教妹學 Java之數(shù)組
“哥，我看你之前的文章里提到，ArrayList 的內(nèi)部是用數(shù)組實現(xiàn)的，我就對數(shù)組非常感興趣，想深入地了解一下，今天終于到這個環(huán)節(jié)了，好期待呀!”三妹的語氣里顯得很興奮。
“的確是的，看 ArrayList 的源碼就一清二楚了。”我一邊說，一邊打開 Intellij IDEA，并找到了 ArrayList 的源碼。
- /**
- * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
- * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
- * empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
- * will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
- */
- transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
- /**
- * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
- *
- * @serial
- */
- private int size;
“瞧見沒?Object[] elementData 就是數(shù)組。”我指著顯示屏上這串代碼繼續(xù)說。
數(shù)組是一個對象，它包含了一組固定數(shù)量的元素，并且這些元素的類型是相同的。數(shù)組會按照索引的方式將元素放在指定的位置上，意味著我們可以通過索引來訪問這些元素。在 Java 中，索引是從 0 開始的。
“哥，能說一下為什么索引從 0 開始嗎?”三妹突然這個話題很感興趣。
“哦，Java 是基于 C/C++ 語言實現(xiàn)的，而 C 語言的下標是從 0 開始的，所以 Java 就繼承了這個良好的傳統(tǒng)習慣。C語言有一個很重要概念，叫做指針，它實際上是一個偏移量，距離開始位置的偏移量，第一個元素就在開始的位置，它的偏移量就為 0，所以索引就為 0。”此刻，我很自信。
“此外，還有另外一種說法。早期的計算機資源比較匱乏，0 作為起始下標相比較于 1 作為起始下標，編譯的效率更高。”
“哦。”三妹意味深長地點了點頭。
我們可以將數(shù)組理解為一個個整齊排列的單元格，每個單元格里面存放著一個元素。
數(shù)組元素的類型可以是基本數(shù)據(jù)類型(比如說 int、double)，也可以是引用數(shù)據(jù)類型(比如說 String)，包括自定義類型。
數(shù)組的聲明方式分兩種。
先來看第一種：
- int[] anArray;
再來看第二種：
- int anOtherArray[];
不同之處就在于中括號的位置，是跟在類型關(guān)鍵字的后面，還是跟在變量的名稱的后面。前一種的使用頻率更高一些，像 ArrayList 的源碼中就用了第一種方式。
同樣的，數(shù)組的初始化方式也有多種，最常見的是：
- int[] anArray = new int[10];
看到了沒?上面這行代碼中使用了 new 關(guān)鍵字，這就意味著數(shù)組的確是一個對象，只有對象的創(chuàng)建才會用到 new 關(guān)鍵字，基本數(shù)據(jù)類型是不用的。然后，我們需要在方括號中指定數(shù)組的長度。
這時候，數(shù)組中的每個元素都會被初始化為默認值，int 類型的就為 0，Object 類型的就為 null。不同數(shù)據(jù)類型的默認值不同，可以參照之前的文章。
另外，還可以使用大括號的方式，直接初始化數(shù)組中的元素：
- int anOtherArray[] = new int[] {1, 2, 3, 4, 5};
這時候，數(shù)組的元素分別是 1、2、3、4、5，索引依次是 0、1、2、3、4，長度是 5。
“哥，怎么訪問數(shù)組呢?”三妹及時地插話到。
前面提到過，可以通過索引來訪問數(shù)組的元素，就像下面這樣：
- anArray[0] = 10;
變量名，加上中括號，加上元素的索引，就可以訪問到數(shù)組，通過“=”操作符可以對元素進行賦值。
如果索引的值超出了數(shù)組的界限，就會拋出 ArrayIndexOutOfBoundException。
既然數(shù)組的索引是從 0 開始，那就是到數(shù)組的 length - 1 結(jié)束，不要使用超出這個范圍內(nèi)的索引訪問數(shù)組，就不會拋出數(shù)組越界的異常了。
當數(shù)組的元素非常多的時候，逐個訪問數(shù)組就太辛苦了，所以需要通過遍歷的方式。
第一種，使用 for 循環(huán)：
- int anOtherArray[] = new int[] {1, 2, 3, 4, 5};
- for (int i = 0; i < anOtherArray.length; i++) {
- System.out.println(anOtherArray[i]);
- }
通過 length 屬性獲取到數(shù)組的長度，然后從 0 開始遍歷，就得到了數(shù)組的所有元素。
第二種，使用 for-each 循環(huán)：
- for (int element : anOtherArray) {
- System.out.println(element);
- }
如果不需要關(guān)心索引的話(意味著不需要修改數(shù)組的某個元素)，使用 for-each 遍歷更簡潔一些。當然，也可以使用 while 和 do-while 循環(huán)。
