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第四章:数组
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2019/04

第四章:数组

第四章:数组

上章回顾:

  • 用户交互Scanner
  • 顺序结构
  • 选择结构
  • 循环结构
  • break & continue
  • 方法

4.1 数组概述

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.

数组的四个基本特点:

  1. 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。
  2. 其元素必须是相同类型,不允许出现混合类型。
  3. 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。
  4. 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。

4.2 数组声明创建

4.2.1、声明数组

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

建议使用 dataType[] arrayRefVar 的声明风格声明数组变量。 dataType arrayRefVar[] 风格是来自 C/C++ 语言 ,在Java中采用是为了让 C/C++ 程序员能够快速理解java语言。

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

4.2.2、创建数组

Java语言使用new操作符来创建数组,语法如下:

arrayRefVar = new dataType[arraySize];

上面的语法语句做了两件事:

  • 一、使用 dataType[arraySize] 创建了一个数组。
  • 二、把新创建的数组的引用赋值给变量 arrayRefVar。

数组变量的声明,和创建数组可以用一条语句完成,如下所示:

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,所以索引值从 0 到 arrayRefVar.length-1。

获取数组长度:

arrays.length

【演示创建一个数组,并赋值,进行访问】

public static void main(String[] args) {
    //1.声明一个数组
    int[] myList = null;
    //2.创建一个数组
    myList = new int[10];
    //3.像数组中存值
    myList[0] = 1;
    myList[1] = 2;
    myList[2] = 3;
    myList[3] = 4;
    myList[4] = 5;
    myList[5] = 6;
    myList[6] = 7;
    myList[7] = 8;
    myList[8] = 9;
    myList[9] = 10;
    // 计算所有元素的总和
    double total = 0;
    for (int i = 0; i < myList.length; i++) {
        total += myList[i];
    }
    System.out.println("总和为: " + total);
}

4.2.3、内存分析

Java内存分析 :

1556263523188.png

  1. 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。因此,声明数组时不能指定其长度(数组中元素的个数),例如: int a[5]; //非法
  2. 声明一个数组的时候并没有数组被真正的创建。
  3. 构造一个数组,必须指定长度。
//1.声明一个数组
int[] myList = null;

1556262569258.png

//2.创建一个数组
myList = new int[10];

1556262821057.png

//3.像数组中存值
myList[0] = 1;
myList[1] = 2;
myList[2] = 3;
myList[3] = 4;
myList[4] = 5;
myList[5] = 6;
myList[6] = 7;
myList[7] = 8;
myList[8] = 9;
myList[9] = 10;

1556263656990.png

4.2.4、三种初始化

静态初始化

除了用new关键字来产生数组以外,还可以直接在定义数组的同时就为数组元素分配空间并赋值。

int[] a = {1,2,3};
Man[] mans = {new Man(1,1),new Man(2,2)};

动态初始化

数组定义、为数组元素分配空间、赋值的操作、分开进行。

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。

public static void main(String[] args) {
    int[] a=new int[2];
    boolean[] b = new boolean[2];
    String[] s = new String[2];
    System.out.println(a[0]+":"+a[1]); //0,0
    System.out.println(b[0]+":"+b[1]);  //false,false
    System.out.println(s[0]+":"+s[1]); //null, null
}

4.2.5、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]);
}
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 2
    at com.kuang.chapter3.Demo03.main(Demo03.java:6)

ArrayIndexOutOfBoundsException : 数组下标越界异常!

4.2.6、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(详情请见内存图)

数组长度的确定的,不可变的。如果越界,则报:ArrayIndexOutofBounds

4.3 数组使用

数组的元素类型和数组的大小都是确定的,所以当处理数组元素时候,我们通常使用基本循环或者 For-Each 循环。

【该实例完整地展示了如何创建、初始化和操纵数组】

public class TestArray {
   public static void main(String[] args) {
      double[] myList = {1.9, 2.9, 3.4, 3.5};
 
      // 打印所有数组元素
      for (int i = 0; i < myList.length; i++) {
         System.out.println(myList[i] + " ");
      }
      // 计算所有元素的总和
      double total = 0;
      for (int i = 0; i < myList.length; i++) {
         total += myList[i];
      }
      System.out.println("Total is " + total);
      // 查找最大元素
      double max = myList[0];
      for (int i = 1; i < myList.length; i++) {
          if (myList[i] > max) {
              max = myList[i];
          }
      }
      System.out.println("Max is " + max);
   }
}

4.3.1、For-Each 循环

JDK 1.5 引进了一种新的循环类型,被称为 For-Each 循环或者加强型循环,它能在不使用下标的情况下遍历数组。

语法格式如下:

for(type element: array){
    System.out.println(element);
}

【示例】

public static void main(String[] args) {
    double[] myList = {1.9, 2.9, 3.4, 3.5};

    // 打印所有数组元素
    for (double element: myList) {
        System.out.println(element);
    }
}

4.3.2、数组作方法入参

数组可以作为参数传递给方法。

例如,下面的例子就是一个打印 int 数组中元素的方法 :

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

4.3.3、数组作返回值

public static int[] reverse(int[] list) {
  int[] result = new int[list.length];
 
  for (int i = 0, j = result.length - 1; i < list.length; i++, j--) {
    result[j] = list[i];
  }
  return result;
}

以上实例中 result 数组作为函数的返回值。

4.4 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。

多维数组的动态初始化(以二维数组为例)

直接为每一维分配空间,格式如下:

type[][] typeName = new type[typeLength1][typeLength2];

type 可以为基本数据类型和复合数据类型,arraylenght1 和 arraylenght2 必须为正整数,arraylenght1 为行数,arraylenght2 为列数。

比如定义一个二维数组:

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

解析:二维数组 a 可以看成一个两行三列的数组。

多维数组的引用(以二维数组为例)

对二维数组中的每个元素,引用方式为 arrayName[index1] [index2],例如:

num[1] [0];

其实二维甚至多维数组十分好理解,我们把两个或者多个值当做定位就好。

原来的数组就是一条线,我们知道一个位置就好

二维就是一个面,两点确定一个位置

三维呢,就需要三个点来确定

。。。

依次理解即可!

