Java 学习笔记：第七章 数组
数组概述和特点
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，每一个数据称作元素，每个元素可以通过一个索引（下标）来访问它们。数组的三个基本特点：
- 长度是确定的。数组一旦被创建，它的大小就是不可改变的。
- 其元素必须是相同类型，不允许出现混合类型。
- 数组类型可以是任何数据类型，包括基本类型的引用类型。
老鸟建议
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带对象的成员变量。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存储的。
7.2.1 数组声明
【示例7-1】 数组的声明方式有两种（以一维数组为例）
type[] arr_name; //（推荐使用这种方式）
type arr_name[];
注意事项
- 声明的时候并没有实例化任何对象，只有在实例化数组对象时，JVM 才分配空间，这时才与长度有关系。
- 声明一个数组的时候并没有数组真正被创建。
- 构造一个数组，必须指定长度。
【示例7-2】创建基本类型一维数组
public class Test {
public static void main(String args[]) {
int[] s = null; // 声明数组；
s = new int[10]; // 给数组分配空间；
for (int i = 0; i < 10; i++) {
s[i] = 2 * i + 1;//给数组元素赋值；
System.out.println(s[i]);
}
}
}
【示例7-3】创建引用类型一维数组
class Man{
private int age;
private int id;
public Man(int id,int age) {
super();
this.age = age;
this.id = id;
}
}
public class AppMain {
public static void main(String[] args) {
Man[] mans; //声明引用类型数组；
mans = new Man[10]; //给引用类型数组分配空间；
Man m1 = new Man(1,11);
Man m2 = new Man(2,22);
mans[0]=m1;//给引用类型数组元素赋值；
mans[1]=m2;//给引用类型数组元素赋值；
}
}
7.2.2 初始化
数组的初始化方式总共有三种：静态初始化、动态初始化、默认初始化。下面针对这三种方式分别讲解。
- 静态初始化
除了用 new关键字来产生数组以外，还可以这届在定义数组的同时就为数组元素分配空间并赋值。
【示例7-4】静态初始化数组
int[] a = { 1, 2, 3 };// 静态初始化基本类型数组；
Man[] mans = { new Man(1, 1), new Man(2, 2) };// 静态初始化引用类型数组；
- 动态初始化
数组定义与为数组元素分配空间并赋值的操作分开进行。
【示例 7-5】 动态初始化数组
int[] a1 = new int[2];//动态初始化数组，先分配空间；
a1[0]=1;//给数组元素赋值；
a1[1]=2;//给数组元素赋值；
- 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。
【示例7-6】 数组的默认初始化
int a2[] = new int[2]; // 默认值：0,0
boolean[] b = new boolean[2]; // 默认值：false,false
String[] s = new String[2]; // 默认值：null, null
7.3.1 数组的遍历
数组元素下标的合法区间：[0,length-1]。我们可以通过下标来遍历数组中的元素，遍历时可以读取元素的值或者修改元素的值。
【示例7-7】 使用循环遍历初始化和读取数组
public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] a = new int[4];
//初始化数组元素的值
for(int i=0;i<a.length;i++){
a[i] = 100*i;
}
//读取元素的值
for(int i=0;i<a.length;i++){
System.out.println(a[i]);
}
}
}
执行结果：
7.3.2 for-each 循环
增强 for 循环 for-each 是JDK 1.5 新增加的功能，专门用于读取数组或集合中的所有元素，即对数组进行遍历。
【示例7-8】增强 for 循环
public class Test {
public static void main(String[] args) {
String[] ss = { "aa", "bbb", "ccc", "ddd" };
for (String temp : ss) {
System.out.println(temp);
}
}
}
执行结果
注意事项
- for-each 增强for 循环在遍历数组过程中不能修改数组中某元素的值。
- for-each 仅适用于遍历，不涉及有关索引（下标）的操作。
7.3.3 数组的拷贝
System类里也包含了一个static void arraycopy(object src，int srcpos，object dest， int destpos，int length)方法，该方法可以将 Src 数组里的元素值赋给 dest 数组的元素，其中 srcpos 指定从 src数组的第几个元素开始赋值，length 参数指定将src 数组的多少个元素赋给dest 数组的元素。
public class Test {
public static void main(String args[]) {
String[] s = {"阿里","尚学堂","京东","搜狐","网易"};
String[] sBak = new String[6];
System.arraycopy(s,0,sBak,0,s.length);
for (int i = 0; i < sBak.length; i++) {
System.out.print(sBak[i]+ "\t");
}
}
}
执行结果：
7.3.4 java.util.Array类
JDK提供的 java.util.Arrays 类，包含了常用的数组操作，方便我们日常开发。Arrays 类包含了：排序、查找、填充、打印内容等常见的操作。
【示例7-10】 打印数组
import java.util.Arrays;
public class Test {
public static void main(String args[]) {
int[] a = { 1, 2 };
System.out.println(a); // 打印数组引用的值；
System.out.println(Arrays.toString(a)); // 打印数组元素的值；
}
}
执行结果：
菜鸟雷区
此处的Arrays.toString()方法是Arrays类的静态方法，不是前面讲的Object的toString()方法。
【示例7-11】数组元素的排序
import java.util.Arrays;
public class Test {
public static void main(String args[]) {
int[] a = {1,2,323,23,543,12,59};
