Java编程基础-数组

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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：

public class Demo {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[3];// 声明一个数组arr,并开辟内存空间
System.out.println("数组的长度为：" + arr.length);
// 数组元素的访问通过数组名[下标]的方式访问
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
System.out.println("数组的第二个元素为：" + arr[1]);
System.out.println("数组的第三个元素为：" + arr[2]);
System.out.println(arr[3]);
// 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
//arr = null;
//System.out.println(arr[0]);
// 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
}
}

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：

public class Demo {
public static void main(String[] args) {
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
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {// 循环遍历数组中的每一个元素
System.out.println("arr[" + i + "]=" + arr[i]);// 打印输出元素值
}
// 使用增强for循环的方式遍历输出数组中的元素
for (int a : arr) {
System.out.print(a+" ");
}
}
}

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：

public class Demo {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = { 5, 1, 2, 8, 7, 21, 12 };// 定义一个数组
int max = getMax(arr);// 调用获取元素最大值的方法
System.out.println("max=" + max);// 打印最大值
System.out.println("最大值为：" + getMax_2(arr));
int min = getMin(arr);// 调用获取元素最小值的方法
System.out.println("min=" + min);// 打印最小值
System.out.println("最小值为：" + getMin_2(arr));
}
public static int getMax(int[] arr)// 定义了一个求最大值的方法
{
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
// 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,
// 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。
for (int x = 1; x < arr.length; x++)// 通过for循环遍历数组中的元素
{
if (arr[x] > max)// 比较arr[x]的值是否大于max
{
max = arr[x]; // 条件成立，将arr[x]的值赋给max
}
}
return max;// 返回最大值
}
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。
int max = 0;
for (int x = 1; x < arr.length; x++) {
if (arr[x] > arr[max]) {
max = x;
}
}
return arr[max];
}
public static int getMin(int[] arr)// 定义了一个求最小值的方法
{
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
for (int x = 1; x < arr.length; x++)// 通过for循环遍历数组中的元素
{
if (arr[x] < min)// 比较arr[x]的值是否小于min
{
min = arr[x]; // 条件成立，将arr[x]的值赋给min
}
}
return min;// 返回最小值
}
public static int getMin_2(int[] arr) {// 获取最小值的第二种方法
int min = 0;
for (int x = 1; x < arr.length; x++) {
if (arr[x] < arr[min]) {
min = x;
}
}
return arr[min];
}
}

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：

public static void selectSort(int[] arr)// 定义选择排序方法
{
for (int x = 0; x < arr.length - 1; x++) {
for (int y = x + 1; y < arr.length; y++) {
if (arr[x] > arr[y]) // 满足条件，进行位置置换
{
int temp = arr[x];
arr[x] = arr[y];
arr[y] = temp;
}
}
}
}

(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：

public static void bubbleSort(int[] arr)// 定义冒泡排序方法
{
for (int x = 0; x < arr.length - 1; x++) {
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。
{
if (arr[y] > arr[y + 1])// 满足条件，进行位置置换
{
int temp = arr[y];
arr[y] = arr[y + 1];
arr[y + 1] = temp;
}
}
}
}

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。

public class Demo {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = { 1, 2, 5, 7, 9, 12, 21, };
// 调用折半查找方法查找元素5的位置
System.out.println("index=" + halfSearch(arr, 5));
System.out.println("index=" + halfSearch(arr, 6));//测试返回-1的情况
}
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。
{
int min, max, mid;
min = 0; // 最小下标
max = arr.length - 1; // 最大下标
mid = (max + min) / 2; // 中间下标
while (arr[mid] != key) {
if (key > arr[mid])
min = mid + 1;
else if (key < arr[mid])
max = mid - 1;
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。
return -1;
mid = (max + min) / 2;
}
return mid;
}
}