教学材料《Java概述》-第五章

5.1数组的基本概念

数组（array）是由相同类型的变量组成的集合。在一个数组中，每一个元素的数据类型都是相同的，可以使用共同的名字引用它。数组可被定义为任何类型，可以是一维或多维。并且数组具有固定的长度，一经创建，长度就不再发生变化。数组是具有相同类型数据的一组变量，这样的变量称为元素或成员。数组中的元素可以是基本数据类型，也可以是对象类型的。要指向数组中的特定元素，需要指定数组的引用名及该元素在数组中的位置序号。元素在数组中的位置序号称为元素的下标或索引。下一页返回5.1数组的基本概念

图5-1所示是一个整数类型的数组，它包含了8个整数类型的元素。数组中元素的总个数称为数组的长度，因此图中所示数组C的长度为8。数组的下标从0开始，每个数组的第一个元素的下标为0，有时称这个元素为数组的第零个元素。数组C中最大的下标为7，比数组长度小1。把数组看作一组相同数据类型的变量的集合，用数组访问表达式来访问数组中的元素，数组访问表达式由数组名加上方括号“[]”括起来的数组下标组成，表示访问该数组中位置为该数组下标的元素。例如，在图5-1中，数组C的8个元素的访问表达式分别为C［0］，C［1］，C［2］，…，C［7］，其中C［0］的值为11，C［1］的值为23，C［2］的值为45，C［7］的值为876。上一页下一页返回5.1数组的基本概念

