Java编程基础-数组

一、数组的定义。

1、数组的含义：数组是一组具有相同数据类型的元素的有序集合。数组可以分为一维数组和多维数组。(数组是一个引用类型的容器，从0开始编号存储相同数据类型的数据。)

2、数组的定义语法格式：

(1)、格式一：数据类型  [ ] 数组名=new 数据类型[元素的个数或数组的长度];

例如:int[ ] arr=new int[3];//定义了一个整型数组，数组中有3个元素（数组长度为3）

附：数组名放在[ ] 前面也是可以的,即int arr[ ] =new int[3];//但一般不建议这么定义。

(2)、格式二：数据类型  [ ] 数组名=new 数据类型[ ]{元素1,元素2,元素3,......};

例如:int[ ] arr=new int[ ]{1,2,3,4,5};//直接给数组进行赋值，需要注意的是new int[ ] 的括号中不能够指定数组中存放元素的个数，因为我们不清楚后面定义的数组个数。如果写了元素个数，JVM虚拟机在运行的时候会报错。

(3)、格式三:数据类型  [ ] 数组名={元素1,元素2,元素3,......};

例如：int[ ] arr= {1,2,3,4,5};//属于直接赋值的方式

格式二和格式三也称静态初始化，就是在定义数组的同时就为数组的每个元素赋值。

注意：

a)arr(即数组名)是引用数据类型中的数组类型，arr存的是地址值。该变量必须指向一个有效的数组对象，如果该变量的值为null，arr不再指向堆内存中的数组，此时通过该变量访问数组中的元素会出现空指针异常(NullPointerException)。堆内存中数组被虚拟机视为垃圾，(虚拟机会启动垃圾回收机制)不定时间内最终被清除。

b)数组中元素最小的索引(下标、角标)是0，最大的索引是数组的长度-1.访问元素时超出了数组的索引范围会出现数组角标越界异常（ArrayIndexOutOfBoundsException）。在Java中，为了方便获得数组的长度，提供了一个length属性，在程序中可以通过“数组名.length”的方式来获得数组的长度，即元素的个数。

c)不同数据类型数组的元素都有默认初始化值，其中byte、short、int、long的默认初始化值为0,float和double类型的默认初始化值为0.0,char类型的默认初始化值为一个空字符，即"\u0000",boolean类型的默认初始化值为false,引用类型的默认初始化值为null，表示变量不引用任何对象。

代码示例演示：

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1. public class Demo {
2. public static void main(String[] args) {
3. int[] arr = new int[3];// 声明一个数组arr,并开辟内存空间
4. System.out.println("数组的长度为：" + arr.length);
5. // 数组元素的访问通过数组名[下标]的方式访问
6. System.out.println("数组的第一个元素为：" + arr[0]);//由于未初始化，所以访问的元素为默认值
7. System.out.println("数组的第二个元素为：" + arr[1]);
8. System.out.println("数组的第三个元素为：" + arr[2]);
9. System.out.println(arr[3]);
10. // 由于数组arr的最大下标为length-1,即最大下标为2,所以访问下标为3的元素会报数组角标越界异常
11. //arr = null;
12. //System.out.println(arr[0]);
13. // 由于数组的引用为null,不再指向内存中的数组地址值,此时再访问数组中的0角标元素会报空指针异常
14. }
15. }

输出结果为：

数组的长度为：3

数组的第一个元素为：0

数组的第二个元素为：0

数组的第三个元素为：0

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3

at Demo.main(Demo.java:11)

//Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException

at Demo.main(Demo.java:14)

二、数组的常见操作。

1、数组的遍历

在操作数组时，经常需要依次访问数组中的每一个元素，这种操作称作数组的遍历。由于数组中元素类型的相同，而且元素是有序的，从0开始到最大下标，所以常用循环的方式遍历数组。

代码示例演示：

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1. public class Demo {
2. public static void main(String[] args) {
3. int[] arr = { 5, 12, 21, 9, 7 };// 声明并初始化一个长度为5的int类型数组
4. for (int i = 0; i < arr.length; i++) {// 循环遍历数组中的每一个元素
5. System.out.println("arr[" + i + "]=" + arr[i]);// 打印输出元素值
6. }
7. // 使用增强for循环的方式遍历输出数组中的元素
8. for (int a : arr) {
9. System.out.print(a+" ");
10. }
11. }
12. }

