Java 基础 04. Java 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。

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。下面是声明数组变量的语法：

  dataType[] arrayRefVar;    // 首选的方法
  或
  dataType arrayRefVar[];    // 效果相同，但不是首选方法
  

• 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

  package github.array;
  
  public class ArrayDemo01 {
      // 变量的类型  变量的名字  = 变量的值
      public static void main(String[] args) {
          int[] numbers;  // 1.定义
          numbers = new int[10];  // 2.创建一个数组
          // 这里面可以存放10个int型数字
          // 3.给数组赋值
          numbers[0]=1;
          numbers[1]=2;
          numbers[2]=3;
          numbers[3]=4;
          numbers[4]=5;
          numbers[5]=6;
          numbers[6]=7;
          numbers[7]=8;
          numbers[8]=9;
          numbers[9]=10;
          System.out.println(numbers[9]);
      }
  }
  

• 计算数组元素的和

  package github.array;
  
  public class ArrayDemo01 {
      // 变量的类型  变量的名字  = 变量的值
      public static void main(String[] args) {
          int[] numbers;  // 1.定义
          numbers = new int[10];  // 2.创建一个数组
          // 这里面可以存放10个int型数字
          // 3.给数组赋值
          numbers[0]=1;
          numbers[1]=2;
          numbers[2]=3;
          numbers[3]=4;
          numbers[4]=5;
          numbers[5]=6;
          numbers[6]=7;
          numbers[7]=8;
          numbers[8]=9;
          numbers[9]=10;
          // 计算所有数字的和
          int sum = 0;
          // 获取数组的长度: arrays.length
          for(int i = 0;i<numbers.length;i++){
              sum = sum + numbers[i];
          }
          System.out.println(sum);
      }
  }
  

内存分析

• 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)};
    

  • 动态初始化（包含默认初始化）

    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，它的元素相当于类的实例变量，因此，数组一经分配空间，其它的每个元素也被按照实例变量同样的方式被隐式初始化。

package github.array;

public class ArrayDemo02 {
    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};
        System.out.println(a[0]);
        // 动态初始化 （包含默认初始化）
        int[] b = new int[2];
        b[0]=10;
        System.out.println(b[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。

下标越界及小结：

• 下标的合法区间：[0, length-1]，如果越界就会报错：

  package com.xxx.array;
  
  public class ArrayDemo03 {
      public static void main(String[] args) {
          int[] a = new int[2];
          System.out.println(a[2]);
      }
  }
  

• ArrayIndexOutOfBoundsException：数组下标越界异常！

• 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：ArrayIndexOutofBounds。

3. 数组使用

• 普通的 for 循环
• For-Each 循环：没有下标
• 数组作为方法入参
• 数组作为返回值

  package github.array;
  
  public class ArrayDemo04 {
      public static void main(String[] args) {
          int[] arrays = {1,2,3,4,5,6};
          // JDK1.5，没有下标
  //        for(int array:arrays){
  //            System.out.println(array);
  //        }
  //        printArray(arrays);
          int[] reverse = reverse(arrays);
          printArray(reverse);
      }
      // 打印数组元素
      public static void printArray(int[] arrays){
          for(int i=0;i< arrays.length;i++){
              System.out.println(arrays[i]+"");
          }
      }
      // 反转数组
      public static int[] reverse(int[] arrays){
          int[] result = new int[arrays.length];
          // 反转的操作
          for (int i = 0,j= result.length-1; i < arrays.length; i++,j--) {
  //            result[] = arrays[i];
              result[j] = arrays[i];
          }
          return result;
      }
  }
  