数组访问表达式可直接作为一个变量参与程序的运算，例如，要计算数组C中前三个元素之和，并将结果保存在变量sum中，可以写成那么sum的值将等于79。上一页返回5.2一维数组5.2.1一维数组的声明与创建要创建一个数组，必须首先定义数组变量所需的类型。通用的一维数组的声明格式是：其中，type定义了数组的基本类型。基本类型决定了组成数组的每一个基本元素的数据类型。这样，数组的基本类型决定了数组存储的数据类型。例如，下面的例子定义了数据类型为int，名为month_days的数组。返回下一页5.2一维数组尽管该例子定义了month_days是一个数组变量的事实，但实际上没有数组变量存在。事实上，month_days的值被设置为空，它代表一个数组没有值。为了使数组month_days成为实际的、物理上存在的整型数组，必须用运算符new来为其分配地址并且把它赋给month_days。运算符new是专门用来分配内存的运算符。将在后面章节中更进一步了解运算符new，但是现在需要使用它来为数组分配内存。当运算符new被应用到一维数组时，它的一般形式如下：下一页返回上一页5.2一维数组其中，type指定被分配的数据类型，size指定数组中变量的个数，array-var是被链接到数组的数组变量。也就是说，使用运算符new来分配数组，必须指定数组元素的类型和数组元素的个数。用运算符new分配数组后，数组中的元素将会被自动初始化为零。下面的例子分配了一个12个整型元素的数组并把它们和数组month_days链接起来。通过这个语句的执行，数组month_days将会指向12个整数，并且数组中的所有元素将被初始化为零。回顾一下上面的过程：定义一个数组需要两步。第一步，必须定义变量所需的类型。第二步，必须使用运算符new来为数组所要存储的数据分配内存，并把它们分配给数组变量。这样Java中的数组被动态地分配了。综上所述，下面程序定义的数组存储了每月的天数。上一页下一页返回5.2一维数组【程序5.1】当运行这个程序时，它打印出4月份的天数。如前面提到的，Java数组下标从零开始，因此4月份的天数数组元素为month_days［3］或30。将对数组变量的声明和对数组本身的分配结合起来是可以的，如下所示：上一页下一页返回5.2一维数组这将是通常所见的编写Java程序的专业做法。数组可以在声明时被初始化。这个过程和简单类型初始化的过程一样。数组的初始化（arrayinitializer）就是包括在花括号之内用逗号分开的表达式的列表。逗号分开了数组元素的值。Java会自动地分配一个足够大的空间来保存指定的初始化元素的个数，而不必使用运算符new。例如，为了存储每月中的天数，下面的程序定义了一个初始化的整数数组：【程序5.2】当运行这个程序时，会看到它和前一个程序产生的输出一样。上一页下一页返回5.2一维数组5.2.2一维数组的使用由于数组可能拥有大量的元素，那么就不应该像使用普通变量一样，逐句地进行赋值或引用。因此，在对数组的使用中，通常需要结合循环语句来对数组进行操作，下面将通过一个例子探讨如何使用循环来使用数组。这个例子运用一维数组来计算一组数字的平均数。【程序5.3】上一页下一页返回5.2一维数组在程序5.3这个例子中，声明了一个名字为nums的双精度浮点型数组，并为它进行了初始化，使它拥有了5个双精度浮点型的元素。接下来程序利用一个for循环，将数组中的每一个元素依次相加，并求得了平均数。在for循环中，将i作为数组下标定义数组访问表达式，通过循环变量i的递增，顺序地访问到了每一个数组元素。这种顺序将数组元素访问一次，且仅访问一次，称为对数组的遍历。Java会严格地检查，以保证不会意外地去存储或引用在数组范围以外的值。Java的运行系统会检查以确保所有的数组下标都在正确的范围以内。例如，运行系统将检查数组month_days的每个下标的值，以保证它包括在0和11之间。如果企图访问数组边界以外（负数或比数组边界大）的元素，将引起异常。例如，在上个程序中，如果循环变量i的值大于40或等于5，那么程序将引发异常。上一页下一页返回5.2一维数组除了用for循环遍历数组外，也可以使用while循环来遍历数组，只要能使循环变量递增，并保证循环变量不大于数组长度，就可以正常地使用数组了。在J2SE5.0及以上版本中，为了更加方便地使用数组，提供了一种不用循环变量就可以实现对数组的访问的语句，称为增强for语句。它的语法是：上一页下一页返回5.2一维数组如上例中的程序可以修改为：【程序5.4】在程序5.4中，使用增强for语句实现对数组nums的访问，doublenumber表示定义一个类型为double的变量number，增强for语句自动将每一次循环后数组nums的元素赋值给number，也就是说，在每一次循环后，number就是数组中的元素。增强for语句由于取消了循环变量的设置，改由Java自动循环，避免了数组下标越界的发生，同时也简化了程序语句的表达。上一页下一页返回5.3二维数组5.3.1二维数组的声明与创建二维数组实际上是数组的数组。定义二维数组变量，要将每个维数放在它们各自的方括号中。例如，下面语句就定义了一个名为twoD的二维数组变量。该语句分配了一个4行5列的数组并把它分配给数组twoD。实际上，这个矩阵表示了int类型的数组的数组被实现的过程。在概念上，这个数组可以用图5-2来表示。上一页下一页返回5.3二维数组下列程序从左到右、从上到下为数组的每个元素赋值，然后显示数组的值：【程序5.5】上一页下一页返回5.3二维数组5.3.2二维数组的使用二维数组元素的访问及输出与一维数组一样，只是多了一个下标而已。在循环输出时，需要再内嵌一个循环，即双重循环来输出二维数组中的每一个元素。下面来展示一个例子，把上面学过的知识一起使用。这里使用列数不相等的二维数组作为例子，实现功能是输出二维数组中的每一行的数字。【程序5.6】上一页返回5.4Java中的Arrays类Java中的Arrays类是一个实现对数组操作的工具类，包括了各种各样的静态方法，可以实现数组的排序和查找、数组的比较和对数组增加元素、数组的复制和将数组转换成字符串等功能。1.对数组进行排序使用Arrays类对数组进行排序时，可以使用Arrays类中的sort()方法对整个数组或部分数组进行排序，下面的例子对数值类型的数组进行排序：程序执行排序后的最后结果为：［1，5，6，7，9，25，31，78］，默认是升序排列。下一页返回5.4Java中的Arrays类2.查询数组当需要在数组中查询某一个关键字时，可以使用二分查找法（binarySearch方法）。数组必须是按升序排列好的，如果数组中不存在关键字，方法将会返回插入点。例如，下面的例子在数组中查找关键字：上面这些代码输出的结果是：上一页下一页返回5.4Java中的Arrays类注意：第二个输出是−5，如果在数组中不存在关键字，方法将会返回插入点。“插入点”是指第一个大于查找对象的元素在数组中的位置，如果数组中所有的元素值都小于要查找的对象，“插入点”就等于Arrays.size()。3.比较两个数组值是否相等可以采用equals()方法检测两个数组是否相等，如果它们的内容相同，将会返回true；否则返回false。请看下面的例子：上一页下一页返回5.4Java中的Arrays类上面这些代码输出的结果是：程序实作题1.给定一个整型数组{13，15，4，8，15，6，9，21}，并输入一个整数，请编写程序，在数组中查找该整数，如果存在，则返回该整数在数组中的位置（下标）；如果不存在，则返回−1。例如：输入15，返回1；输入14，返回−1。2.用一个数组模拟在盒子中放