学习大数据：Java基础篇之数组

Posted 2020-12-22

Java基础——数组
数组是一个语言中的基本要素，它能够用来保存和管理多个变量。例如，如果要统计三个学生的成绩，可以手动的定义三个变量 a、b、c，如果要输出这三个变量的值，也可以写三个输出语句。但是，如果要管理一个年级所有学生的成绩，此时，可能有上百个学生。如果为每个学生都手动定义一个变量的话，则程序中会有上百个变量。并且，如果要 输出所有学生的成绩，就会有上百个输出语句。很显然，这样的代码是非常复杂和繁琐的。

因此，我们就需要有一个办法，能够比较方便的管理多个数据。在这种情况下，我们就应该用到数组。

一、数组的基本操作
数组：一次性定义多个同类型的变量。

数组空间在内存中必定是连续的。

1，创建数组

int []a 或int a[] 表示定义一个int类型的一维数组变量a

a=new int[3]; 表示分配了一个长度为3个int的内存空间

int[]a=new int[3]; 也可以两部写在一块，表示定义一个int类型的一维数组同时分配长度为3个int的内存空间

2，下标

定义一个数组，就是一次性定义多个同类型的变量。为数组分配完空间之后，就可以使用数组了。使用数组的时候，应当用下标来表示数组元素。例如，上面分配了长度为3个int 类型的变量，这3个int 变量分别可以用：a[0]、a[1]、a[2]来表示。

即如果分配了一个长度为 n 的数组，则数组的下标范围为 0~n-1。

a[0] = 10; //对数组元素进行赋值

a[1] = 20;

a[2] = 30;

3，遍历数组

遍历数组：按照一定顺序，把每个元素都访问一遍，不会遗漏，不会重复

? 示例代码：

package p5;
public class TestArray{
    public static void main(String [] args){
        int[]a;//数组的定义 int []a; int a [];
        a=new int[3];//初始化变量a,为数组分配空间，定义数组的长度
        a[0]=1;
        a[1]=2;
        a[2]=3;//数组的赋值
        for(int i=0;i<3;i++){//遍历数组
        System.out.println(a[i]);
        }
    }
}

4，数组的初始化

数组元素在没有赋值的情况下可以使用，数组元素有特定的默认值

byte、short、int、long 这四种整数类型，默认值为 0?

? float 和 double 这两种小数类型，默认值为 0.0

boolean 默认值为 false

char 默认值也为 0

注意，char 类型的 0 不是指的字符‘0’，而是指的编码为 0。

对于对象类型的数组来说，默认值为 null。

显示初始化

第一种形式如下：

int[] a = {10, 20, 30};

特点是，只能在定义数组变量的同时使用。

第二种语法形式如下：

int[] a = new int[]{10, 20, 30};

注意，这种语法下，new 关键字后面的方括号中没有数字，也就是说，显式初始化时不能规定数组长度，数组长度由后面的元素个数决定。

package p5;
public class TestArray{
    public static void main(String [] args){
        int[]a;//数组的定义 int []a; int a [];
        a=new int[3];//初始化变量a,为数组分配空间，定义数组的长度
        a[0]=1;
        a[1]=2;
        a[2]=3;//数组的赋值
        /*
        int[]a={1,2,3};//数组的显示初始化，数组长度有括号内元素个数决定
        //int []a=new int [](1,2,3);
        //int []a=new int [3](1,2,3); error!!!
        */
        for(int i=0;i<3;i++){//遍历数组
        System.out.println(a[i]);
        }
    }
}

二、数组在内存中的表示
Java 数组在内存中的表示情况。看下面两行代码

int[] a;

? a = new int[3];

我们结合代码，分析一下数组在内存中的表示。

第一行，定义了一个数组变量 a，此时没有分配连续的内存空间。

第二行，首先执行了 new int[3]，这句代码分配了一个段连续的内存空间，总共能够放 入 3 个 int，因此是 12 个字节。这 12 个字节每个字节都有自己的一个内存地址，其中，12 个字节中的第一个字节，它的地址被称之为这块内存的“首地址”。假设首地址为 1a2b。第三步，执行完了 new int[3]之后，进行了赋值。究竟是把什么赋值给了变量 a 呢？注 意，赋值赋的是内存的首地址。也就是说，数组变量保存的是数组中的首地址 1a2b。如下图所示

?

