Java中的数组

数组

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的
• 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他们

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
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 com.kuang.array;

/**
 * @version：java version 1.8
 * @Author：Mr Cao
 * @Description：
 * @Date：2024-02-01 2:10
 */
public class ArrayDemo01 {
    //变量的类型 变量的名字   =   变量的值
    //数组类型
    public static void main(String[] args) {
        int[] nums; //1.声明一个数组
//        int nums2[];
        nums = new int[10]; //2.创建一个数组

        int[] nums2 = new int[10];

        //3.给数组元素中赋值
        nums[0]=1;
        nums[1]=2;
        nums[2]=3;
        nums[3]=4;
        nums[4]=5;
        nums[5]=6;
        nums[6]=7;
        nums[7]=8;
        nums[8]=9;
        nums[9]=10;
        //计算所有元素的和
        int sum=0;
        
        //获取数组长度：arrays.length
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            sum+=nums[i];
        }
        System.out.println("总和为："+sum);
        //数组下标越界错误
        System.out.println(nums[10]);   //java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 10
    }
}

三种初始化状态

静态初始化

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

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。

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]);	java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 数组下标越界异常
}

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，不可改变的。如果越界，则报：java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException:

数组的使用

普通for循环

package com.kuang.array;

import org.omg.CORBA.ARG_OUT;

/**
 * @version：java version 1.8
 * @Author：Mr Cao
 * @Description：
 * @Date：2024-02-01 3:30
 */
public class ArrayDemo03 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = {1,2,3,4,5};
        //打印全部的数组元素
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            System.out.println(arrays[i]);
        }
        System.out.println("=============");
        //计算所有元素的和
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            sum+=arrays[i];
        }
        System.out.println("sum="+sum);
        System.out.println("=============");
        //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("max="+max);
    }
}

增强for循环

• 普通的for循环
• For-Each循环
• 数组作方法入参
• 数组作返回值

package com.kuang.array;

/**
 * @version：java version 1.8
 * @Author：Mr Cao
 * @Description：
 * @Date：2024-02-01 3:35
 */
public class ArrayDemo04 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = {1,2,3,4,5};
        //增强for循环
        //JDK1.5，没有下标
        for (int array : arrays) {
            System.out.println(array);
        }
        //打印数组元素
        printArray(arrays);
        int[] reverse = reverse(arrays);
        System.out.println();
        printArray(reverse);

    }
    public static void printArray(int[] arrays){
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            System.out.print(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[j] = arrays[i];
        }
        return result;
    }
}

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];	//可以看成一个两行五列的数组

package com.kuang.array;

/**
 * @version：java version 1.8
 * @Author：Mr Cao
 * @Description：
 * @Date：2024-02-02 2:31
 */
public class ArrayDemo05 {
    public static void main(String[] args) {
        /*
        [4][2]
        1,2 array[0]
        2,3 array[1]
        3,4 array[2]
        4,5 array[3]
         */
        int[][] array = {{1,2},{2,3},{3,4},{4,5}};
        System.out.println(array[0]);
        printArray(array[0]);
        System.out.println(array[0][0]);
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            for (int j = 0; j < array[i].length; j++) {
                System.out.println(array[i][j]);
            }
        }
    }
    public static void printArray(int[] arrays){
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
            System.out.print(arrays[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 com.kuang.array;

import java.util.Arrays;

/**
 * @version：java version 1.8
 * @Author：Mr Cao
 * @Description：
 * @Date：2024-02-02 3:04
 */
public class ArrayDemo06 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1,2,3,4,9090,31231,543,21,3,23};
        System.out.println(a);  //[I@1b6d3586
        //打印数组元素
        System.out.println(Arrays.toString(a));
        printArray(a);
        Arrays.sort(a); //数组进行排序
        System.out.println(Arrays.toString(a));

        Arrays.fill(a,0);   //数组填充
        printArray(a);
        Arrays.fill(a,2,4,1);   //数组填充  // [2,4)=>2,3
        printArray(a);
    }
    // 不要重复造轮子
    public static void printArray(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();
    }
}

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
• 冒泡排序的代码还是相当简单的，两层循环，外层冒泡轮数，内层依次比较，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复杂度为O(n^2)
• 如何优化？

package com.kuang.array;

import java.util.Arrays;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;

/**
 * @version：java version 1.8
 * @Author：Mr Cao
 * @Description：
 * @Date：2024-02-02 3:27
 */
public class ArrayDemo07 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1,7,8,2,1,3,5,4,6,8};

        int[] sort=sort(a); // 调用完我们自己写的排序算法以后，返回一个排序后的数组
        System.out.println(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
    public static int[] sort(int[] array){
        // 临时变量
        int temp = 0;
        // 外层循环，判断我们这个要走多少次
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
            boolean flag = false;   // 通过flag标志位较少没有意义的比较
            // 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]){    // 从大到小排序
//                if(array[j+1]<array[j]){    // 从小到大排序
                    temp=array[j+1];
                    array[j+1]=array[j];
                    array[j]=temp;
                    flag=true;
                }
            }
            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：因为该二维数组的很多值是默认值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
• 如下图：左边是原始数组，右边是稀疏数组

package com.kuang.array;

/**
 * @version：java version 1.8
 * @Author：Mr Cao
 * @Description：
 * @Date：2024-02-02 4:03
 */
public class ArrayDemo08 {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建一个二维数组 11*11  0：没有棋子，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();
        }
        System.out.println("=============================");
        // 转换为稀疏数组来保存
        // 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
        int[][] array2 = new int[sum+1][3];
        array2[0][0]=11;
        array2[0][1]=11;
        array2[0][2]=sum;
        // 便利二维数组，将非零的值，存放稀疏数组中
        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++;
                    array2[count][0]=i;
                    array2[count][1]=j;
                    array2[count][2]=array1[i][j];
                }
            }
        }
        // 输出稀疏数组
        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");
        //还原
        // 1.读取稀疏数组
        int[][] array3 = new int[array2[0][0]][array2[0][1]];
        // 2.给其中的元素还原他的值
        for (int i = 1; i < array2.length; i++) {
            array3[array2[i][0]][array2[i][1]]=array2[i][2];
        }
        // 3.打印
        System.out.println("输出还原的数组");
        for (int[] ints : array3) {
            for (int anInt : ints) {
                System.out.print(anInt+"\t");
            }
            System.out.println();
        }

    }
}