05-JavaSE：数组

一、数组概述

关于数组可以把它看作一个类型的所有数据的一个集合，并用一个数组下标区分或指定每一个数。

  • 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下标来访问它们
  • 数组的四个基本点：
    • 其长度是确定的，数组一旦被创建，它的大小就不可改变
    • 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，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。

二、数组声明创建

2.1 声明数组

dataType[] arrayRefvar;   //首选的方法
或者
dataType arrayRefvar[];   //效果相同，但是不是首选方法

建议使用dataType[] arrayRefvar的声明风格声明数组变量。

double[] myList;    //首选方法
或者
double myList[];    //效果相同，但是不是首选方法

2.2 创建数组

Java语言使用new操作符来创建数组

arrayRefVar = new dataType[arraySize];

如上语句做了两件事：

  • 使用dataType[arraySize]创建了一个数组
  • 把新创建的数组的引用赋值给了变量arrayRefVAR。

数组变量的声明，和创建数组可以用一条语句完成

dataType[] arrayRefVar = new dataType[arraySize];

数组的元素是通过索引访问的，数组索引从0开始，从0-arrayRefVar.length-1

  • 获取数组长度
arrays.length

【演示创建一个数组，赋值，访问】

public static void main(String[] args) {
    int[] myList = null;
    myList = new int[5];
    myList[0] = 0;
    myList[1] = 1;
    myList[2] = 2;
    myList[3] = 3;
    myList[4] = 4;
    
    double total = 0;
    for (int i = 0; i < myList.length; i++){
        total += myList[i];
    }
    System.out.println("总和为：" + total);
}

三、内存分析

  1. 声明数组的时候，并没有实例化任何对象，不能指定数组的长度
  2. 只有在实例化数组对象的时候，JVM才分配空间，这时才会跟数组的长度有关，所以声明数组不能指定数组的长度
  3. 构造一个数组必须指定长度
//声明一个数组
int[] myList = null;


//创建一个数组
myList = new int[10];


//3.像数组中存值
myList[0] = 1;
myList[1] = 2;
myList[2] = 3;
myList[3] = 4;
myList[4] = 5;
myList[5] = 6;
myList[6] = 7;
myList[7] = 8;
myList[8] = 9;
myList[9] = 10;

四、三种初始化

  • 静态初始化

​ 除了用new关键字来产生数组以外，还可以直接在定义数组的同时就为数组元素分配空间并赋值

int[] a = {1, 2, 3};
Man[] mans = {new Man(1, 1), new Man(2, 2)};
  • 动态初始化

​ 数组定义，为数组元素分配空间、赋值的操作，分开进行。

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，所以数组一经分配空间，其中每个元素也被按照实例变量同样的方式被隐式初始化。

public static void main(String[] args){
    int[] a = new int[2];
    boolean[] b = new boolean[2];
    String[] s = new String[2];
    System.out.println(a[0] + ":" + a[1]);  //0, 0
    System.out.println(b[0] + ":" + b[1]);  //false false
    System.out.println(s[0] + ":" + s[1]);  //null, null
}

五、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]);
}

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 2
at com.kuang.chapter3.Demo03.main(Demo03.java:6)

ArrayIndexOutOfBoundsException：数组下标越界！！！

六、数组使用

​ 数组的元素类型和数组的大小都是确定的，所以当处理数组元素的时候，我们通常使用循环或者For-Each循环。

【如下例子完整地展示了如何创建、初始化操作数组】

public class TestArray {
    public static void main(String[] args){
        double[] myList = {1.9, 2.9, 3.9, 4.5};
        
        //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
        for (int i = 1; i < myList.length; i++){
            if(myList[i] > max){
                max = myList[i];
            }
        }
        System.out.println("Max is " + max);
    }
}

6.1 For-Each循环

  • 语法格式
for (type element: array){
    System.out.println(element);
}

【实例】

public static void main(String[] args){
    double[] myList = {1.9, 2.9, 3.4, 4.5};
    
    //打印所有数组元素
    for (double element: myList){
        System.out.println(element);
    }
}

6.2 数组作方法的入参

数组可以作为参数传递给方法

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

6.3 数组作返回值

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;
}

七、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。

  • 多维数组的动态初始化（以二维数组为例）
type[][] typename = new type[arryLength1][arryLength2];

​ type 可以为基本数据类型和复合数据类型，arraylenght1 和 arraylenght2 必须为正整数，
arraylenght1 为行数，arraylenght2 为列数。

​ 定义一个二维数组：

int a[][] = new int[2][5];
  • 多维数组的引用
num[1][0]
  • 获取数组长度
a.length 获取一维数组的长度
a[0].length 获取二维数组第一个数组的长度。

八、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。

  • 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")

  • java.util.Arrays类能方便地操作数组，使用之前需要导包

  • 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，按升序排列
    • 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方法能对排序好的数组进行二分查找操作。
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[] a1, 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类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 ) .

