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01. Java数组指南

LiuSongLing大约 7 分钟javajavaarray

在本教程中，我们将深入研究 Java 语言的一个核心概念——数组。

1.什么是数组

首先，我们需要定义什么是数组？根据 Java 文档，数组是包含固定数量的相同类型值的对象。

数组的元素是索引的，这意味着我们可以用数字（称为索引）访问它们。

我们可以将数组视为 Excel 单元格的编号列表，每个单元格都是一个包含值的变量。在 Java 中，编号从 0 开始。

有原始类型数组和对象类型数组。这意味着我们可以使用 int、float、boolean...的数组，也可以使用 String、Object 和自定义类型的数组。

以下是一个简化的数组 UML 类图，通过它，我们可以看出类之间的关系：

从上可以看出：

  • 所有类都是 Object 的子类，因为 Object 是所有类的根类。
  • 数组类可以实现 Cloneable 和 Serializable 接口。
  • ObjectArray 和 CloneableArray 分别表示了 普通对象数组 和 实现了Cloneable接口的对象数组。
  • 数组类继承了Object，并且具有一个length属性表示数组的长度。

提示

ObjectArray 根据数据结构特点，可以是不同的数组，比如可以是 ArrayList、ArraySet。

CloneableArray 也一样。

2.设置一个数组

既然数组已经定义清楚了，让我们深入了解它们的用法。

让我们先进行声明和初始化。





2.1 声明数组

我们将从声明开始。在 Java 中声明数组有两种方法：

int[] anArray;

或者：

int anOtherArray[];

前者比后者使用得更广泛。

2.2 初始化

现在让我们看看如何初始化数组。同样，有多种方法可以初始化数组。

让我们从一个简单的方法开始：

int[] anArray = new int[10];

通过使用这种方法，我们初始化了一个由十个 int 元素组成的数组。请注意，我们需要指定数组的大小。

使用此方法时，我们将每个元素初始化为其默认值，此处为 0。初始化 Object 数组时，元素默认为 null。

我们现在将看到另一种方法，让我们有可能在创建数组时直接为数组设置值：

int[] anArray = new int[] {1, 2, 3, 4, 5};

在这里，我们初始化了一个包含数字 1 到 5 的五个元素数组。使用此方法时，我们不需要指定数组的长度，而是在大括号之间直接声明的元素数。





3.数组的长度

数组的长度表示数组中的元素数，创建后，长度是固定的，无法更改。

Java 提供了可用于确定数组长度的内置属性 length。此属性适用于所有数组类型，返回数组中的元素数：

int[] anArray = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };
System.out.println("anArray's length: " + anArray.length);

anArray's length: 5

除了使用 length 属性来确定数组的大小外，我们还可以使用 java.lang.reflect.Array 类中的 Array.getLength（） 方法：

System.out.println("[Array.getLength()] anArray's length: " + Array.getLength(anArray));

Array.getLength（） 接受 Object type 中的参数。它在通用或反射上下文中处理数组的情况下很有用，例如当我们在编译时没有数组类型时。

看个例子：

Object arrayAsObj = anArray;
System.out.println("the array Object (anArray) 's length: " + Array.getLength(arrayAsObj));

//output:
the array Object (anArray) 's length: 5

Array.getLength（） 允许我们确定任何数组对象的长度，而无需将其转换为特定类型。

4.访问元素

现在让我们看看如何访问数组的元素。我们可以通过要求数组的索引位置来实现这一点。

例如，这个小代码片段将打印 10 到控制台：

anArray[0] = 10;
System.out.println(anArray[0]);

注意我们如何使用 index 来访问数组单元。括号之间的数字是我们想要访问的数组的特定位置。

访问单元格时，如果传递的索引为负数或超过最后一个单元格，Java 将抛出 ArrayIndexOutOfBoundException。

所以我们应该小心，不要使用负索引，或大于或等于数组大小的索引访问元素。

4.迭代数组

逐个访问元素可能很有用，但我们可能想通过数组进行遍历。让我们看看如何做到这一点。



第一种方法是使用 for 循环：

int[] anArray = new int[] {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i = 0; i < anArray.length; i++) {
    System.out.println(anArray[i]);
}

