---
title: Java数组
date: 2020-05-24 18:59:37
tags:
- Java
categories:
- Java基础
---

## 数组概述

**`数组的定义:`**

* 数组是<span style="color:red">相同类型数据</span>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。

<!--more-->

### 数组的声明创建

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：

```java
dataType[] arrayRefVar;		//首选的方法
或
dataType arrayRefVar[];		//效果相同，但不是首选方法，不推荐使用
```

Java语言使用`new` 操作符来创建数组，语法如下：

```java
dataType[] arrayRefVar = new dataType[arraySize];
```

数组的元素是通过索引访问的，<span style="color:red">数组索引从**0**开始</span>。

获取数组长度：`arrays.length`

声明时数组在内存中并不存在，只有在创建数组时，才会在内存中为数组分配指定的空间。

### Java内存分析

![java内存](https://i.loli.net/2020/05/23/pEowZelcCNFGzQ3.png)

`数组在内存中的创建过程:`

1. 在声明数组时会在栈中压入数组名
2. 创建数组时会在堆中开辟指定的空间用来存放数组
3. 给数组赋值，将值存放在堆中数组对应的空间里

![数组在内存中的创建过程](https://i.loli.net/2020/05/23/QGIF8zbnEcasDvg.png)

### 数组的三种初始化

* **静态初始化**

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

* **动态初始化**

	```java
	int[] a = new int[2];	//创建数组 默认初始化
	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<span style="color:red">相同类型</span>，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，<span style="color:red">数组对象本身是在堆中的</span>。

### 数组边界

下标的合法区间：[0,length-1]，如果越界就会报错；

```java
public static void main(String[] args){
    int[] a = new int[2];
    System.out.println(a[2]);		//报错
}
```

<span style="color:red">ArraylndexOutOfBoundsException：数组下标越界异常！</span>

> **`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
> * 数组长度的确定的，不可变的。如果越界，则报：ArraylndexOutofBounds

## 数组的使用

数组一般可以配合循环来使用。

```java
public class ArrayDemo {
    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]);
        }
        //打印所有元素的和
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < arrays.length; ++i) {
            sum += arrays[i];
        }
        System.out.println("sum="+sum);
        //查找最大最小元素
        int max = array[0];//创建变量，存储遍历数组时发现的最大值，
        //初始值赋为数组中第一个元素而不赋为0，是为了避免数组中没有比0大的值，这样就会输出错误的值
        int min = array[0]
        for (int i = 1; i < arrays.length; i++) {
            max = max > arrays[i] ? max : arrays[i];
            min = min < arrays[i] ? min : arrays[i]
        }
        System.out.println("max="+max+"\nmin="+"min");
    }
}
```

### for-each循环(增强型for循环)

```java
public class ArrayDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = {1,2,3,4,5};
        for(int array : arrays){		//这种方式没有下标，适合打印输出
            System.out.println(array);
        }
    }
}
```

### 数组作方法入参和作返回值

```java
public class ArrayDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = {1,2,3,4,5};
        int[] arraysReverse = reverse(arrays);
        printArray(arraysReverse);
    }
    //打印数组元素
    public static void printArray(int[] arrays){ //数组作为方法的传入参数
        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];
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++){
            result[result.length-i-1] = arrays[i];
        }
        return result;			//数组作为返回值
    }
}
```

### 数组的常用算法

####冒泡排序



![冒泡排序](https://i.loli.net/2020/05/24/QoRPrY2VfzcnhwE.gif)

如果遇到相等的值不进行交换，那这种排序方式是稳定的排序方式。

原理：比较两个相邻的元素，将值大的元素交换到右边

思路：依次比较相邻的两个数，将比较小的数放在前面，比较大的数放在后面。

算法分析：

N个数字要排序完成，总共进行N-1趟排序，每i趟的排序次数为(N-i)次，所以可以用双重循环语句，外层控制循环多少趟，内层控制每一趟的循环次数

冒泡排序的优点：每进行一趟排序，就会少比较一次，因为每进行一趟排序都会找出一个较大值。如上例：第一趟比较之后，排在最后的一个数一定是最大的一个数，第二趟排序的时候，只需要比较除了最后一个数以外的其他的数，同样也能找出一个最大的数排在参与第二趟比较的数后面，第三趟比较的时候，只需要比较除了最后两个数以外的其他的数，以此类推……也就是说，没进行一趟比较，每一趟少比较一次，一定程度上减少了算法的量。

时间复杂度

1.如果我们的数据正序，只需要走一趟即可完成排序。所需的比较次数C和记录移动次数M均达到最小值，即：$C_{min}=n-1$；$M_{min}=0$;所以，冒泡排序最好的时间复杂度为O(n)。

2.如果很不幸我们的数据是反序的，则需要进行n-1趟排序。每趟排序要进行n-i次比较(1≤i≤n-1)，且每次比较都必须移动记录三次来达到交换记录位置。在这种情况下，比较和移动次数均达到最大值：

$$C_{max} =\cfrac{n(n-1)}{2} = O(n^2)$$

$M_{max} =\cfrac{3n(n-1)}{2} = O(n^2)$

综上所述：冒泡排序总的平均时间复杂度为：$O(n^2)$ ,时间复杂度和数据状况无关。

> Java代码实现
>
> ```java
> //冒泡排序
> public static int[] bubbleSort(int[] array){
> 	int temp = 0;
> 	//外层循环控制比较的轮次 : length-1轮
>  for (int i = 0; i < array.length-1; i++){
>      //内层循环控制每轮比较的次数
>      //第i轮（i从0开始计算），比较次数为length-i-1
>      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;
> }
> ```

#### 二分查找（折半查找）

**概述**

二分查找也称折半查找（Binary Search），它是一种效率较高的查找方法。但是，二分查找要求数组数据必须采用顺序存储结构有序排列。

**原理 **

首先，假设数组中元素是按升序排列，将数组中间位置的数据与查找数据比较，如果两者相等，则查找成功；否则利用中间位置记录将数组分成前、后两个子数组，如果中间位置数据大于查找数据，则进一步查找前子数组，否则进一步查 找后子数组。

 重复以上过程，直到找到满足条件的数据，则表示查找成功， 直到子数组不存在为止，表示查找不成功。

> Java代码实现
>
> ```java
> public class Demo5 {
> 
> 	/**
> 	 * 二分查找（折半查找）
> 	 */
> 	public static void main(String[] args) {
>         //定义一个有序数组
> 		int[] nums = {10,20,30,40,50,60,70,80,90};
> 		//要查找的数据
> 		int num = 20;
> 		bubbleSort(nums,num);
> 		
> 		System.out.println("位置："+centerIndex);
> 		
> 	}
> }
> public int binarySearch(int[] array，int num){
> 		//1.	最小范围下标
> 		int minIndex = 0;
> 		//2.	最大范围下标
> 		int maxIndex = array.length-1;
> 		//3.	中间数据下标
> 		int centerIndex = (minIndex+maxIndex)/2;
> 		while(true) {
> 			System.out.println("循环了一次");
> 			if(array[centerIndex]>num) {
> 				//中间数据较大
> 				maxIndex = centerIndex-1;
> 			}else if(array[centerIndex]<num) {
> 				//中间数据较小
> 				minIndex = centerIndex+1;
> 			}else {
> 				//找到了数据  数据位置：centerIndex
> 				break;
> 			}
> 			
> 			if(minIndex > maxIndex) {
> 				centerIndex = -1;
> 				break;
> 			}
> 			//当边界发生变化， 需要更新中间下标
> 			centerIndex = (minIndex+maxIndex)/2;
> 		}
>     return centerIndex;
> }
> ```

#### 

## 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