获取数组长度:

a.length获取的二维数组第一维数组的长度,a[0].length才是获取第二维第一个数组长度。

4.5 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。

文档简介:

1556416820621.png

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")

java.util.Arrays 类能方便地操作数组. 使用之前需要导包!

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。

具体说明请查看下表:

1556266181160.png

4.5.1、打印数组

public static void main(String[] args) {
    int[] a = {1,2};
    System.out.println(a);  //[I@1b6d3586
    System.out.println(Arrays.toString(a));  //[1, 2]
}

4.5.2、数组排序

对指定的 int 型数组按数字升序进行排序

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));
}

4.5.3、二分法查找

在数组中查找指定元素并返回其下标

注意:使用二分搜索法来搜索指定的数组,以获得指定的值。必须在进行此调用之前对数组进行排序(通过sort方法等)。如果没有对数组进行排序,则结果是不确定的。

如果数组包含多个带有指定值的元素,则无法保证找到的是哪一个。

public static void main(String[] args) {
    int[] a = {1,2,323,23,543,12,59};
    Arrays.sort(a);   //使用二分法查找,必须先对数组进行排序
    System.out.println("该元素的索引:"+Arrays.binarySearch(a, 12));
}

4.5.4、元素填充

public static void main(String[] args) {
    int[] a = {1,2,323,23,543,12,59};
    Arrays.sort(a);   //使用二分法查找,必须先对数组进行排序
    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));
}

4.5.5、数组转换为List集合

1556417040362.png

int[] a = {3,5,1,9,7};
List<int[]> list = Arrays.asList(a);

4.6 常见排序算法

4.6.1、冒泡排序

【请写出冒泡排序代码】
冒泡排序(Bubble Sort),是一种计算机科学领域的较简单的排序算法。
它重复地走访过要排序的元素列,依次比较两个相邻的元素,如果他们的顺序(如从大到小、首字母从A到Z)错误
就把他们交换过来。走访元素的工作是重复地进行直到没有相邻元素需要交换,也就是说该元素列已经排序完成。
这个算法的名字由来是因为越大的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端(升序或降序排列),就如同碳酸饮料中二氧化碳的气泡最终会上浮到顶端一样,故名“冒泡排序”。

冒泡排序算法的原理如下:

  1. 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大,就交换他们两个。
  2. 对每一对相邻元素做同样的工作,从开始第一对到结尾的最后一对。在这一点,最后的元素应该会是最大的
    数。
  3. 针对所有的元素重复以上的步骤,除了最后一个。
  4. 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。

1556267492189.png

class Bubble {
    public int[] sort(int[] array) {
        int temp = 0;
        // 外层循环,它决定一共走几趟 //-1为了防止溢出
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            int flag = 0; //通过符号位可以减少无谓的比较,如果已经有序了,就退出循环
            //内层循环,它决定每趟走一次
            for (int j = 0; j < array.length - i - 1; j++) {
                //如果后一个大于前一个,则换位
                if (array[j + 1] > array[j]) {
                    temp = array[j];
                    array[j] = array[j + 1];
                    array[j + 1] = temp;
                    flag = 1;
                }
            }
            if (flag == 0) {
                break;
            }
        }
        return array;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Bubble bubble = new Bubble();
        int[] array = {2, 5, 1, 6, 4, 9, 8, 5, 3, 1, 2, 0};
        int[] sort = bubble.sort(array);
        for (int num : sort) {
            System.out.print(num + "\t");
        }
    }
}

4.6.2、选择排序

【请写出选择排序的代码】

选择排序(Selection sort)是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是每一次从待排序的数据元素中选出最小(或最大)的一个元素,存放在序列的起始位置,然后,再从剩余未排序元素中继续寻找最小(大)元素,然后放到排序序列的末尾。以此类推,直到全部待排序的数据元素排完。 选择排序是不稳定的排序方法。

class SelectSort{
    public int[] sort(int arr[]) {
        int temp = 0;
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {// 认为目前的数就是最小的, 记录最小数的下标
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
                if (arr[minIndex] > arr[j]) {// 修改最小值的下标
                    minIndex = j;
                }
            }// 当退出for就找到这次的最小值,就需要交换位置了
            if (i != minIndex) {//交换当前值和找到的最小值的位置
                temp = arr[i];
                arr[i] = arr[minIndex];
                arr[minIndex] = temp;
            }
        }
        return arr;
    }

    public static void main(String[] args) {
        SelectSort selectSort = new SelectSort();
        int[] array = {2, 5, 1, 6, 4, 9, 8, 5, 3, 1, 2, 0};
        int[] sort = selectSort.sort(array);
        for (int num : sort) {
            System.out.print(num + "\t");
        }
    }
}

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Last modification:May 9th, 2019 at 09:33 am
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