System.out.println(Arrays.toString(a));
Arrays.sort(a);
System.out.println(Arrays.toString(a));
}
}
执行结果
【示例7-12】数组元素是引用类型的排序（Comparable 接口的应用）
import java.util.Arrays;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Man[] msMans = { new Man(3, "a"), new Man(60, "b"), new Man(2, "c") };
Arrays.sort(msMans);
System.out.println(Arrays.toString(msMans));
}
}
class Man implements Comparable {
int age;
int id;
String name;
public Man(int age, String name) {
super();
this.age = age;
this.name = name;
}
public String toString() {
return this.name;
}
public int compareTo(Object o) {
Man man = (Man) o;
if (this.age < man.age) {
return -1;
}
if (this.age > man.age) {
return 1;
}
return 0;
}
}
【示例7-13】二分法查找
import java.util.Arrays;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] a = {1,2,323,23,543,12,59};
System.out.println(Arrays.toString(a));
Arrays.sort(a); //使用二分法查找，必须先对数组进行排序;
System.out.println(Arrays.toString(a));
//返回排序后新的索引位置,若未找到返回负数。
System.out.println("该元素的索引："+Arrays.binarySearch(a, 12));
}
}
执行结果：
【示例7-14】数组填充
import java.util.Arrays;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] a= {1,2,323,23,543,12,59};
System.out.println(Arrays.toString(a));
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));
}
}
执行结果：
7.4 多维数组
多维数组可以看成以数组为袁旭的数组。可以有二维、三维、甚至更多维数组，但是实际开发中用的非常少。最多到二维数组（学习容器以后，我们一般使用容器，二维数组用的很少）。
【示例7-15】 二维数组的声明
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// Java中多维数组的声明和初始化应按从低维到高维的顺序进行
int[][] a = new int[3][];
a[0] = new int[2];
a[1] = new int[4];
a[2] = new int[3];
// int a1[][]=new int[][4];//非法
}
}
【示例7-16】二维数组的静态初始化
public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[][] a = { { 1, 2, 3 }, { 3, 4 }, { 3, 5, 6, 7 } };
System.out.println(a[2][3]);
}
}
【示例7-16】二维数组的动态初始化
import java.util.Arrays;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[][] a = new int[3][];
// a[0] = {1,2,5}; //错误，没有声明类型就初始化
a[0] = new int[] { 1, 2 };
a[1] = new int[] { 2, 2 };
a[2] = new int[] { 2, 2, 3, 4 };
System.out.println(a[2][3]);
System.out.println(Arrays.toString(a[0]));
System.out.println(Arrays.toString(a[1]));
System.out.println(Arrays.toString(a[2]));
执行结果：
【示例7-18】 获取数组长度
//获取的二维数组第一维数组的长度。
System.out.println(a.length);
//获取第二维第一个数组长度。
System.out.println(a[0].length);
7.5 数组存储表格数据
表格数据模型是计算机世界最普遍的模型，可以这么说，大家在互联网上看到的所有数据本质上都是“表格”，无非是表格之间互相套用。
我们观察表格，发现每一行可以使用一个一维数组存储：
Object[] a1 = {1001,"高淇",18,"讲师","2006-2-14"};
Object[] a2 = {1002,"高小七",19,"助教","2007-10-10"};
Object[] a3 = {1003,"高小琴",20,"班主任","2008-5-5"};
注意事项
此处基本数据类型 “1001”，本质不是 Object 对象。Java 编译器会自动把基本数据类型 “自动装箱”成包装类对象。大家在下一章学了包装类后就懂了。
这样我们只需要在定义一个二维数组，将上面3个数组放入即可：
Object[][] emps = new Object[3][];
emps[0] = a1;
emps[1] = a2;
emps[2] = a3;
【示例7-19】二维数组保存表格数据
import java.util.Arrays;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Object[] a1 = {1001,"高淇",18,"讲师","2006-2-14"};
Object[] a2 = {1002,"高小七",19,"助教","2007-10-10"};
Object[] a3 = {1003,"高小琴",20,"班主任","2008-5-5"};
Object[][] emps = new Object[3][];
emps[0] = a1;
emps[1] = a2;
emps[2] = a3;
System.out.println(Arrays.toString(emps[0]));
System.out.println(Arrays.toString(emps[1]));
System.out.println(Arrays.toString(emps[2]));
}
}
7.6.1 冒泡排序的基础算法
冒泡排序是最常用的排序算法，在笔试也非常常见，能手写出冒泡排序算法可以说是基本的素养。
算法重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序错误就把他们交换过来，这样越大的元素会经由交换慢慢浮到数列的顶端。