```java
int[][] a = new int[2][5]	//二维数组a可以看成一个两行5列的数组
```

![](https://i.loli.net/2020/05/24/qOGaBP61eo5mVdU.png)

```java
public class ArrayDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] arrays= {{1,2},{2,3},{3,4},{4,5}};
        //将数组遍历打印出来
        for (int i = 0; i < arrays.length; i++){
            for (int j = 0; j < arrays[i].length; j++){
                System.out.print(arrays[i][j]+" ");
            }
        }
    }
```

## Java的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。

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”）

Arrays类具有以下**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。

具体使用可参考[JDK文档](https://www.matools.com/api/java8)

## 稀疏数组

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的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
>
> ![](https://i.loli.net/2020/05/24/4HsMGcvahmbUk72.png)
>
> |      |  行  |  列  |  值  |                  含义                   |
> | :--: | :--: | :--: | :--: | :-------------------------------------: |
> | [0]  |  6   |  7   |  8   | 表示这是一个6行7列的数组，有效值有 8 个 |
> | [1]  |  0   |  3   |  22  |   第一个有效值位于第0行第3列，值为22    |
> | [2]  |  0   |  6   |  15  |   第二个有效值位于第0行第6列，值为15    |
> | [3]  |  1   |  1   |  11  |   第三个有效值位于第1行第1列，值为11    |
> | [4]  |  1   |  5   |  17  |   第四个有效值位于第1行第5列，值为17    |
> | [5]  |  2   |  3   |  -6  |   第五个有效值位于第2行第3列，值为-6    |
> | [6]  |  3   |  5   |  39  |   第六个有效值位于第3行第5列，值为39    |
> | [7]  |  4   |  0   |  91  |   第七个有效值位于第4行第0列，值为91    |
> | [8]  |  5   |  2   |  28  |   第八个有效值位于第5行第2列，值为28    |

```java
/**** 转为稀疏数组 ****/
public static int[][] toSparseArray(int[][] arr){
    //获取有效值的个数
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
        for (int j = 0; j < arr[i].length; j++) {
            if (arr[i][j] != 0) {
                sum++;
            }
        }
    }
    //新建一个稀疏数组
    int[][] arr2 = new int[sum+1][3];
    arr2[0][0] = arr.length;
    arr2[0][1] = arr[0].length;
    arr2[0][2] = sum;
    //遍历arr,将非零的值的信息，存放入稀疏数组中
    int count = 0;
    for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
        for (int j = 0; j < arr[i].length; j++) {
            if(arr[i][j] != 0){
                count++;
                arr2[count][0] = i;
                arr2[count][1] = j;
                arr2[count][2] = arr[i][j];
            }
        }
    }
    return arr2;
}

/**** 稀疏数组转为普通数组 ****/
public static int[][] sparseToArray(int[][] arr){
    //读取稀疏数组,并新建一个数组
    int[][] arr2 = new int[arr[0][0]][arr[0][1]];
    //还原稀疏数组
    for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
        arr2[arr[i][0]][arr[i][1]] = arr[i][2];
    }
    return arr2;
}
```