8.1 打印数组

public static void main(String[] agrs){
    int[] a = {1, 2};
    System.out.println(a); //[I@1b6d3586
    System.out.println(Arrays.toString(a)); //[1, 2]
}

8.2 数组排序

对指定int类型数组按数字升序进行排列

public static void main(String[] args) {
    int[] a = {1, 2, 323, 23};
    System.out.println(Arrays.toString(a));
    Arrays,sort(a);
    System.out.println(Arrays.toString(a));
}

8.3 二分法查找

在数组中查找指定元素并返回其下标

注意：使用二分搜索法来搜索指定的数组，以获得指定的值。必须在进行此调 用之前对数组进行排序(通过sort方法等)。如果没有对数组进行排序，则结果是不确定的。如果数组包含多个带有指定值的元素，则无法保证找到的是哪一个。

public static void main(String[] args) {
    int[] a = {1,2,323,23,543,12,59};
    Arrays.sort(a); //使用二分法查找，必须先对数组进行排序
    System.out.println("该元素的索引："+Arrays.binarySearch(a, 12));
}

8.4 元素填充

public static void main(String[] args) {
    int[] a = {1,2,323,23,543,12,59};
    Arrays.sort(a); //使用二分法查找，必须先对数组进行排序
    Arrays.fill(a, 2, 4, 100); //将2到4索引的元素替换为100
    System.out.println(Arrays.toString(a));
}

8.5 数组转化为List集合

int[] a = {3,5,1,9,7};
List<int[]> list = Arrays.asList(a);

九、冒泡排序

冒泡排序的代码相当简单，两层循环，外层冒泡轮数，里层依次比较。时间复杂度O(n2)。

package com.haining.arr;

import java.util.Arrays;

public class Demo04 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {9, 8, 7, 5};
        /*
        冒泡排序
        比较数组中两个相邻的元素，把比较完较小的数换到数组的前面
    	下一轮少一次排序
         */
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            for (int j = i; j < a.length; j++) {
                if (a[i] > a[j]) {
                    int tmp = 0;
                    tmp = a[i];
                    a[i] = a[j];
                    a[j] = tmp;
                }
            }
        }
        System.out.println(Arrays.toString(a));
    }
}

十、稀疏数组

  • 需求：编写五子棋游戏中，有存盘退出和续上盘的功能

  • 分析问题：因为该二维数组的很多值默认为0，因此记录了很多没有意义的数据
  • 解决：稀疏数组
package com.haining.arr;

public class Demo05 {
    public static void main(String[] args) {
        //1. 创建数组
        int[][] array1 = new int[11][11];
        array1[1][2] = 1;
        array1[2][3] = 2;
        System.out.println("输出原数组");
        for (int[] ints :
                array1) {
            for (int anInt :
                    ints) {
                System.out.print(anInt + "\t");
            }
            System.out.println();
        }

        //获取有效值的个数
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < 11; i++) {
            for (int j = 0; j < 11; j++) {
                if (array1[i][j] != 0) {
                    sum++;
                }
            }
        }
        System.out.println("有效值个数：" + sum);

        //创建一个稀疏数组
        int[][] array2 = new int[sum + 1][3];
        array2[0][0] = 11;
        array2[0][1] = 11;
        array2[0][2] = sum;
        //遍历二维数组，将非零的值详细信息存放在稀疏数组中
        int count = 1;
        for (int i = 0; i < 11; i++) {
            for (int j = 0; j < 11; j++) {
                if (array1[i][j] != 0) {
                    array2[count][0] = i;
                    array2[count][1] = j;
                    array2[count][2] = array1[i][j];
                    count++;
                }
            }
        }
    	// 遍历稀疏数组
        for (int i = 0; i < array2.length; i++) {
            for (int j = 0; j < 3; j++) {
                System.out.print(array2[i][j] + "\t");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}
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