06.数组

1.数组概述

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各数据，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来访问它们。

2.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：

dataType[] arrayRefvar; // 首选方法
dataType arrayRefvar[]; // 效果相同

Java 语言使用 new 操作符来创建数组，语法：

dataType[] arrayRefvar = new dataType[arraySize];
//例
int[] nums = new int[10]; // 创建一个可以存储10个空间大小的int类型数组
nums[0] = 1;
nums[1] = 2;
nums[2] = 3;

System.out.println(nums[2]);

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

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.length

数组的四个基本特点：

• 其长度是确定的。数组一旦被创建，它的大小就是不可变的；
• 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；
• 数据变量属于引用类型，数据也可以看成是对象，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它对象类型，数组对象本身是在堆中的。

Java 内存分析（简单）：

• 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

如果访问数组中元素的下标超过了数组的空间，那么会产生异常：java.lang.ArrayIndexOfBoundsException（表示数组下标越界异常）

数组三种初始化
静态初始化：

int[] a = {1,2,3};
Man[] mans = {new Man(1,1), new Man(2,2)}; //引用类型的数组

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，他的元素相当于类的实例，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。

3.数组使用

3.1.for-each 循环

        int[] arrays = {1, 2, 3, 4, 5};
        // 打印全部的数组元素
        for (int array : arrays) {
            System.out.println(array); // 遍历每个元素，无法取下标
        }

3.2.数组作为方法入参

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

3.3.数组作为返回值

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

3.4.for 循环

4.多维数组

可以看成是数组的数组。

    public static void main(String[] args) {
        int[][] nums = {{1,2},{2,3},{3,4},{4,5}};
        printArray(nums[0]); // 1 2
        System.out.println(nums[0][1]); // 2

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

5.Arrays 类

数组的工具类 java.util.Arrays
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（并非不能）。
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，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 方法能对排序好的数组进行二分查找法操作

        int[] a = {12,234,5,2,34,534};
        System.out.println(Arrays.toString(a)); // 输出所有元素
        Arrays.sort(a); // 排序
        System.out.println(Arrays.toString(a));

        Arrays.fill(a, 2, 4, 0); //将下标为 2（包含） 到下标为 4（不包含） 之间的元素填充为 0
        System.out.println(Arrays.toString(a));

6.冒泡排序

两层循环，外层冒泡轮数，里层依次比较（相邻两个元素比较，然后根据大小前移或后移）

    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {12,234,5,2,34,534};
        sort(a);
        System.out.println(Arrays.toString(a));
    }
    /**
     * 冒泡排序
     * 1.比较数组中，两个相邻元素，如果第一个数比第二个数大，就交换他们的位置
     * 2.每一次比较都会产生一个最大，或最小的数字
     * 3.下一轮则可以少一次排序
     * 4.依次循环，直到结束
     */
    public static int[] sort(int[] arrays){
        // 临时变量
        int temp = 0;
        // 外层循环，判断这个要走多少次
        for (int i = 0; i < arrays.length - 1; i++) {
            // 通过 flag 标识位减少没有意义的比较
            boolean flag = false;
            // 内层循环，如果第一个数比第二个数大，则交换两个数的位置
            for (int j = 0; j < arrays.length - 1 - i; j++) {
                if (arrays[j] > arrays[j+1]){
                    temp = arrays[j];
                    arrays[j] = arrays[j+1];
                    arrays[j+1] = temp;
                    flag = true;
                }
                // 减少最后一轮的比较
                if (flag == true){
                    break;
                }
            }
        }
        return arrays;
    }

7.稀疏数组

一种数据结构
需求：编写五子棋游戏中，有存盘退出和续上盘的功能

问题：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

当一个数组中大部分元素为 0，或为同一值的数组时，可以使用稀疏数组来保存该数组。
处理方式：

• 记录数组一共有几行几列，有多少个不同值；
• 把具有不同值得元素和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。

如下图：左边是原始数组，右边是稀疏数组

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 1.创建一个二维数组 11*11 0：没有棋子，1：黑棋，2：白棋
        int[][] array1 = new int[11][11];
        array1[1][2] = 1;
        array1[2][3] = 1;
        // 输出原始的数组
        System.out.println("输出原始数组：");
        for (int[] ints : array1) {
            for (int anInt : ints) {
                System.out.print(anInt + "\t");
            }
            System.out.println();
        }
        // 转换为稀疏数组保存
        // 获取有效值个数
        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);
        //2.创建一个稀疏数组的数组
        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，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++;
                    array2[count][0] = i;
                    array2[count][1] = j;
                    array2[count][2] = array1[i][j];
                }
            }
        }
        //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]);
        }

        System.out.println("还原");
        //1.读取稀疏数组
        int[][] array3 = new int[array2[0][0]][array2[0][1]];
        //2.给其中的元素还原它的值
        for (int i = 1; i < array2.length; i++) {
            array3[array2[i][0]][array2[i][1]] = array2[i][2];
        }
        //3.打印
        System.out.println("输出还原数组：");
        for (int[] ints : array3) {
            for (int anInt : ints) {
                System.out.print(anInt + "\t");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}