按一定顺序排列的同类型数据的集合称为数组，本身是一种引用类型

声明

int[] arr; // 数组元素类型[] 数组名;
int arr[]; // 数组元素类型 数组名[]; // 不推荐

初始化

// 静态初始化
// 数组名 = new 数组元素类型[] {元素 1, 元素 2, ...};
// 在堆空间开辟一块内存区域来存储数组的元素（new）
// 将 该内存区域的地址值 赋值给 该数组的引用变量 arr（引用）
int[] arr = new int[] {1, 2, 3};
// 简单写法，必须声明的同时作初始化
// 数组元素类型[] 数组名 = {元素 1, 元素 2, ...};
int[] arr = {1, 2, 3};
// 动态初始化，系统自动为数组元素分配初始值
// 数组名 = new 数组元素类型[length];
int[] arr = new int[3]; // [0, 0, 0]

变量必须初始化后才能使用
数组是定长的：数组一旦初始化完成，数组的长度就固定了，不能更改，除非重新做初始化
数组是引用数据类型，可以赋值为 null，表示没有引用任何内存空间
new 关键字：在堆空间开辟一块内存区域，用来存储数据
操作数组常见异常：NullPointerException：空指针异常（没有引用地址值）ArrayIndexOutOfBoundsException：数组的索引越界异常

基本操作

int[] arr = new int[] {1, 2, 3};
// 访问数组元素  数组变量[索引值]
int len = arr.length;  // 数组长度，length 是属性，索引范围 [0, arr.length - 1]
int num = arr[0];
arr[0] = 11;
// 遍历
// 普通 for 循环
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    System.out.println(arr[i]);
}
// 增强 for 循环（for-each）
// 只能访问数组元素，不能赋值，不关心数组的索引时使用
// 当数组元素是引用类型时，不建议使用（需要先知道值不为 null 的元素个数）
for (int ele : arr) {
    System.out.println(ele);
}
// 反编译后
int ai[] = arr;
int k = ai.length;
for (int j = 0; j < k; j++) {
    int i = ai[j]; // 使用循环迭代出数组中的每一个元素并赋值给 i
    System.out.println(i); // 操作 i
}
// 打印数组元素
// 直接打印数组名时，打印出来是数组对应的 hashCode 值，如 [I@15db9742, [D@15db9742, [Ljava.lang.String;@15db9742
static String toString(int[] arr) {
    // 判断数组是否为空
    if (arr == null) {
        return "null"; // 结束方法
    }
    if (arr.length == 0) {
        return "[]";
    }
    String ret = "["; // 先拼接"["
    for (int index = 0; index < arr.length; index++) {
        // 如果不是最后一个元素，拼接 元素 + ", "，否则拼接 元素 + "]"
        ret = (index != arr.length - 1) 
            ? ret + arr[index] + ", " 
            : ret + arr[index] + "]";
    }
    return ret;
}

常见的数组算法操作

// 冒泡排序，平均时间复杂度 O(n^2)，空间复杂度 O(1)
// 对未排序的各元素从头到尾依次比较相邻的两个元素 arr[i]、arr[i + 1]
// 共要进行 arr.length -1 轮
// 第 times 轮还剩 arr.length - (time - 1) 个元素
// times [1, arr.length -1]    i [0, arr.length- (time - 1)  - 2]
static void bubbleSort(int[] arr) {
    for (int times = 1; times <= arr.length - 1; times++) {
        for (int i = 0; i <= arr.length - times - 1; i++) {
            if (arr[i] > arr[i + 1]) {
                // 交换
                arr[i] = arr[i] ^ arr[i + 1];
                arr[i + 1] = arr[i] ^ arr[i + 1];
                arr[i] = arr[i] ^ arr[i + 1];
            }
        }
    }
}

// 选择排序，平均时间复杂度 O(n^2)，空间复杂度 O(1)
// 假定未排序序列的起始位置的元素 arr[i] 为最小值，依次去比较剩下的元素 arr[j]
// i [0, arr.length - 2]    j [i + 1, arr.length - 1]
static void selectionSort(int[] arr) {
    for (int i = 0; i <= arr.length - 2; i++) {
        for (int j = i + 1; j <= arr.length - 1; j++) {
            if (arr[i] > arr[j]) {
                // 交换
                arr[i] = arr[i] ^ arr[j];
                arr[j] = arr[i] ^ arr[j];
                arr[i] = arr[i] ^ arr[j];
            }
        }
    }
}