输出的结果为：

arr[0]=5

arr[1]=12

arr[2]=21

arr[3]=9

arr[4]=7

5 12 21 9 7

2、数组的最值

在操作数组时，经常需要获取数组中元素的最值。

代码示例演示：

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1. public class Demo {
2. public static void main(String[] args) {
3. int[] arr = { 5, 1, 2, 8, 7, 21, 12 };// 定义一个数组
4. int max = getMax(arr);// 调用获取元素最大值的方法
5. System.out.println("max=" + max);// 打印最大值
6. System.out.println("最大值为：" + getMax_2(arr));
7. int min = getMin(arr);// 调用获取元素最小值的方法
8. System.out.println("min=" + min);// 打印最小值
9. System.out.println("最小值为：" + getMin_2(arr));
10. }
11. public static int getMax(int[] arr)// 定义了一个求最大值的方法
12. {
13. int max = arr[0];// 定义变量max用于记住最大数，先假设第一个元素为最大值
14. // 需要注意的是：在for循环中的变量i是从1开始的，这样写的原因是程序已经假设第一个元素为最大值,
15. // for循环中只需要从第二个元素开始比较，从而提高程序的运行效率。
16. for (int x = 1; x < arr.length; x++)// 通过for循环遍历数组中的元素
17. {
18. if (arr[x] > max)// 比较arr[x]的值是否大于max
19. {
20. max = arr[x]; // 条件成立，将arr[x]的值赋给max
21. }
22. }
23. return max;// 返回最大值
24. }
25. public static int getMax_2(int[] arr) {// 获取最大值的第二种方法，初始化为数组中元素任意一个角标。
26. int max = 0;
27. for (int x = 1; x < arr.length; x++) {
28. if (arr[x] > arr[max]) {
29. max = x;
30. }
31. }
32. return arr[max];
33. }
34. public static int getMin(int[] arr)// 定义了一个求最小值的方法
35. {
36. int min = arr[0];// 定义变量min用于记住最小数，先假设第一个元素为最小值
37. for (int x = 1; x < arr.length; x++)// 通过for循环遍历数组中的元素
38. {
39. if (arr[x] < min)// 比较arr[x]的值是否小于min
40. {
41. min = arr[x]; // 条件成立，将arr[x]的值赋给min
42. }
43. }
44. return min;// 返回最小值
45. }
46. public static int getMin_2(int[] arr) {// 获取最小值的第二种方法
47. int min = 0;
48. for (int x = 1; x < arr.length; x++) {
49. if (arr[x] < arr[min]) {
50. min = x;
51. }
52. }
53. return arr[min];
54. }
55. }

输出结果为：

max=21

最大值为：21

min=1

最小值为：1

3、数组的排序

在操作数组时，经常需要对数组中的元素进行排序，数组排序的方法有很多种，比如选择排序，冒泡排序，插入排序，希尔排序等。(这里就只简答介绍选择和冒泡排序。)

(1)、选择排序

每一次从待排序的数据元素中选取最小（或最大）的一个元素，存放在序列的起始位置，直到全部待排序的数据元素排完。

代码实现：

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1. public static void selectSort(int[] arr)// 定义选择排序方法
2. {
3. for (int x = 0; x < arr.length - 1; x++) {
4. for (int y = x + 1; y < arr.length; y++) {
5. if (arr[x] > arr[y]) // 满足条件，进行位置置换
6. {
7. int temp = arr[x];
8. arr[x] = arr[y];
9. arr[y] = temp;
10. }
11. }
12. }
13. }

(2)、冒泡排序

遍历要排序的数列，依次比较相邻两个元素，如果符合条件，把顺序错误的交换过来，让较大的数往下沉，较小的数往上冒。重复进行直到没有要交换的。

代码实现：

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1. public static void bubbleSort(int[] arr)// 定义冒泡排序方法
2. {
3. for (int x = 0; x < arr.length - 1; x++) {
4. for (int y = 0; y < arr.length - x - 1; y++) // -x:让每一次比较元素减少。-1：避免角标越界。
5. {
6. if (arr[y] > arr[y + 1])// 满足条件，进行位置置换
7. {
8. int temp = arr[y];
9. arr[y] = arr[y + 1];
10. arr[y + 1] = temp;
11. }
12. }
13. }
14. }