三、二维数组
1，二维数组的基本操作
二维数组以及多维数组：数组的数组。

比如说，我们日常生活中的抽屉，我们可以认为抽屉就是用来存放多个物品的，因此抽屉就是一个物品的数组。而一个柜子中，可以存放多个抽屉，因此我们可以理解为，柜子就是抽屉组成的数组。因此，柜子就可以理解为是“数组的数组”，也就是：柜子的元素是抽屉，而抽屉本身又是一个数组。

Ⅰ，创建二维数组

int[][] a; 或者 int[] a[]; 或者 int a[][];

定义二维数组变量的时候，同样没有分配数组空间。

?

a = new int[3][4];

为二维数组分配内存空间，分配一个三行四列的二维数组

我们可以这 么来看：我们分配的这个二维数组就相当于一个柜子，这个柜子有三层，每层放一个抽屉。这个抽屉里面分成了四个格子，每个格子又能放一个元素。由于二维数组是“数组的 数组”，因此，二维数组的“行”，指的是这个二维数组中，包含几个元素。由于二维数组 的元素是一维数组，因此，“行”也就是二维数组中包含几个一维数组。而列，则指的是， 二维数组中的每一个一维数组，各自都包含几个元素。

?

a[0][2]

表示第 0 行第 2 列的元素

int [][]a={{1,2,3}{5,6,7}{8,9,10}{11,12,13}};

二维数组的显示初始化

Ⅱ，遍历二维数组

遍历二维数组时，要获得行和列两个数值。

首先，二 维数组同样有 a.length 这样的变量，而使用 a.length 获得的长度，是二维数组元素的个数， 也就是行的数目，也可以理解成：柜子里抽屉的个数。而列的数目，就相当于是每一个一 1a2b a … … 1a2b 7 维数组的长度，也可以理解为，是每一个抽屉的大小。对于第 i 个抽屉，我们可以使用 a[i].length 来获得它的长度。

? 示例代码：

package p5;
public class TestArray2{
    public static void main(String [] args){
        //int [][]a=new int[4][3];//二维数组变量的定义，并为二维数组分配内存空间，
        //分配一个三行四列的二维数组
        // int [][]a=new int [][3];//error!!!
        int [][]a={{1,2,3},{5,6,7},{8,9,10},{11,12,13}};//二维数组的显示初始化
        for(int i=0;i<a.length;i++){//遍历二维数组
            for(int j=0;j<a[i].length;j++){
                System.out.print(a[i][j]+" ");
            }
            System.out.println();
        }

    }
}

2，二维数组的内存表示

?

对于 a 数组来说，它还是一个一维数组，这个一维数组的长度为 3，也就 是说，a 数组有三个元素。而 a[0],a[1],a[2]又各自记录了一个一维数组的地址。因此我们把 a 数组称为“一维数组的一维数组”，也就是二维数组。

3，不规则数组

除了普通的二维数组之外，Java 还支持不规则数组。举例来说，如果一个柜子有三个 抽屉，这个三个抽屉中并不一定每个抽屉都具有一样的大小，完全有可能第三个抽屉更 大，元素更多，而第一个抽屉相对就比较小。

int[][] a; //定义数组变量

a = new int[3][]; //先确定第一个维度，表明柜子里有三个抽屉?a = new int[][3]; //error!

a[0] = new int[3]; //上层的抽屉有三个元素

a[1] = new int[4]; //下一层有四个元素

a[2] = new int[5]; //最底层有五个元素

?

四，数组的常见算法
1，数组的扩容
首先，数组空间一旦分配完成之后，长度就不能改变了。因此，我们不能够直接在原 有数组的空间后面增加新的内存空间。我们可以采用以下方式，来增加数组的长度：

①、分配一个新的数组，新数组的长度比原有数组要大（比如长度是原有数组的两倍）

②、把原有数组中的数据，复制到新数组中。

?

package p5;
import java.util.Arrays;
public class TestArrayExpand{
    public static void main(String []args){
    int []a={1,2,3,4};//定义数组a，并显示初始化a
    int []b=new int[8];//定义数组b,并为b分配内存空间，
    a=expand(a);
    }
    public static int[] expand(int[]a){//扩充方法1
        int []b=new int[a.length*2];
        for(int i=0;i<a.length;i++){
            b[i]=a[i];

    }
    return b;

    }
    public static int []expand1(int []a){//扩充方法2
        int []b=new int [a.length*2];
        System.arraycopy(a,0,b,0,a.length);
        return b;
    }
    public static int []expand2(int []a){//扩充方法3

        return Arrays.copyOf(a,a.length*2);
    }
}
?

