【数据结构】数组(Array)
数组，可以说数组几乎能表示一切的数据结构，在每一门编程语言中，数组都是重要的数据结构，当然每种语言对数组的实现和处理也不相同，但是本质是都是用来存放数据的的结构。
一、介绍
在Java中，数组是用来存放相同数据类型的对象集合，注意只能存放同一种数据类型(Object类型数组除外)。这些对象具有一定的顺序关系，在逻辑上是连续的，在内存中的存储上也是连续的。这些组成数组的对象叫做这个数组的元素。
数组的四大特点
- 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，不能出现混合类型。
- 数组中元素可以是任何数据类型（基本数据类型和引用类型）。
- 数组变量属于引用类型，数组也可看成是对象，数组中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。
数组的分类
- 无序数组：按照插入的顺序排列，即增加一个元素到数组末尾。
- 有序数组：元素按关键字升序排列，即最小值在下标为0的单元上，每一个单元都比前一个单元的值大。
1.1 数组的声明
数组跟结构体、类等一样也是自定义数据类型，所以使用以前也需要先进行声明。
声明数组的时候要明确以下三点：
- 确定数组名称；
- 确定数组元素的类型；
- 确定数组的维数及每维的大小。
数组的声明方式有以下两种：
第一种方式：
数据类型[] 数组名称 = new 数据类型[数组长度]; //推荐使用
这里[]可以放在数组名称的前面，也可以放在数组名称的后面，我们推荐放在数组名称的前面，这样看上去数据类型[]表示的很明显是一个数组类型，而放在数组名称后面，则不是那么直观。
数据类型 数组名称[] = new 数据类型[数组长度]; //和上面效果相同，但不推荐
第二种方式：
数据类型[] 数组名称 = {数组元素1，数组元素2，......}
这种方式声明数组的同时直接给定了数组的元素，数组的大小由给定的数组元素个数决定。
//声明数组1，声明一个长度为3，只能存放int类型的数据
int[] myArray = new int[3];
//声明数组2，明一个数组元素为1,2,3的int类型数组
int[] myArray2 = {1, 2, 3};
以上两种方式的区别：
动态初始化（指定长度）：也就是第一种声明方式，在创建数组的时候，直接指定数组当中的数据元素个数。
静态初始化（指定内容）：第二种声明方式，在创建数组的时候，不直接指定数据个数多少，而是直接将具体的数据内容进行指定。
- 静态初始化没有直接指定长度，但是仍然会自动推算得到长度。
- 静态初始化标准格式可以拆分成为两个步骤。
- 动态初始化也可以拆分成为两个步骤。
- 静态初始化一旦使用省略格式，就不能拆分成为两个步骤了。
1.2 访问数组元素以及给数组元素赋值
数组是存在下标索引的，通过下标可以获取指定位置的元素，数组下标是从0开始的，也就是说下标0对应的就是数组中第1个元素，可以很方便的对数组中的元素进行存取操作。
前面数组的声明第二种方式，我们在声明数组的同时，也进行了初始化赋值。
//声明数组，声明一个长度为3，只能存放int类型的数据
int [] myArray = new int[3];
//数组myArray第一个元素赋值1
myArray[0] = 1;
//访问myArray的第一个元素
System.out.println(myArray[0]);
上面的myArray数组，我们只能赋值三个元素，也就是下标从0到2，如果你访问myArray[3]，那么会报数组下标越界异常。
1.3 数组遍历
数组有个length属性，是记录数组的长度的，我们可以利用length属性来遍历数组。
//声明数组2，声明一个数组元素为1,2,3的int类型数组
int[] myArray2 = {1, 2, 3};
for (int i = 0; i < myArray2.length; i++) {
System.out.println(myArray2[i]);
}
二、用类封装数组实现数据结构
一个数据结构必须具有以下基本功能：
- 如何插入一条新的数据项
- 如何寻找某一特定的数据项
- 如何删除某一特定的数据项
- 如何迭代的访问各个数据项，以便进行显示或其他操作
而我们知道了数组的简单用法，现在用类的思想封装一个数组，实现上面的四个基本功能。
ps：假设操作人是不会添加重复元素的，这里没有考虑重复元素，如果添加重复元素了，后面的查找，删除，修改等操作只会对第一次出现的元素有效。
public class MyArray {
//定义一个数组
private int[] intArray;
//定义数组的实际有效长度
private int elems;
//定义数组的最大长度
private int length;
//默认构造一个长度为50的数组
public MyArray() {
elems = 0;
length = 50;
intArray = new int[length];
}
//构造函数，初始化一个长度为length的数组
public MyArray(int length) {
elems = 0;
this.length = length;
intArray = new int[length];
}
//获取数组的有效长度
public int getSize() {
return elems;
}
/**
* 遍历显示元素
*/
