第五课-Java数组

Java数组

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,按照一定的顺序组合而成
• 其中,每一个数据称作一个数组元素,每个数组元组可以通过一个下标来进行访问

数组的声明与创建

• 首先必须声明数组变量,才能在程序中使用数组,语法如下

  dataType[] arrayRefVar;  //首选的方法
  或
  dataType arrayRefVar[];  //效果一致,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array.length

public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        //定义
        int[] nums;

        //创建一个数组,这里面可以存放10个int类型的数字
        nums = new int[10];

        //给数组元素中赋值
        nums[0] = 1;
        nums[1] = 2;
        nums[2] = 3;

        //计算所有元素的和,int默认值为0
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            sum += nums[i];
        }
        System.out.println("总和为:" + sum);
    }
}

内存分析

• java内存

  • 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
    • 可以被所有线程共享
    • 包含了所有class和static变量

• 三种初始化

  • 静态初始化,不用new,直接初始化

    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,其中每个元素也被按照实例变量相同的方式被隐式初始化

public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        //静态初始化,创建+赋值
        int[] a = {1, 2, 3};

        //动态初始化,前期只开辟空间,后期赋值,包含默认初始化
        int[] b = new int[10];
        b[0] = 10;

        System.out.println(a[0]);

        for (int i = 0; i < b.length; i++) {
            System.out.print(" " + b[i]);
        }
    }
}

下标越界和小结

• 数组的四个基本特点

  1. 长度是确定的,数组一旦被创建,大小就是不可以被改变的
  2. 数组中元素必须是相同类型,不允许出现混合类型
  3. 数组中元素可以是任何数据类型,包括基本类型和引用类型
  4. 数组变量本身属引用类型,数组也可以看成是对象,数组中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,因此数组无论保持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],越界会报ArrayIndexOutOfBoundsException数组下标越界异常

    public class Hello {
        public static void main(String[] args) {
            int[] a = new int[2];
            System.out.println(a[2]);  //会报越界异常
        }
    }
    

• 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.越界会报错

数组的使用

数组一般有三种用途:

• for-each循环(可以用for循环,也可以使用简化循环)

  public class Hello {
      public static void main(String[] args) {
          int[] arrays = {1, 2, 3, 4, 5};
  
          // 打印数组元素
          for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
              System.out.println(arrays[i]);
          }
          System.out.println("==============");
          // 计算所有元素和
          int sum = 0;
          for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
              sum += arrays[i];
          }
          System.out.println("sum:" + sum);
          // 查找最大值
          int max = arrays[0];
          for (int i = 1; i < arrays.length; i++) {
              if (arrays[i] > max) {
                  max = arrays[i];
              }
          }
          System.out.println("max:" + max);
      }
  }
  

• 数组作方法入参

• 数组作返回值

public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        // 此种方法适合用来获取数组元素的值
        int[] arrays = {1, 2, 3, 4, 5};

        for (int array : arrays) {
            System.out.println(array);  //for-each型不需要下标
        }

        int[] result = reverse(arrays);
        printArray(result);
    }

    // 数组翻转,输出为一个整数数组
    public static int[] reverse(int[] array) {
        int[] result = new int[array.length];  //先新建一个同样长度的数组

        for (int i = 0, j = result.length - 1; i < array.length; i++, j--) {
            result[j] = array[i];
        }
        return result;
    }

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

多维数组

• 多维数组可以看成是数组的数组,例如二维数组可以看作特殊的一维数组,其中每一个元素都是一个一维数组

• 二维数组的表示

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

public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] array = {{1, 2}, {2, 3}, {3, 4}};
        printArray(array[1]);
        System.out.println(array[2][1]);
    }

