Java 数组

数组的定义与创建

  • 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，按照先后一定的次序排列组合而成。每个数据被称为一个数组元素，每个数组元素可以通过一个下标来访问它们。

  • 声明创建：

    • 首先必须声明数组变量，才能在程序中使用数组。语法为：

      dataType[] arrayRefVar；//首选的方法,如int[] nums;
或者
dataType arrayRefVar[]；//效果相同，但不是首选方法,如int nums[];

    • Java 使用 new 操作符来创建数组，语法为：

      dataType[] arrayRefVar = new dataType[arraySize];

nums=new int[10] //即创建一个有 10 个元素的数组
int[] nums = new int[10] //可以同时声明并创建数组

    • 数组的元素是通过索引访问的，数组索引从 0 开始。

      int num[0] = 1 ;//给数组第一个元素赋值 1

    • 获取数组长度：

      arrays.length	//如nums.length

三种初始化及内存分析

  • 堆（Heap）

    • 存放 new 的对象和数组
    • 可以被所有线程共享，不会存放别的对象引用
    • 堆内存是动态的，一般不被引用时会被垃圾收集器回收

  • 栈（Stack）

    • 每个线程在启动时都会创建一个对应的栈，用来存储该线程的方法调用、局部变量等。
    • 存放基本变量类型（会包含这个基本类型的具体数值）
    • 引用对象的变量（会存放这个引用在堆里面的具体位置）
    • 栈内存是固定的，不需要进行垃圾回收，变量的作用域一旦结束，所占的内存就被自动释放

  • 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（创建+赋值，定义之后无法改变）

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

    • 动态初始化（使用 new）

      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化，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，那么大小就无法改变
  • 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，数组也可以看作对象，数组中的每个元素都相当于该对象的成员变量。数组本身就是对象，Java 的对象是在堆中的，因此数组无论保存原始类型还是其他对象类型，数组对象本身就是在堆中的

数组边界

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

数组的使用

  • 普通的 for 循环

    public class TestArray {
   public static void main(String[] args) {
      double[] myList = {1.9, 2.9, 3.4, 3.5};
 
      // 打印所有数组元素
      for (int i = 0; i < myList.length; i++) {
         System.out.println(myList[i] + " ");
      }
      // 计算所有元素的总和
      double total = 0;
      for (int i = 0; i < myList.length; i++) {
         total += myList[i];
      }
      System.out.println("Total is " + total);
      // 查找最大元素
      double max = myList[0];
      for (int i = 1; i < myList.length; i++) {
         if (myList[i] > max) max = myList[i];
      }
      System.out.println("Max is " + max);
   }
}

  • For-Each 循环：能在不使用下标的情况下遍历数组

    for(type element: array)
{
    System.out.println(element);
}
//举例
public class TestArray {
   public static void main(String[] args) {
      double[] myList = {1.9, 2.9, 3.4, 3.5};
 
      // 打印所有数组元素
      for (double element: myList) {
         System.out.println(element);
      }
   }
}

  • 数组作为方法的参数：

    public static void printArray(int[] array) {
  for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    System.out.print(array[i] + " ");
  }
}

  • 数组作为方法的返回值：

    public static int[] reverse(int[] list) {
  int[] result = new int[list.length];
 
  for (int i = 0, j = result.length - 1; i < list.length; i++, j--) {
    result[j] = list[i];
  }
  return result;
}

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]	//以上二维数组 a 可以看成一个两行五列的数组


public class ArrayDemo{
	public static void main(String[] args){
		
		//[4][2]
		/*
			1,2	array[0]
			2,3	array[1]
			3,4	array[2]
			4,5	array[3]
			*/
		int[][] array = {{1,2},{2,3},{3,4},{4,5}};
		
		System.out.println(array[2][0])；	//输出为3
		System.out.println(array[2][1])；	//输出为4
	}
}

  • 循环输出数组

    public class ArrayDemo{
	public static void main(String[] args){
		
		//[4][2]
		/*
			1,2	array[0]
			2,3	array[1]
			3,4	array[2]
			4,5	array[3]
			*/
		int[][] array = {{1,2},{2,3},{3,4},{4,5}};
		//循环输出数组
		for (int i = 0;i < array.length ; i++){
			for(int j = 0;j< array[i].length ; j++){
				System.out.println(array[i][j]);
				//输出结果依次为1 2 2 3 3 4 4 5
			}
		}
	}
}