public void display() {
for (int i = 0; i < elems; i++) {
System.out.print(intArray[i] + " ");
}
System.out.println();
}
/**
* 添加元素
*
* @param value 假设操作人是不会添加重复元素的，如果有重复元素对于后面的操作都会有影响。
* @return 添加成功返回true,添加的元素超过范围了返回false
*/
public boolean add(int value) {
if (elems == length) {
return false;
} else {
intArray[elems] = value;
elems++;
}
return true;
}
/**
* 根据下标获取元素
*
* @param i
* @return 查找下标值在数组下标有效范围内，返回下标所表示的元素；查找下标超出数组下标有效值，提示访问下标越界
*/
public int get(int i) {
if (i < 0 || i > elems) {
System.out.println("访问下标越界");
}
return intArray[i];
}
/**
* 查找元素
*
* @param searchValue
* @return 查找的元素如果存在则返回下标值，如果不存在，返回 -1
*/
public int find(int searchValue) {
int i;
for (i = 0; i < elems; i++) {
if (intArray[i] == searchValue) {
break;
}
}
if (i == elems) {
return -1;
}
return i;
}
/**
* 删除元素
*
* @param value
* @return 如果要删除的值不存在，直接返回false；否则返回true，删除成功
*/
public boolean delete(int value) {
int k = find(value);
if (k == -1) {
return false;
} else {
if (k == elems - 1) {
elems--;
} else {
for (int i = k; i < elems - 1; i++) {
intArray[i] = intArray[i + 1];
}
elems--;
}
return true;
}
}
/**
* 修改数据
*
* @param oldValue 原值
* @param newValue 新值
* @return 修改成功返回true，修改失败返回false
*/
public boolean modify(int oldValue, int newValue) {
int i = find(oldValue);
if (i == -1) {
System.out.println("需要修改的数据不存在");
return false;
} else {
intArray[i] = newValue;
return true;
}
}
public static void main(String[] args) {
//创建自定义封装数组结构，数组大小为4
MyArray array = new MyArray(4);
//添加4个元素分别是1,2,3,4
array.add(1);
array.add(2);
array.add(3);
array.add(4);
//显示数组元素
array.display();
//根据下标为0的元素
int i = array.get(0);
System.out.println(i);
//删除4的元素
array.delete(4);
//将元素3修改为33
array.modify(3, 33);
array.display();
}
}
打印结果为：
1 2 3 4
1
1 2 33
三、分析数组的局限性
通过上面的代码，我们发现数组是能完成一个数据结构所有的功能的，而且实现起来也不难，那数据既然能完成所有的工作，我们实际应用中为啥不用它来进行所有的数据存储呢？那肯定是有原因呢。
数组的局限性分析：
- 插入快，对于无序数组，上面我们实现的数组就是无序的，即元素没有按照从大到小或者某个特定的顺序排列，只是按照插入的顺序排列。无序数组增加一个元素很简单，只需要在数组末尾添加元素即可，但是有序数组却不一定了，它需要在指定的位置插入。
- 查找慢，当然如果根据下标来查找是很快的。但是通常我们都是根据元素值来查找，给定一个元素值，对于无序数组，我们需要从数组第一个元素开始遍历，直到找到那个元素。有序数组通过特定的算法查找的速度会比无需数组快，后面我们会讲各种排序算法。
- 删除慢，根据元素值删除，我们要先找到该元素所处的位置，然后将元素后面的值整体向前面移动一个位置。也需要比较多的时间。
- 数组一旦创建后，大小就固定了，不能动态扩展数组的元素个数。如果初始化你给一个很大的数组大小，那会白白浪费内存空间，如果给小了，后面数据个数增加了又添加不进去了。
四、总结
数组虽然插入快，但是查找和删除都比较慢，而且扩展性差，所以我们一般不会用数组来存储数据，那有没有什么数据结构插入、查找、删除都很快，而且还能动态扩展存储个数大小呢，答案是有的，但是这是建立在很复杂的算法基础上，后面我们也会详细讲解。
