, 2, 3, 4, 6, 65, 3554, 231324]
    }
}

    • 比较数组：通过 equals 方法比较数组中元素值是否相等

      import java.util.Arrays;

public class ArraysDemo07 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1,2,3,4,3554,65,6,231324};

        //给数组中的元素值比较是否相等
        int[] b = {0};
        if(Arrays.equals(a, b)) {   //不相等
            System.out.println("相等");
        }else{
            System.out.println("不相等");
        }
        int[] c = {1,2,3,4,3554,65,6,231324};
        if(Arrays.equals(a, c)) {   //相等
            System.out.println("相等");
        }else{
            System.out.println("不相等");
        }
    }
}

    • 查找数组元素：通过 binarySearch 方法能对排序好的数组进行二分查找法操作

      import java.util.Arrays;

public class ArraysDemo07 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1,2,3,4,3554,65,6,231324};

        //对数组进行二分查找法操作
        Arrays.sort(a); //使用二分查找法的数组必须是有序的
        System.out.println(Arrays.binarySearch(a, 0));  //2     查找元素值 3，找到后返回下标。
        /*
             若未找到元素值则会出现以下情况：
             [1] 搜索值不是数组元素值，大小在所有数组范围内，下标从1开始计数，返回“ - 按顺序插入点的下标”
             [2] 搜索值是数组元素值，下标从0开始计数，返回搜索值的下标
             [3] 搜索值不是数组元素值，且大于数组内所有元素值，返回 – (数组最大长度 + 1)
             [4] 搜索值不是数组元素值，且小于数组内所有元素值，返回 – 1
         */
    }
}

    • ...

数组的冒泡排序

  • 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)

    • 冒泡排序的步骤 (两两比较)

      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，我们就将它们交换位置

      2. 每一次比较，都会产生出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

    • 代码举例

      import java.util.Arrays;

public class ArrayDemo08 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {2,4,2,1,3,5,6,66,77,7,4,0};
        int[] sort = sort(a);   //调用完我们创建的排序方法后返回一个排序后的数组
        System.out.println(Arrays.toString(sort));
    }
	
    //冒泡排序方法
    public static int[] sort(int[] array){
        //临时变量
        int temp = 0;

        //外层循环：判断我们这个要走多少次
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {  //当循环走到最后的下标时无法与下个下标进行比较就会溢出，因此这里需要 array.length-1 预留一个位置进行比较排序
            //内层循环：比较判断两个数，如果第一个数比第二个数大，则交换位置
            for (int j = 0; j < array.length-1-i; j++) {    //每次遍历比较都要排除掉i且给最后下标的元素值预留1个位置，因此需要 array.length-1-i
                if (array[j+1]<array[j]){   //判断比较数组的下个下标的数是否大于目前下标的数
                    temp = array[j];    //将本次对比的元素值存进临时变量
                    array[j] = array[j+1];
                    array[j+1] = temp;
                }
            }
        }

        return array;   //排序完成后返回数组

    }
}

  • 冒泡的代码还是相当简单的，两层循环，外层冒泡轮数，里层依次比较，江湖中人尽皆知

  • 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)

  • 优化代码举例

    import java.util.Arrays;

public class ArrayDemo08 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {2,4,2,1,3,5,6,66,77,7,4,0};
        int[] sort = sort(a);   //调用完我们创建的排序方法后返回一个排序后的数组
        System.out.println(Arrays.toString(sort));
    }

    //冒泡排序方法
    public static int[] sort(int[] array){
        //临时变量
        int temp = 0;

        //外层循环：判断我们这个要走多少次
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {  //当循环走到最后的下标时无法与下个下标进行比较就会溢出，因此这里需要 array.length-1 预留一个位置进行比较排序
            boolean flag = false;   //通过 flag 标识减少没有意义的比较
            //内层循环：比较判断两个数，如果第一个数比第二个数大，则交换位置
            for (int j = 0; j < array.length-1-i; j++) {    //每次遍历比较都要排除掉i且给最后下标的元素值预留1个位置，因此需要 array.length-1-i
                if (array[j+1]<array[j]){   //判断比较数组的下个下标的数是否大于目前下标的数
                    temp = array[j];    //将本次对比的元素值存进临时变量
                    array[j] = array[j+1];
                    array[j+1] = temp;
                    flag = true;
                }
            }
            if (flag == false){ //只要未执行以上循环则会终止所有循环继续走下面的代码。节省时间成本
                break;
            }
        }