Arrays 类

  • 数组的工具类 java.util.Arrays

  • 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值是否相等

    • 查找数组元素：通过 binarySearch 方法能对已经排序好的数组进行二分法查找

      序号 方法和说明
      1 public static int binarySearch(Object[] a, Object key) 用二分查找算法在给定数组中搜索给定值的对象(Byte,Int,double等)。数组在调用前必须排序好的。如果查找值包含在数组中，则返回搜索键的索引；否则返回 (-(插入点) - 1)。
      2 public static boolean equals(long[] a, long[] a2) 如果两个指定的 long 型数组彼此相等，则返回 true。如果两个数组包含相同数量的元素，并且两个数组中的所有相应元素对都是相等的，则认为这两个数组是相等的。换句话说，如果两个数组以相同顺序包含相同的元素，则两个数组是相等的。同样的方法适用于所有的其他基本数据类型（Byte，short，Int等）。
      3 public static void fill(int[] a, int val) 将指定的 int 值分配给指定 int 型数组指定范围中的每个元素。同样的方法适用于所有的其他基本数据类型（Byte，short，Int等）。
      4 public static void sort(Object[] a) 对指定对象数组根据其元素的自然顺序进行升序排列。同样的方法适用于所有的其他基本数据类型（Byte，short，Int等）。

冒泡排序

  • 冒泡排序（Bubble Sort）是一种基本的排序算法。其原理是通过相邻元素之间的比较和交换来将最大或者最小值“冒泡”到数组的末尾。

  • 是嵌套循环，算法的时间复杂度为 O(n2)。

    public class BubbleSort {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {5, 2, 8, 3, 1}; // 要排序的数组
        
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    int temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
            }
        }
        
        System.out.println("排序后的结果：");
        for (int num : arr) {
            System.out.print(num + " ");
        }
    }
}

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。

  • 稀疏数组的工作过程：

    • 记录数组一共有几行几列，有多少不同值

    • 把具有不同值的元素及值记录在一个小规模数组中，从而缩小程序的规模

      原始数组

      行(row) 列(col) 值(value)
      [0] 5 6 3
      [1] 1 0 1
      [2] 1 3 6
      [3] 4 3 2
      • 其中第一列[0]的意思分别为原始数组有 5行 6 列，之后 row 和 col 都是从 0 开始计数建立新的数组

  • 代码实现：

    public class SparseArray {

  public static void main(String[] args) {
      //先创建原始二维数组
      int[][] originalArray = new int[10][10];
      originalArray[0][4] = 1;
      originalArray[0][8] = 1;
      originalArray[1][5] = 1;
      originalArray[1][7] = 1;
      originalArray[4][8] = 1;
      originalArray[5][5] = 1;
      originalArray[7][2] = 1;
      originalArray[8][7] = 1;
      //输出原始的二维数组
      System.out.println("原始的二维数组:");
      for (int[] row: originalArray) {
          for (int data : row) {
              System.out.printf("%d\t", data);
          }
          System.out.println();
      }

      //将二维数组转成稀疏数组
      //1.遍历二维数组，得到非0的有效数据的个数
      int amount = 0;
      for (int i = 0; i < originalArray.length; i++) {
          for (int j = 0; j < originalArray[i].length; j++) {
              if (originalArray[i][j] != 0){
                  amount++;
              }
          }
      }
      System.out.println("amount = " + amount);
      //2.创建对应的稀疏数组 sparseArray[amount+1][3], 并初始化稀疏数组第一行的数据
      //第一行第一列: 原数组的行数   第一行第二列: 原数组的列数  第一行第三列: 原数组的有效数据个数
      int[][] sparseArray = new int[amount + 1][3];
      sparseArray[0][0] = 10;
      sparseArray[0][1] = 10;
      sparseArray[0][2] = amount;
      //3.遍历二维数组,将非0值存储进稀疏数组
      int count = 0; //用于记录是第几个非零数据
      for (int i = 0; i < originalArray.length; i++) {
          for (int j = 0; j < originalArray[i].length; j++) {
              if (originalArray[i][j] != 0){
                  count++;
                  sparseArray[count][0] = i; //记录所在行
                  sparseArray[count][1] = j; //记录所在列
                  sparseArray[count][2] = originalArray[i][j]; //记录值
              }
          }
      }
      //输出稀疏数组
      System.out.println("稀疏数组:");
      for (int i = 0; i < sparseArray.length; i++) {
              System.out.printf("%d\t%d\t%d\n", sparseArray[i][0], sparseArray[i][1], sparseArray[i][2]);
      }

      //将稀疏数组恢复成为二维数组
      //1.根据稀疏数组的第一行初始化二维数组
      int[][] recoveredArray = new int[sparseArray[0][0]][sparseArray[0][1]];
      //2.读取稀疏数组的后面行数据，赋值给原始二维数组
      for (int i = 1; i < sparseArray.length; i++) {
          recoveredArray[sparseArray[i][0]][sparseArray[i][1]] = sparseArray[i][2];
      }
      //输出二维数组
      System.out.println("恢复后的二维数组:");
      for (int[] row: recoveredArray) {
          for (int data : row) {
              System.out.printf("%d\t", data);
          }
          System.out.println();
      }
  }
}


    //输出结果：
原始的二维数组:
0 0 0 0 1 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
amount = 8
稀疏数组:
10 10 8
0 4 1
0 8 1
1 5 1
1 7 1
4 8 1
5 5 1
7 2 1
8 7 1
恢复后的二维数组:
0 0 0 0 1 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
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