【JavaSE】Java数组

前言：

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什么是数组

• 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。

数组的声明和创建

• 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，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

  //数组
         int [] array;//定义
    
         array = new int[20];
    
         array[0]=12;
         array[1]=11;
         array[2]=13;
         array[3]=21;
         array[4]=22;
         array[5]=11;
         System.out.println(array[0]);

三种初始化及内存分析

内存分析：

• Java内存分析：

  

• 写代码画图分析内存

  

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

  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。

下表越界及小结

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组类型，包括基本类型和引用类型。
• 数组变量为引用类型，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：

• 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]);
  }

• ArrayIndexOutOfBoundsException:数组下标越界异常！

• 小结：

  • 数组是相同数据类型(数组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，则报异常：ArrayIndexOutofBounds

数组的使用

• 普通循环遍历数组

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

• For-Each循环

• 数组作方法入参

• 数组作返回值

  public static void main(String[] args) {
      int[]arrays = {1,2,3,4,5};
      //增强for循环
      for (int array : arrays) {
          System.out.println(array);
      }
      printArray(arrays);
      System.out.println("=============");
      int[] arrayR=reverse(arrays);
      printArray(arrayR);
  }
  //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[]arrayR = new int[arrays.length];
      //一个for循环定义两个变量
      for (int i=0,j = arrayR.length-1; i <arrays.length ; i++,j--) {
         arrayR[j]=arrays[i];
      }
      return arrayR;
  }

二位数组

• 多维数组可以看成是数组的数组，比如二位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。

• 二位数组

  int a[][] = new int [2][5];

• 解析：二位数组a可以看成一个两行三列的数组。

• 思考：多维数组的使用？

  //二维数组使用
         int[][] array = {{1,2},{3,4},{5,6}};
         for (int i = 0; i < array.length; i++) {
             for (int j = 0; j < array[i].length; j++) {
                 System.out.println(array[i][j]);
             }
         }

Arrays类讲解

• 数组的工具类java.util.Arrays

• 用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"对象来调用(不用!=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。

  public static void main(String[] args) {
         int []a={12312,451241,3,422,3,66,12312,534534,98};
         //打印数组元素Arrays.toString()
          System.out.println(Arrays.toString(a));
          System.out.println("=============================================");
          printArray(a);//调用方法
  
          //数组排序  Arrays.sort() 升序
          System.out.println("=============================================");
          Arrays.sort(a);
          System.out.println(Arrays.toString(a));
  
          //数组填充  Arrays.fill
          System.out.println("=============================================");
          Arrays.fill(a,0);
          Arrays.fill(a,2,5,66);//2~5之间被66填充
          System.out.println(Arrays.toString(a));
  
      }
      //自定义Arrays.toString()打印数组方法
      //不要重复造轮子
      public static void printArray(int[]arr){
  
          for (int i=0;i< arr.length;i++) {
               if(i==arr.length-1){
                   System.out.print(arr[i]+"]\n");
               }else if(i==0){
                   System.out.print("["+arr[i]+", ");
               }else{
                   System.out.print(arr[i]+", ");
               }
          }
      }

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，两层训话你，外层冒泡轮数，里层依次比较，几乎人尽皆知。

• 我们看到嵌套循环，应该立马就可以得出这个算法的时间的复杂度为O(n^2)。

• 思考：如何优化？

  public static void main(String[] args) {
         int[] a={3,42,6,56,2,5,22,33,4,32,9};
    
         int []sort=sort(a);
         System.out.println(Arrays.toString(sort));
    
     }
         //冒泡排序
         //1.比较数组中两个相领的元素，第二个比第一个大，就交换位置
         //2.每次比较都会产生一个最大或者最小的数字
         //3.下一轮则可以少一次排序，依次循环
    
     public static int[] sort(int[]array){
         //临时变量
         int temp = 0;
         boolean flag = false;
         //外层循环
         for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
             //内层循环，如果第一个比第二个大，则交换位置
             for (int j = 0; j < array.length-1-i; j++) {
                 if(array[j+1]<array[j]){
                     temp=array[j];
                     array[j]=array[j+1];
                     array[j+1]=temp;
                     flag=true;
                 }
             }
             //简单优化，减少不必要的循环
             if(flag==false){
                 break;
             }
         }
         return array;
     }

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：因为该二位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。

稀疏数组介绍：

• 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时：

  • 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 static void main(String[] args) {
         //创一个二位数组11*11  0：没旗子 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
         //1.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("有效值的个数："+sum);
    
         //2. 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，将非零的值存入稀疏数组
         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];
                 }
             }
         }
         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]+"\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. 给其中的元素还原值
         for (int i = 1; i < array2.length; i++) {
             array3[array2[i][0]][array2[i][1]]=array2[i][2];
         }
    
         //输出原始数组
         System.out.println("输出原始数组");
         for (int[] ints : array3) {
             for (int anInt : ints) {
                 System.out.print(anInt+"\t");
             }
             System.out.println();
         }
    
     }