        return array;   //排序完成后返回数组

    }
}

稀疏数组

  • 稀疏数组的介绍

    • 当一个数组中大部分元素为 0，或者为同一数值的数组时，可以使用稀疏数组来保存该数组

    • 稀疏数组的处理方式：

      • 记录数组一共有几行几列，有多少个不同值
      • 把具有不同值的元素和行列以及值记录在一个小规模的数组中，从而缩小程序的规模

    • 如下图 (左边是原始数组，右边是稀疏数组)

      • 下标 0 的稀疏数组：记录整个数组有 6 行 7 列 8 个不为 0 的有效值
      • 下标 1~8 的稀疏数组：记录每个有效值的位置。例如下标 1 中的 22 ，在数组中，下标从 0 开始计数，那么在稀疏数组中记录为 0 3 22，即为在下标为 0 的行，下标为 3 的列，记录值为 22

  • 稀疏数组的应用

    • 要求：编写五子棋游戏中，有存盘退出和续上盘的功能

    • 问题分析：因为该二维数组的很多值是默认值 0，因此记录了很多没有意义的数据

    • 解决方法：稀疏数组

      • 代码举例

        public class ArrayDemo09 {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建一个二维数组 11*11(11行11列)      0：没有棋子      1：黑棋        2：白棋
        int[][] array1 = new int[11][11];
        array1[1][2] = 1;   //黑棋位于2行3列(数组从 0 计数)
        array1[2][3] = 2;   //白棋位于3行4列(数字从 0 计数)
        //输出原始的数组
        System.out.println("输出原始的数组");
        for (int[] ints : array1) {
            for (int anInt : ints) {
                System.out.print(anInt + "\t");
            }
            System.out.println();
        }
        //转换为稀疏数组来保存
        //1. 获取有效值的个数
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < array1.length; i++) {   //array1.length 取二维数组嵌套的数组个数    11行
            for (int j = 0; j < array1[i].length; j++) {    //array1[0].length 取遍历下标 i 的子数组中值的个数    11列
                if (array1[i][j] != 0){
                    sum++;
                }
            }
        }
        System.out.println("有效值的个数：" + sum);
        //2. 创建一个稀疏数组
        int[][] array2 = new int[sum+1][3]; //之所以行数为有效值个数加 1 是因为需要多加 1 行记录行总数、列总数、有效值个数。固定 3 列
        //多出来的 1 行用用以下代码赋值记录行总数、列总数、有效值个数
        array2[0][0] = 11;
        array2[0][1] = 11;
        array2[0][2] = sum;
        //遍历二维数组，将非零的值(有效值)，存放在稀疏数组中
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
            for (int j = 0; j < array1[i].length; j++) {
                if (array1[i][j] != 0){
                    count++;    //行递增
                    //利用行递增给稀疏数组赋值记录
                    array2[count][0] = i;
                    array2[count][1] = j;
                    array2[count][2] = array1[i][j];
                }
            }
        }
        //3. 输出稀疏数组
        System.out.println("稀疏数组");
        for (int i = 0; i < array2.length; i++) {
            System.out.println(array2[i][0] + "\t" + array2[i][1] + "\t" + array2[i][2]);
        }
        //数组还原归位
        //1. 读取稀疏数组
        int[][] array3 = new int[array2[0][0]][array2[0][1]];   //根据数组默认初始化，至此一行代码已还原所有 0 值归为
        //2. 给其中的元素还原它的值
        for (int i = 1; i < array2.length; i++) {   //还原过程中，头部记录的综合信息不需要读取，因此 i=1，从下标 1 开始
            array3[array2[i][0]][array2[i][1]] = array2[i][2];  //在已记录的有效值位置还原有效值
        }
        //3. 打印
        System.out.println("打印还原的数组");
        for (int[] ints : array3) {
            for (int anInt : ints) {
                System.out.print(anInt + "\t");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}
posted @ 2024-03-29 16:59  阿俊学JAVA  阅读(766)  评论(0)  编辑  收藏  举报