冒泡排序算法的运作如下：
- 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。
- 对每一对相邻元素作同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。在这一点，最后的元素应该是最大的数。
- 针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。
- 持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤，直到没有任何一对数字需要比较。
大家可以用如上思想，将下面的人按照身高从低到高重新排列：
【示例7-20】 冒泡排序的基础算法
import java.util.Arrays;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] values = { 3, 1, 6, 2, 9, 0, 7, 4, 5, 8 };
bubbleSort(values);
System.out.println(Arrays.toString(values));
}
public static void bubbleSort(int[] values) {
int temp;
for (int i = 0; i < values.length; i++) {
for (int j = 0; j < values.length - 1 - i; j++) {
if (values[j] > values[j + 1]) {
temp = values[j];
values[j] = values[j + 1];
values[j + 1] = temp;
}
}
}
}
}
执行结果：
7.6.2 冒泡排序的优化算法
其实，我们可以把 7.6.1 的冒泡排序的算法优化一下，基于冒泡排序的以下特点：
- 整个数列分成两部分：前面是无序数列，后面是有序数列。
- 初始状态下，这个数列都是无序的，有序数列是空。
- 每一趟循环可以让无序数列中最大数排到最后，（也就是说有序序列的元素个数增加1），也就是不用去估计有序序列。
- 每一趟循环都从数列的第一个元素开始进行比较，一次比较相邻的两个元素，比较到无序数列的末尾即可（而不是数列的末尾）；如果前一个大于后一个，交换。
- 判断每一趟是否发生了数组元素的交换，如果没有发生，则说明此时数组已经有序，无需再进行后续趟数的比较了，此时可以中止比较。
【7-21】冒泡排序的优化算法
import java.util.Arrays;
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
int[] values = { 3, 1, 6, 2, 9, 0, 7, 4, 5, 8 };
bubbleSort(values);
System.out.println(Arrays.toString(values));
}
public static void bubbleSort(int[] values) {
int temp;
int i;
// 外层循环：n个元素排序，则至多需要n-1趟循环
for (i = 0; i < values.length - 1; i++) {
// 定义一个布尔类型的变量，标记数组是否已达到有序状态
boolean flag = true;
/*内层循环：每一趟循环都从数列的前两个元素开始进行比较，比较到无序数组的最后*/
for (int j = 0; j < values.length - 1 - i; j++) {
// 如果前一个元素大于后一个元素，则交换两元素的值；
if (values[j] > values[j + 1]) {
temp = values[j];
values[j] = values[j + 1];
values[j + 1] = temp;
//本趟发生了交换，表明该数组在本趟处于无序状态，需要继续比较；
flag = false;
}
}
//根据标记量的值判断数组是否有序，如果有序，则退出；无序，则继续循环。
if (flag) {
break;
}
}
}
}
执行结果：
7.7 二分法查找
二分法检索（binary serach）又称折半检索，二分法检索的基本思想是设数组中的元素从小到大有序地存放在数组（Array）中，首先将给定值 key 与数组中间位置上元素的关键码（key）比较，如果相等，则检索成功；
否则，若key 小，则在数组前半部中继续进行二分法检索；
若key 大，则在数组后半部分中继续进行二分检索；
这样，经过一次比价就缩小一半的检索区间，如此进行下去，直到检索成功或检索失败。
二分法检索是一种效率较高的检索方法。比如，我们要在数组[7,8,9,10,12,20,30,40,50,80,100] 中查询到10元素，过程如下：
【示例7-22】二分法查找
import java.util.Arrays;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = { 30,20,50,10,80,9,7,12,100,40,8};
int searchWord = 20; // 所要查找的数
Arrays.sort(arr); //二分法查找之前，一定要对数组元素排序
System.out.println(Arrays.toString(arr));
System.out.println(searchWord+"元素的索引："+binarySearch(arr,searchWord));
}
public static int binarySearch(int[] array, int value){
int low = 0;
int high = array.length - 1;
while(low <= high){
int middle = (low + high) / 2;
if(value == array[middle]){
return middle; //返回查询到的索引位置
}
if(value > array[middle]){
low = middle + 1;
}
if(value < array[middle]){
high = middle - 1;
}
}
return -1; //上面循环完毕，说明未找到，返回-1
}
}
总结
- 数组是相同类型数据和有序集合。
- 数组的四个基本特点：
- 其长度是确定的
- 其元素必须是相同类型
- 数组变量属于引用类型
- 可以存储基本数据类型和引用数据类型
- 一维数组合声明方式
- type[] arr_name；（推荐使用这种方式）
- type arr_name[]；
- 数组的初始化、动态初始化和默认初始化。
- 数组的长度：数组名.lennth，下标的合法区间[0,数组名.length-1]。
- 数组拷贝：System类中的 static void arraycopy(object src，int srcpos，object dest， int destpos，int length)方法。
- 数组草所的常用类 java.util.Arrays类
- 打印数组：Arrays.toString(数组名)；
- 数组排序：Arrays.sort（数组名）；
- 二分查找法：Arrays.binarySearch（数组名，查找的元素）
- 二维数组的声明
- type[][]arr_name=new type[length][]；
- type arr_name[][]=new type[length][length]；