4、数组元素的查找(折半查找)

折半查找也称二分查找，假设表中元素按升序排列，将表中位置的元素与查找的值比较，如果二者相等，则查找成功。否则从中间将表分成前后两个部分，如果中间位置记录的元素大于查找的元素，则查前部分，否则查后部分，重复直到找到或表已查完。

优点是比较次数少，查找速度快，平均性能好；

缺点是要求待查表为有序表，且插入删除困难。因此，折半查找方法适用于不经常变动而查找频繁的有序列表。

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1. public class Demo {
2. public static void main(String[] args) {
3. int[] arr = { 1, 2, 5, 7, 9, 12, 21, };
4. // 调用折半查找方法查找元素5的位置
5. System.out.println("index=" + halfSearch(arr, 5));
6. System.out.println("index=" + halfSearch(arr, 6));//测试返回-1的情况
7. }
8. public static int halfSearch(int[] arr, int key)//arr是已排好的升序数组，返回找到值的下标，返回-1表示没找到。
9. {
10. int min, max, mid;
11. min = 0; // 最小下标
12. max = arr.length - 1; // 最大下标
13. mid = (max + min) / 2; // 中间下标
14. while (arr[mid] != key) {
15. if (key > arr[mid])
16. min = mid + 1;
17. else if (key < arr[mid])
18. max = mid - 1;
19. if (min > max) // 如果最小的下标大于最大的下标就说明没有折半可能。
20. return -1;
21. mid = (max + min) / 2;
22. }
23. return mid;
24. }
25. }

5、数组工具类(Arrays)

在java.util包中有一个Arrays工具类，该工具类包含操作数组的各种方法，如查找、排序、搜索等。

如使用Arrays实现数组排序：Arrays.sort(arr);该方法有函数重载，可以提供short、long等其他数据类型的排序。

实际中建议使用该方法，因为简单不容易错，但面试切勿这样写。

三、多维数组。

1、多维数组的含义：多维数组可以简单的理解为在数组中嵌套数组，即数组中的元素还是数组。在程序中比较常见的是二维数组。

2、二维数组的语法定义格式：

(1)、格式一：数据类型[ ][ ] 数组名=new [ 二维数组长度][一维数组长度 ];

(2)、格式二：数据类型[ ][ ] 数组名=new [ 二维数组长度][ ];

(3)、格式三：数据类型[ ][ ] 数组名=new [ ][ ]{{元素1,元素2,..},{元素1,元素2,..},{元素1,元素2,..}......};

或者 数据类型[ ][ ] 数组名={{元素1,元素2,..},{元素1,元素2,..},{元素1,元素2,..}......};

定义格式提醒：数组名可以放在数据类型后面，两个中括号之间以及两个中括号之后。

代码示范上述：

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1. public class Demo {
2. public static void main(String[] args) {
3. // 定义了长度为5的二维数组，每个二维数组中的元素又是一个长度为2的一维数组。
4. int[][] arr1 = new int[5][2];
5. // 定义了长度为3的二维数组，但数组中的每个元素的长度不确定。
6. int[][] arr2 = new int[3][];
7. // 二维数组中定义了三个元素，这三个元素都是数组，分别为{1,2,3},{5,8},{7,3,5}。
8. // 对二维数组元素的访问也是通过角标的方式，如要访问二维数组中第一个元素数组的第二个元素。
9. // 代码为:arr3[0][1];
10. int[][] arr3 = new int[][] { { 1, 2, 3 }, { 5, 8 }, { 7, 3, 5 } };
11. // 数组名放在这三个位置都可以
12. int a[][] = new int[1][2];
13. int[] b[] = new int[1][2];
14. int[][] c = new int[1][2];
15. }
16. }

3、二维数组的遍历

二维数组的遍历同一维数组一样采用循环遍历，不同的是由于数组中还是数组，需要用到循环嵌套。

代码实现：

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1. public class Demo {
2. public static void main(String[] args) {
3. int[][] arr = { { 1, 2, 3 }, { 5, 8 }, { 7, 3, 5 } };
4. for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
5. for (int j = 0; j < arr[i].length; j++) {
6. System.out.print(arr[i][j]);// 打印元素
7. }
8. System.out.println();// 换行
9. }
10. }
11. }