07Java基础之数组

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，按照一定的先后顺序排列组合而成。
• 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：

  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。
• 获取数组的长度，通过“arrays.length”方法来获得。

  public class arrayDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 变量的类型 变量的名称 = 变量的值;
        // 数组类型 数组名称 = 数组的值;
        int[] nums; // 1.定义
//        int nums2[];
        nums = new int[10]; // 2. 创建一个数组，这里面可以存放10个int类型的数字

        // 3. 给数组元素中赋值,获取数组长度：arrays.length
        for(int i = 0; i < nums.length; i++){
            nums[i] = i + 1;
        }

        // 4. 读取数组元素中的值
        for(int i = 0; i < nums.length; i++){
            System.out.print(nums[i] + " ");
        }
    }
}

内存分析

• Java内存分为：
  • 堆：存放着new出来的对象和数组。
    
    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：可以被所有的线程共享。
    
    包含了所有的class和static变量。

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中对象实在堆中的，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。

数组的边界

• 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.printlin(a[2]);
  }

• 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，则会报错。

数组的使用

• For-Each循环

  public static void main(String[] args)
  {
    int[] arrays = {1, 2, 3, 4, 5};
    // JDK1.5版本以上，for循环没有下标
    for(int array: arrays){
      System.out.println(array);
    }
  }

• 数组做方法入参
• 数组做返回值

  public static void main(String[] args){
    int[] arrays = {1, 2, 3, 4, 5};
    int[] reverse = reverse(arrays);
    printArray(arrays);
  }

  // 打印数组
  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];

    // 反转操作
    for(int i = 0, j = arrays.length - 1; i < arrays.length; i++, j--){
      result[i] = arrays[j];
    }

    return result;
  }

• 上边的例子中，数组也可以作为返回参数。

   public static void main(String[] args){
        int[] arrays = {1, 2, 3, 4, 5};
        int[] reverse = new int[arrays.length];
        reverse(arrays, reverse);
        printArray(reverse);

    }

    // 打印数组
    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 void reverse(int[] arrays, int[] outArrays){

        // 反转操作
        for(int i = 0, j = arrays.length - 1; i < arrays.length; i++, j--){
            outArrays[i] = arrays[j];
        }
    }
  }

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。
• 二维数组格式：

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

• 解释：以上二维数组a可以看成一个两行五列的数组。

Arrays类

• 数组的工具类java.until.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”使用对象调用（注意是“不用”而不是“不能”）
• 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binarySsearch方法能对排序好的数组进行二分查找操作。

冒泡排序

• 冒泡排序无疑是最为出名的排序之一。
• 冒泡的代码还是相当简单的，两层循环，外层冒泡轮数，里层依次比较，江湖中人人尽皆知。
• 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(n2).

  public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = {1, 8, 3, 7, 5};
        int[] result = sort(arrays);

        System.out.println(Arrays.toString(result));
    }

    // 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[] arrays){
        int temp = 0;

        // 外层循环，判断我们这个要走多少次
        for(int i = 0; i < arrays.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 < arrays.length - 1 - i; j++){
                if(arrays[j] > arrays[j+1]){
                    temp = arrays[j];
                    arrays[j] = arrays[j+1];
                    arrays[j+1] = temp;
                }
            }
        }
        return arrays;
    }

稀疏数组

• 需求： 编写五子棋游戏，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0，因此记录了很多没有意义的数据。
• 解决方案： 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。
  
  

    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建一个二维数组 11 * 11 ，0 表示没有棋子，1 表示黑棋，2 表示白棋
        int[][] array1 = new int[11][11];
        array1[1][2] = 1;
        array1[2][3] = 2;

        // 输出原始的数组
        System.out.println("输出原始的数组");
        for (int[] ints : array1) {
            for (int anInts : ints) {
                System.out.print(anInts + "\t");
            }
            System.out.println();
        }
        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[] ints : array1) {
            for (int anInts : ints) {
                if (anInts != 0) {
                    sum++;
                }
            }
        }
        System.out.println("有效值的个数为：" + sum);

        // 2. 创建一个稀疏数组的数组
        int[][] array2 = new int[sum + 1][3];
        array2[0][0] = 11;
        array2[0][1] = 11;
        array2[0][2] = sum;

        //遍历二维数组，将非零的值，存放到稀疏数组中
        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("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");
        }

        // 还原稀疏数组
        System.out.println("=====================");
        System.out.println("还原稀疏数组");

        // 1. 读取稀疏数组的第一行，根据第一行的数据，创建原始的二维数组
        int[][] array3 = new int[array2[0][0]][array2[0][1]];

        // 2. 给其中的元素还原值
        for(int i = 1; i < array2.length; i++){
                array3[array2[i][0]][array2[i][1]] = array2[i][2];
        }

        // 3. 输出还原的数组
        System.out.println("还原的数组");
        for(int[] ints: array3){
            for(int anInts:ints){
                System.out.print(anInts + "\t");
            }
            System.out.println();
        }
    }