教妹學(xué) Java 第 27 講：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(shí)現(xiàn)的，我就對(duì)數(shù)組非常感興趣，想深入地了解一下，今天終于到這個(gè)環(huán)節(jié)了，好期待呀！”三妹的語(yǔ)氣里顯得很興奮。
“的確是的，看 ArrayList 的源碼就一清二楚了?！蔽乙贿呎f(shuō)，一邊打開(kāi) 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(jiàn)沒(méi)？Object[] elementData 就是數(shù)組。”我指著顯示屏上這串代碼繼續(xù)說(shuō)。
數(shù)組是一個(gè)對(duì)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(huì)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(guò)索引來(lái)訪問(wèn)這些元素。在 Java 中，索引是從 0 開(kāi)始的。
“哥，能說(shuō)一下為什么索引從 0 開(kāi)始嗎？”三妹突然這個(gè)話題很感興趣。
“哦，Java 是基于 C/C++ 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的，而 C 語(yǔ)言的下標(biāo)是從 0 開(kāi)始的，所以 Java 就繼承了這個(gè)良好的傳統(tǒng)習(xí)慣。C語(yǔ)言有一個(gè)很重要概念，叫做指針，它實(shí)際上是一個(gè)偏移量，距離開(kāi)始位置的偏移量，第一個(gè)元素就在開(kāi)始的位置，它的偏移量就為 0，所以索引就為 0?！贝丝蹋液茏孕?。
“此外，還有另外一種說(shuō)法。早期的計(jì)算機(jī)資源比較匱乏，0 作為起始下標(biāo)相比較于 1 作為起始下標(biāo)，編譯的效率更高?！?/p>
“哦?！比靡馕渡铋L(zhǎng)地點(diǎn)了點(diǎn)頭。
我們可以將數(shù)組理解為一個(gè)個(gè)整齊排列的單元格，每個(gè)單元格里面存放著一個(gè)元素。
數(shù)組元素的類型可以是基本數(shù)據(jù)類型（比如說(shuō) int、double），也可以是引用數(shù)據(jù)類型（比如說(shuō) String），包括自定義類型。
數(shù)組的聲明方式分兩種。
先來(lái)看第一種：
int[] anArray;
再來(lái)看第二種：
int anOtherArray[];
不同之處就在于中括號(hào)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(jiàn)的是：
int[] anArray = new int[10];
看到了沒(méi)？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(gè)對(duì)象，只有對(duì)象的創(chuàng)建才會(huì)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(hào)中指定數(shù)組的長(zhǎng)度。
這時(shí)候，數(shù)組中的每個(gè)元素都會(huì)被初始化為默認(rèn)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(rèn)值不同，可以參照之前的文章。
另外，還可以使用大括號(hào)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(shí)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(zhǎng)度是 5。
“哥，怎么訪問(wèn)數(shù)組呢？”三妹及時(shí)地插話到。
前面提到過(guò)，可以通過(guò)索引來(lái)訪問(wèn)數(shù)組的元素，就像下面這樣：
anArray[0] = 10;
變量名，加上中括號(hào)，加上元素的索引，就可以訪問(wèn)到數(shù)組，通過(guò)“=”操作符可以對(duì)元素進(jìn)行賦值。
如果索引的值超出了數(shù)組的界限，就會(huì)拋出 ArrayIndexOutOfBoundException。
既然數(shù)組的索引是從 0 開(kāi)始，那就是到數(shù)組的 length - 1 結(jié)束，不要使用超出這個(gè)范圍內(nèi)的索引訪問(wèn)數(shù)組，就不會(huì)拋出數(shù)組越界的異常了。
當(dāng)數(shù)組的元素非常多的時(shí)候，逐個(gè)訪問(wèn)數(shù)組就太辛苦了，所以需要通過(guò)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(guò) length 屬性獲取到數(shù)組的長(zhǎng)度，然后從 0 開(kāi)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(gè)元素），使用 for-each 遍歷更簡(jiǎn)潔一些。當(dāng)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(lái)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(gè)或者 N 個(gè)，本質(zhì)上，可變參數(shù)就是通過(guò)數(shù)組實(shí)現(xiàn)的。為了證明這一點(diǎn)，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(shí)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(gè)字符串，通過(guò)逗號(hào)隔開(kāi)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(duì)集合進(jìn)行一些操作，而如果直接操作數(shù)組的話，有很多不便，因?yàn)閿?shù)組本身沒(méi)有提供這些封裝好的操作，所以有時(shí)候我們需要把數(shù)組轉(zhuǎn)成 List。
“怎么轉(zhuǎn)呢？”三妹問(wèn)到。
最原始的方式，就是通過(guò)遍歷數(shù)組的方式，一個(gè)個(gè)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(guò) 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(shí)是 Arrays 類的一個(gè)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(jìn)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(duì)數(shù)組進(jìn)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(shí)現(xiàn)了 Comparable 接口的對(duì)象按照 compareTo()的排序
來(lái)看第一個(gè)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(lái)看第二個(gè)例子：
String[] yetAnotherArray = new String[] {"A", "E", "Z", "B", "C"};
Arrays.sort(yetAnotherArray, 1, 3,
Comparator.comparing(String::toString).reversed());
只對(duì) 1-3 位置上的元素進(jìn)行反序，所以結(jié)果如下所示：
[A, Z, E, B, C]
有時(shí)候，我們需要從數(shù)組中查找某個(gè)具體的元素，最直接的方式就是通過(guò)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?cè)?4，找到后通過(guò) break 關(guān)鍵字退出循環(huán)。
如果數(shù)組提前進(jìn)行了排序，就可以使用二分查找法，這樣效率就會(huì)更高一些。Arrays.binarySearch() 方法可供我們使用，它需要傳遞一個(gè)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(shuō)用二維數(shù)組打印一下楊輝三角。”說(shuō)完，我就去陽(yáng)臺(tái)上休息了，留三妹在那里學(xué)習(xí)，不能打擾她。
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