在 Java 中，可變參數(shù)用于將任意數(shù)量的參數(shù)傳遞給方法，來看 varargsMethod() 方法：
- void varargsMethod(String... varargs) {}
該方法可以接收任意數(shù)量的字符串參數(shù)，可以是 0 個或者 N 個，本質(zhì)上，可變參數(shù)就是通過數(shù)組實現(xiàn)的。為了證明這一點，我們可以看一下反編譯一后的字節(jié)碼：
- public class VarargsDemo
- {
- public VarargsDemo()
- {
- }
- transient void varargsMethod(String as[])
- {
- }
- }
所以，我們其實可以直接將數(shù)組作為參數(shù)傳遞給該方法：
- VarargsDemo demo = new VarargsDemo();
- String[] anArray = new String[] {"沉默王二", "一枚有趣的程序員"};
- demo.varargsMethod(anArray);
也可以直接傳遞多個字符串，通過逗號隔開的方式：
- demo.varargsMethod("沉默王二", "一枚有趣的程序員");
在 Java 中，數(shù)組與 List 關(guān)系非常密切。List 封裝了很多常用的方法，方便我們對集合進行一些操作，而如果直接操作數(shù)組的話，有很多不便，因為數(shù)組本身沒有提供這些封裝好的操作，所以有時候我們需要把數(shù)組轉(zhuǎn)成 List。
“怎么轉(zhuǎn)呢?”三妹問到。
最原始的方式，就是通過遍歷數(shù)組的方式，一個個將數(shù)組添加到 List 中。
- int[] anArray = new int[] {1, 2, 3, 4, 5};
- List<Integer> aList = new ArrayList<>();
- for (int element : anArray) {
- aList.add(element);
- }
更優(yōu)雅的方式是通過 Arrays 類的 asList() 方法：
- List<Integer> aList = Arrays.asList(anArray);
但需要注意的是，該方法返回的 ArrayList 并不是 java.util.ArrayList，它其實是 Arrays 類的一個內(nèi)部類：
- private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
- implements RandomAccess, java.io.Serializable{}
如果需要添加元素或者刪除元素的話，需要把它轉(zhuǎn)成 java.util.ArrayList。
- new ArrayList<>(Arrays.asList(anArray));
Java 8 新增了 Stream 流的概念，這就意味著我們也可以將數(shù)組轉(zhuǎn)成 Stream 進行操作。
- String[] anArray = new String[] {"沉默王二", "一枚有趣的程序員", "好好珍重他"};
- Stream<String> aStream = Arrays.stream(anArray);
如果想對數(shù)組進行排序的話，可以使用 Arrays 類提供的 sort() 方法。
基本數(shù)據(jù)類型按照升序排列
實現(xiàn)了 Comparable 接口的對象按照 compareTo() 的排序
來看第一個例子：
- int[] anArray = new int[] {5, 2, 1, 4, 8};
- Arrays.sort(anArray);
排序后的結(jié)果如下所示：
- [1, 2, 4, 5, 8]
來看第二個例子：
- String[] yetAnotherArray = new String[] {"A", "E", "Z", "B", "C"};
- Arrays.sort(yetAnotherArray, 1, 3,
- Comparator.comparing(String::toString).reversed());
只對 1-3 位置上的元素進行反序，所以結(jié)果如下所示：
- [A, Z, E, B, C]
有時候，我們需要從數(shù)組中查找某個具體的元素，最直接的方式就是通過遍歷的方式：
- int[] anArray = new int[] {5, 2, 1, 4, 8};
- for (int i = 0; i < anArray.length; i++) {
- if (anArray[i] == 4) {
- System.out.println("找到了 " + i);
- break;
- }
- }
上例中從數(shù)組中查詢元素 4，找到后通過 break 關(guān)鍵字退出循環(huán)。
如果數(shù)組提前進行了排序，就可以使用二分查找法，這樣效率就會更高一些。Arrays.binarySearch() 方法可供我們使用，它需要傳遞一個數(shù)組，和要查找的元素。
- int[] anArray = new int[] {1, 2, 3, 4, 5};
- int index = Arrays.binarySearch(anArray, 4);
“除了一維數(shù)組，還有二維數(shù)組，三妹你可以去研究下，比如說用二維數(shù)組打印一下楊輝三角。”說完，我就去陽臺上休息了，留三妹在那里學習，不能打擾她。
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