2，冒泡排序
在排序的过程中，相邻元素不停进行比 较和交换。在交换的过程中，大的元素沉向数组的末尾，小的元素走向数组的开头；这就好像在水里面：重的东西往下沉，而轻的东西往上浮起来。正因为这种排序方式很像水里 的气泡往上浮的过程，因此，这种排序方式被称为冒泡排序。

接下来，我们来写冒泡排序的代码。如果有五个元素，则需要进行 4 次循环，也就是 说，如果数组的长度是 a.length 的话，则需要进行 a.length-1 次循环。因此，外层循环如下：

for(int i = 0; i<a.length-1; i++){
…
}

内层循环稍有点复杂。我们让内层循环的循环变量为 j，则每次进行比较的时候，比较 的都是 a[j]和 a[j+1]这两个元素。那么 j的循环条件怎么写呢？

第 1 次循环，i 的值为 0，因为要排到最后一个，因此 j+1 最大值为 a.length，j 的最大值为 a.length-1；?

? 第 2 次循环，i的值为 1，j+1 的最大值为 a.length-1，j的最大值为 a.length-2；

第 3 次循环，i的值为 2，j+1 的最大值为 a.length-2，j的最大值为 a.length-3；

由上面，我们可知，每次循环 j+1 的最大值，都是 a.length-i；而 j 的最大值，就是 a.length-i-1。 因此，内层循环条件如下：

for(int i = 0; i<a.length-1; i++){
    for(int j = 0; j<a.length–i-1; j++){
        比较 a[j]和 a[j+1]， 如果 a[j]比 a[j+1]大，则交换两个元素的值 13
        }
    }

进一步细化，代码为?

for(int i = 0; i<a.length-1; i++){ 
        for(int j = 0; j<a.length–i-1; j++){ 
            if(a[j] > a[j+1]){ 
                则交换 a[j]和 a[j+1]的值 
            } 
        } 
    }

如何交换两个变量的值呢？假设有两个变量 a = 5；b=4；要交换两个 a 和 b 的值，应该怎么做呢？

如果直接执行 a = b 的话，则 a 的值 5 就会被 b 的值覆盖。这样，a 有了 b 的值，但是 b 却无法获得 a 变量原来的值了。因此，为了交换两个变量的值，需要第三个变量参与。

首先，定义一个新变量 t； 然后，把 a 的值赋值给 t：t = a；

接下来，把 b 的值赋值给 a： a=b。这样会覆盖 a 原有的值，但是没关系，a 原有的值 已经被保存在 t 变量中了。

再接下来，把在 t 变量中保存的原有的 a 变量的值，赋值给 b。

? 示例代码：

package p5;
public class TestArraySort{
    public static void main(String[]args){
        int []data={5,4,2,1,3};//定义一个一维数组，并显示初始化数组
        int n=data.length;//定义变量n为数组长度，便于后面使用数组长度
        for(int i=1;i<n;i++){//冒泡排序必定是n-1次，i表示第几次冒泡排序
            for(int j=0;j<(n-i);j++){//归纳总结，从0开始data[j]与data[j+1]比较，比较n-i次
                if(data[j]>data[j+1]){
                int t=data[j];
                data[j]=data[j+1];
                data[j+1]=t;//data[j]与data[j+1]交换位置
                }

            }   

        }

        for(int i=0;i<data.length;i++){
            System.out.print(data[i]+" ");//遍历输出data[i]
        }
        System.out.println();//换行

    }
}

3，选择排序
选择排序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，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（比如序列[5， 5， 3]第一次就将第一个[5]与[3]交换，导致第一个5挪动到第二个5后面）

package p5;
public class TestArraySort{
    public static void main(String[]args){
        int []data={5,4,2,1,3};//定义一个一维数组，并显示初始化数组
        int n=data.length;//定义变量n为数组长度，便于后面使用数组长度
        for(int i=0;i<(n-1);i++){//选择排序
            for(int j=i+1;j<n;j++){
                if(data[i]>data[j]){
                    int t=data[i];
                    data[i]=data[j];
                    data[j]=t;
                }
            }

        }

        for(int i=0;i<data.length;i++){
            System.out.print(data[i]+" ");//遍历输出data[i]
        }
        System.out.println();//换行

    }
}