4. 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];
  // 解析：以上二维数组a可以看成一个两行五列的数组
  

package github.array;

public class ArrayDemo05 {
    public static void main(String[] args) {
        // [4][2]
        /*
        1,2     array[0]
        2,3     array[1]
        3,4     array[2]
        5,6     array[3]
         */
        int[][] array = { {1,2},{3,4},{5,6},{7,8} };
        // 输出单个元素
        printArray(array[0]);
        System.out.println(array[0][0]);
        System.out.println("----------------");
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            for (int j = 0; j < array[i].length; j++){
                System.out.println(array[i][j]);
            }
        }
    }
    // 打印数组元素
    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
• 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。

  package github.array;
  import java.util.Arrays;
  
  public class ArrayDemo06 {
      public static void main(String[] args) {
          int[] a = {1,2,3,4,9090,543,21,3,23};
          System.out.println(a);  // 地址值：[I@776ec8df
          // 打印数组元素Arrays.toString
          System.out.print("系统打印数组方法:");
          System.out.println(Arrays.toString(a));
          System.out.print("自定义打印数组方法:");
          printfArray(a);
          // 数组排序
          Arrays.sort(a);
          System.out.println(Arrays.toString(a));
          // 数组填充
          Arrays.fill(a,2,4,12);  // 数组2~4之间填充12
          System.out.println("数组填充:" + Arrays.toString(a));
          // 数组查找
          int i = Arrays.binarySearch(a, 23);
          System.out.println("查找的元素在数组中的位置:" + i);
      }
      public  static void printfArray(int[] a){
          for (int i = 0; i < a.length; i++) {
              if(i==0){
                  System.out.print("[");
              }
              if(i==a.length-1){
                  System.out.print(a[i] + "]");
              }else {
                  System.out.print(a[i] + ", ");
              }
          }
          System.out.println();
      }
  }
  

6. 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！
• 两层循环，外层冒泡轮数，里层依次比较。
• 这个算法的时间复杂度为 O(n^2^)。

  package github.array;
  import java.util.Arrays;
  
  public class ArrayDemo07 {
      public static void main(String[] args) {
          // 调用排序
          int[] array = {12,63,1,95,44,62,78};
          System.out.println("排序前:" + Arrays.toString(array));
          int[] sort = sort(array);   // 调用自定义冒泡排序函数
          System.out.println("排序后:" + Arrays.toString(sort));
      }
      // 冒泡排序
      /*
      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.每一次比较，都会产生出一个最大或最小的数。
      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[] array){
          // 临时变量
          int temp = 0;
          // 外层循环，判断要走多少次;
          for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
              boolean flag = false;   // 通过flag标识位减少没有意义的比较
              // 内层循环，比较大小，如果第一个数比第二个数大，交换位置
              for (int j = 0; j < array.length-1-i; j++) {
                  if (array[j] > array[j+1]) {
                      temp = array[j];
                      array[j] = array[j + 1];
                      array[j + 1] = temp;
                      flag = true;
                  }
              }
              if(flag==false){
                  break;
              }
          }
          return array;
      }
  }
  

7. 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，有多少个不同值。
  • 把具有不同值的元素的行、列及数值，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。

package github.array;

public class ArrayDemo08 {
    public static void main(String[] args) {
        // 1.创建一个二维数组
        int[][] array1 = new int[11][11];
        array1[1][2] = 1;
        array1[2][3] = 2;
        // 输出原始数组
        System.out.println("输出原始的数组");
        for(int[] ints:array1){
            for(int anInt : ints){
                System.out.print(anInt + "\t");
            }
            System.out.println();
        }
        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 < 11;i++){
            for (int j = 0; j < 11; 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
        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] + "\t");
        }
        System.out.println("===========");
        System.out.println("还原");
        // 1.读取稀疏数组
        int[][] array3 = new int[array2[0][0]][array2[0][1]];
        // 2.给元素还原值
        for (int i = 1; i < array2.length; i++) {
            // array2[i][0] 横坐标  array2[i][1] 纵坐标   array2[i][2]  值
            array3[array2[i][0]][array2[i][1]] = array2[i][2];
        }
        // 3.打印
        System.out.println("输出原始的数组:");
        for(int[] ints:array3){
            for(int anInt : ints){
                System.out.print(anInt + "\t");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

数组常用操作