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

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调用,但API中提供了一个工具类Arrays供我们是用,从而可以对数据对象进行一些基本的操作
• Arrays类中的方法都是用static修饰的静态方法,在使用的时候可以直接使用类名来进行调用,而不用使用对象来调用(注意:是“不用”而不是“不能”)
• Arrays的常用基本功能
  • 给数组复制:fill
  • 对数组排序:sort
  • 比较数组: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

import java.util.Arrays;

public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1, 4, 3};
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        printArray(array);
        Arrays.sort(array);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }

    public static void printArray(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            if (i == 0) {
                System.out.print("[");
            } else if (i == array.length - 1) {
                System.out.print(array[i] + "]");
            } else {
                System.out.print(array[i] + ",");
            }
        }
    }
}

冒泡排序

• 冒泡排序算法步骤
  1. 比较数组中响铃打两个元素,如果第一个数比第二个数大,就交换两数位置
  2. 每一次比较,都会产生出一个最大,或者最小的数字
  3. 下一轮则可以少一次排序
  4. 依次循环,直到结束

// 初版
import java.util.Arrays;

public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {7, 4, 5, 8, 2};

        int[] sort = sort(a);  // 调用完自己写的排序方法以后,返回一个排序后的数组
        System.out.println(Arrays.toString(sort));
    }

    public static int[] sort(int[] array) {
        // 临时变量
        int temp = 0;

        // 外层循环,判断循环要走多少次
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            // 内层循环,比较判断两个数,如果第一个数比第二个数大,则交换位置
            for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
                if (array[j + 1] > array[j]) {
                    temp = array[j];
                    array[j] = array[j + 1];
                    array[j + 1] = temp;
                }
            }
        }
        return array;
    }
}

// 稍微优化版
import java.util.Arrays;

public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {7, 4, 5, 8, 2};

        int[] sort = sort(a);  // 调用完自己写的排序方法以后,返回一个排序后的数组
        System.out.println(Arrays.toString(sort));
    }

    public static int[] sort(int[] array) {
        // 临时变量
        int temp = 0;

        // 外层循环,判断循环要走多少次
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            // 内层循环,比较判断两个数,如果第一个数比第二个数大,则交换位置
            boolean flag = false;

            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;
                }
            }
            // 如果本次循环没有交换数的位置,说明已排序完毕,则flag会保持false
            // 此时就退出整个循环,防止多余的循环
            if (flag = false) {
                break;
            }
        }
        return array;
    }
}

稀疏数组(压缩)

• 案例:在棋盘游戏中,需要进行存盘和续上盘功能(棋盘中会有很多空着的)

• 抽象:二维数组中很多值为0,因此记录了很多没有意义的数据

• 稀疏数组特点

  • 当一个数组大部分元素为0,或者为同一值的数组是,可以用稀疏数组来保存该数组
  • 稀疏数组的处理方法是:
    • 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

• 原始数组和稀疏数组如图

import java.util.Arrays;

public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        // 构造11*11的二维数组,0无棋子,1黑棋,2白棋
        int[][] array1 = new int[11][11];
        array1[1][2] = 1;
        array1[2][3] = 2;

        // 打印原始的数组
        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 < 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);

        // 创建一个稀疏数组的数组
        int[][] array2 = new int[sum + 1][3];  //sum+1行是因为第一行放行列数,固定为3列

        array2[0][0] = 11;  // 行数
        array2[0][1] = 11;  // 列数
        array2[0][2] = sum;  // 值的个数

        // 遍历二维数组,将非零值存放在二维数组中
        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++;  // 有一个非空值,就在稀疏矩阵中下移一行
                    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");
        // 读取稀疏数组,array2[0][0]里存放了原数组行数,array2[0][1]里存放列数
        int[][] array3 = new int[array2[0][0]][array2[0][1]];

        // 给其中元素还原它的值
        for (int i = 1; i < array2.length; i++) {
            array3[array2[i][0]][array2[i][1]] = array2[i][2];
        }

        // 打印
        System.out.println("还原的数组为:");

        for (int[] ints : array3) {
            for (int anInt : ints) {
                System.out.print(anInt + "\t");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}