// 从有序数组中查找 key 第一次出现的位置
// 二分搜索法/二分查找法/折半查找
// 前提：数组的元素是有序排列的
// 区间位置：如果 arr[mid] != key，下一次是以 mid + 1 作为下一个起始位置，或者 mid - 1 作为下一个结束位置
// 退出循环的条件：low > high
static int binarySearch(int[] arr, int key) {
    int low = 0;
    int high = arr.length - 1;
    while (low <= high) {
        int mid = (low + high) >> 1;
        if (arr[mid] < key) {
            low = mid + 1;
        } else if (arr[mid] > key) {
            high = mid - 1;
        } else {
            while (mid - 1 >= 0 && arr[mid -1] == key) {
                mid--;
            }
            return mid;
        }
    }
    return -1;
}

二维数组

实质还是一维数组，其数组元素是引用类型（数组类型），数组元素里保存的引用指向一维数组

图 1 同时初始化二维数组的两个维数后的存储示意图

定义格式

// 静态初始化
int[][] arr = new int[][] { {1, 2, 3}, {4, 5}, {6} };
int[][] arr = { {1, 2, 3}, {4, 5}, {6} };
// 动态初始化
int[][] arr = new int[3][]; // 等同于 int[][] arr = {null, null, null};
int[][] arr = new int[3][4];
// arr.length 为外层数组的长度，arr[i].length 为内层每个数组的长度
// 遍历
// 普通 for 循环
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
    for (int j = 0; j < nums[i].length; j++) {
        System.out.println(nums[i][j]);
    }
}
// 增强 for 循环（for-each）
int totalLength = 0; // 元素的总个数
for (int[] outerArr : arr) {
    for (int ele : outerArr)
        System.out.println(ele);
        totalLength ++;
    }
}

操作数组的工具类

java.lang.System 类中数组拷贝的类方法void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length)：从源数组 src 的 srcPos 位置复制元素到目标数组 dest 的 destPos 位置，复制的数组元素的个数为 length

Arrays

java.util.Arrays 中的类方法：

String toString(Object[] arr)：将 a 数组转换成一个字符串，括在方括号（"[]"）中，相邻元素用字符 ", "（逗号加空格）分隔
void sort(Object[] a)：根据元素的自然顺序对指定对象数组按升序进行排序，数组中的所有元素都必须实现 Comparable 接口（对于原始数据类型，使用所谓双轴快速排序（Dual-Pivot QuickSort），对于对象数据类型，使用 TimSort）
void sort(T[] a, Comparator<? super T> c)：根据指定比较器产生的顺序对指定对象数组进行排序
void parallelSort(Object[] a)：以并发的方式对 a 数组的数组元素进行排序
void setAll(T[] array, IntFunction<T> generator)：使用提供的函数计算每一个元素的值，对指定数组中的所有元素进行设置
void parallelSetAll(T[] array, IntFunction<T> generator)：以并发的方式，使用提供的函数计算每一个元素的值，对指定数组中的所有元素进行设置
type binarySearch(Object[] a, type key)：使用二分法査询 key 元素值在 a 数组中出现的索引，如果 a 数组不包含 key 元素值，则返回 -(low + 1)（调用该方法时要求数组中元素已经按升序排列）
boolean equals(Object[] a, Object[] a2)：如果 a 数组和 a2 数组的长度相等，且 a 数组和 a2 数组的数组元素也一一相同，该方法将返回 true
Object[] copyOf(Object[] original, int newLength)：复制 original 数组，截取或用 0（数值类型）、false（布尔类型）或者 null（引用类型）填充，以使新数组的长度为 newLength
List<T> asList(T… a)：把一个引用类型的数组或指定个数的对象转换成固定长度的 List（Arrays.ArrayList），只能遍历访问该集合里的元素，不可增加、删除该集合里的元素，否则会引发 UnsupportedOperationException 异常

Integer[] integers = list.toArray(new Integer[0]); // List<Integer> 转 Integer[]
List<Integer> list = Arrays.asList(integers); // Integer[] 转 List<Integer>
Integer[] integers = Arrays.stream(ints).boxed().toArray(Integer[]::new); // int[] 转 Integer[]
int[] ints = Arrays.stream(integers).mapToInt(Integer::valueOf).toArray(); // Integer[] 转 int[]
List<Integer> list = Arrays.stream(ints).boxed().collect(Collectors.toList()); // int[] 转 List<Integer>
int[] ints = list.stream().mapToInt(Integer::valueOf).toArray(); // List<Integer> 转 int[]

05 数组

声明

初始化

基本操作

常见的数组算法操作

二维数组

操作数组的工具类

Arrays