6.Java数组

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来访问它们。

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。下面是声明数组变量的语法：

  dataType[] arrayRefVar; //首选的方法
  dataType arrayRefVar[]; //效果相同
  

• Java语言使用new操作符来创建数组，语法如下：

  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。

• 获取数组长度：arrays.length

代码：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //1.数组的两种声明方法
        int[] nums; //首选方法
        int nums2[]; //C/C++语言风格的方法

        //2.创建数组
        nums = new int[10]; //可以储存10个int类型的数字
        int[] nums3 = new int[10]; //数组的声明和创建可以写在一起

        //3.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;

        System.out.println(nums[0]); //输出1
        System.out.println(nums[9]); //输出10

        //4.访问数组元素
        //计算所有元素的和
        int sum = 0;
        //获取数组长度：array.length
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            sum += nums[i];
        }

        System.out.println(sum); //输出55
    }
}

数组三种初始化及内存分析

Java内存分析

数组初始化过程中内存变化

1.声明数组：

int[] array = null;

2.创建数组：

array = new int[10];

默认初始化，此时访问数组再堆中分配的空间，其中值为0。

3.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;

数组的三种初始化

• 静态初始化

  当我们事先知道，需要存储哪一些数据的时候，选用静态初始化。

• 动态初始化
  当我们事先不知道，需要存储哪些数据的时候，只能使用动态初始化。

• 数组默认的初始化

  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。

代码：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //静态初始化：创建 + 赋值
        int[] a = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
        System.out.println(a[0]); //输出1

        //动态初始化：包含默认初始化
        int[] b = new int[10];
        b[0] = 1;
        System.out.println(b[0]); //输出1
        System.out.println(b[1]); //输出默认初始值0
    }
}

数组的四个基本特点

• 其长度是确定的。数组一旦被创建，它的大小就是不可以改变的。

• 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。

• 数组变量属于引用类型，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。

数组边界

• 数组下标的合法区间：[0, length - 1]，如果越界就会报错：

  ArrayIndexOutOfBoundsException:数组下标越界异常！

  public class Demo {
      public static void main(String[] args) {
          int[] a = new int[2];
          System.out.println(a[2]); //报错：ArrayIndexOutOfBoundsException
      }
  }
  

• 小结：

  • 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。
  • 数组长度是确定的，不可变的。如果越界，则报：ArrayIndexOutOfBoundsException。

数组使用

For-Each循环

普通for循环：

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

        //打印全部数组元素
        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];
        }
        System.out.println(sum);

        //查找最大元素
        int max = arrays[0];
        for (int i = 1; i < arrays.length; i++) {
            if (max < arrays[i]) {
                max = arrays[i];
            }
        }
        System.out.println(max);
    }
}

增强for循环：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = { 1, 2, 3, 4, 5 };
        //增强型for循环
        //array.for+回车
        //JDK1.5才有，访问的数组元素没有下标
        for (int array : arrays) {
            System.out.println(array);
        }
    }
}

数组作方法入参

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = { 1, 2, 3, 4, 5 };
        printArray(arrays); //打印数组
    }

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

数组作返回值

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = { 1, 2, 3, 4, 5 };
        int[] reverse = reverseArray(arrays); //反转数组
        printArray(reverse); //打印反转后的数组
    }

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

    //反转数组
    public static int[] reverseArray(int[] array) {
        int[] reversedArray = new int[array.length];
        for (int i = 0, j = reversedArray.length - 1; i < array.length; i++, j--) {
            reversedArray[j] = array[i];
        }
        return reversedArray;
    }
}

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]; //一个两行五列的数组
  

代码：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //二维数组定义
        int[][] array = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {7, 8, 9}};
        System.out.println(array[2][0]);//输出7
        //遍历二维数组
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            for (int j = 0; j < array[i].length; j++) {
                System.out.print(array[i][j] + " ");
            }
        }
    }
}

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。
• 查看JDK帮助文档。
• 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”)
• 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。
  • 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。

代码：

import java.util.Arrays;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 8267, 3, 4333, 5, 6999, 7};
        System.out.println(arr); //[I@1eb44e46

        //打印数组元素:Arrays.toString
        System.out.println(Arrays.toString(arr)); //[1, 8267, 3, 4333, 5, 6999, 7]

        //数组排序：升序
        Arrays.sort(arr);
        System.out.println(Arrays.toString(arr)); //[1, 3, 5, 7, 4333, 6999, 8267]

        //数组填充
        Arrays.fill(arr, 2, 4, 0); //参数Index左开右闭
        System.out.println(Arrays.toString(arr)); //[1, 3, 0, 0, 4333, 6999, 8267]

        //比较数组
        int[] a = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7};
        int[] b = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7};
        System.out.println(Arrays.equals(a, b)); //true
    }
}

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。
• 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)。

代码：

import java.util.Arrays;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1, 12, 3, 4, 15, 6, 7};
        int[] b = sort(a);
        System.out.println(Arrays.toString(b));
    }

    //冒泡排序（时间复杂度为O(n²)）
    //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，我们就交换他们的位置
    //2.每一轮比较,都至少会产生出一个最大,或者最小的数字;
    //3.下一轮则可以少一次比较!
    //4.依次循环,直到结束!
    public static int[] sort(int[] arr) {
        int temp = 0; //临时变量，用于数组元素交换位置
        //外层循环，判断我们要走多少次
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            boolean flag = false; //当某一轮比较没有发生改变，即已经有序，则可以直接返回
            //内层循环，比较两个数，如果第一个数比第二个数大，则交换位置
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                    flag = true; //产生了比较
                }
            }
            if (flag == false) {
                break;
            }
        }
        return arr;
    }
}

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。

• 稀疏数组的处理方式是:

  • 记录数组一共有几行几列，有多少个不同的有效值。
  • 把具有不同值的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(第一行信息：存储了共6行，7列，8个不同的有效值)。
  

代码：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建一个二维数组 11 * 11   0:无棋 1:黑棋 2:白棋
        int[][] array1 = new int[11][11];
        array1[1][2] = 1;
        array1[2][3] = 2;

        //输出原始数组
        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
        //获取有效值的个数
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
            for (int j = 0; j < array1[i].length; j++) {
                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，将非零的值存放到稀疏数组中
        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("输出稀疏数组");
        for (int i = 0; i < array2.length; i++) {
            System.out.println(array2[i][0]+"\t"+array2[i][1]+"\t"+array2[i][2]);
        }

        //还原稀疏数组
        System.out.println("还原稀疏数组");
        //1.读取稀疏数组
        int[][] array3 = new int[array2[0][0]][array2[0][1]];

        //2.还原元素的值
        for (int i = 1; i < array2.length; i++) {
            array3[array2[i][0]][array2[i][1]] = array2[i][2];
        }

        //3.输出还原的数组
        System.out.println("输出还原的数组");
        for (int[] ints : array3) {
            for (int anInt : ints) {
                System.out.print(anInt+"\t");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}