这应该将数字 1 到 5 打印到控制台。正如我们所看到的，我们利用了长度属性。这是一个公共属性，给我们数组的大小。

当然，可以使用其他循环机制，如 while 或 do while。但是，对于 Java 集合，可以使用 foreach 循环在数组上循环：

int[] anArray = new int[] {1, 2, 3, 4, 5};
for (int element : anArray) {
    System.out.println(element);
}

这是 for 的增强语法糖，适用于不需要修改数组、不需要 index 来做其他事情的情况。

5.变量

Java 源码中有 varargs 用于将任意数量的参数传递给方法这样的用法：

void varargsMethod(String... varargs) {}

此方法可以传递从 0 到任意数量的 String 参数。 这里我们必须知道的是，在方法体中，varargs 参数会变成一个数组。我们也可以直接将数组作为参数传递。 让我们看看如何重用上面声明的示例方法：

String[] anArray = new String[] {"Milk", "Tomato", "Chips"};
varargsMethod(anArray);

6.将数组转为集合

数组很好，当我们有时候处理集合会更方便，那如何将数组变成集合呢？

最无脑的方法是，创建一个空列表，然后迭代数组时填充元素到空列表中：

int[] anArray = new int[] {1, 2, 3, 4, 5};

List<Integer> aList = new ArrayList<>();
for (int element : anArray) {
    aList.add(element);
}

但是还有另一种更简洁的方法：

Integer[] anArray = new Integer[] {1, 2, 3, 4, 5};
List<Integer> aList = Arrays.asList(anArray);

静态方法 Arrays.asList 采用 varargs 参数，并使用传递的值创建一个列表。不过这种方法有一些缺点：

  • 不能使用基本数据类型的数组
  • 不能在创建的列表中添加或删除元素，会抛出 UnsupportedOerationException

7.数组到流

从 Java8 开始，数组可以使用 stream API，Java 提供了相关方法：

String[] anArray = new String[] {"Milk", "Tomato", "Chips"};
Stream<String> aStream = Arrays.stream(anArray);
Stream<String> subStream = Arrays.stream(anArray, 1, 3);

当把 Object 数组传递给该方法时，它将返回匹配类型的 stream。

8.数组排序

如何对数组进行排序，即按照特定顺序重新排列其元素。

Arrays 类为我们提供了 sort 方法。

int[] anArray = new int[] {5, 2, 1, 4, 8};
Arrays.sort(anArray); // anArray is now {1, 2, 4, 5, 8}

String[] yetAnotherArray = new String[] {"A", "E", "Z", "B", "C"};
Arrays.sort(yetAnotherArray, 1, 3,
  Comparator.comparing(String::toString).reversed()); // yetAnotherArray is now {"A", "Z", "E", "B", "C"}

9.在数组中搜索

搜素数组最简单的方法，就是遍历数组并在数组元素中搜索要找的元素：

int[] anArray = new int[] {5, 2, 1, 4, 8};
for (int i = 0; i < anArray.length; i++) {
    if (anArray[i] == 4) {
        System.out.println("Found at index " + i);
        break;
    }
}

如果是一个有序的排序数组，我们可以使用另一种搜索方式，二叉搜索。

不过，Java 提供了现成的 API 可以使用，我们可以利用 Arrays.binarySearch 方法

让我们看一个二分搜索方法用法的示例：

int[] anArray = new int[] {1, 2, 3, 4, 5};
int index = Arrays.binarySearch(anArray, 4);
System.out.println("Found at index " + index);

10.连接数组

如何连接两个数组。这个想法是创建一个数组，其长度是要连接的两个数组之和。之后，我们必须添加第一个的元素，然后添加第二个的元素：

int[] anArray = new int[] {5, 2, 1, 4, 8};
int[] anotherArray = new int[] {10, 4, 9, 11, 2};

int[] resultArray = new int[anArray.length + anotherArray.length];
for (int i = 0; i < resultArray.length; i++) {
    resultArray[i] = (i < anArray.length ? anArray[i] : anotherArray[i - anArray.length]);
}

我们可以使用 Arrays.setAll 方法来避免编写循环：

int[] anArray = new int[] {5, 2, 1, 4, 8};
int[] anotherArray = new int[] {10, 4, 9, 11, 2};

int[] resultArray = new int[anArray.length + anotherArray.length];
Arrays.setAll(resultArray, i -> (i < anArray.length ? anArray[i] : anotherArray[i - anArray.length]));
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