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Java 数组

原文：http://zetcode.com/lang/java/arrays/

在 Java 教程的这一部分中，我们将介绍数组。 数组是一个包含固定数量的单一类型值的容器对象。 创建数组时将确定数组的长度。 创建后，其长度是固定的。

标量变量一次只能容纳一项。 数组可以容纳多个项目。 这些项目称为数组的元素。 数组存储相同数据类型的数据。 每个元素都可以由索引引用。 数组从零开始。 第一个元素的索引为零。

Java 数组定义

数组用于存储我们应用的数据。 我们声明数组为某种数据类型。 我们指定它们的长度。 我们用数据初始化数组。 我们有几种使用数组的方法。 我们可以修改元素，对其进行排序，复制或搜索。

int[] ages;
String[] names;
float[] weights;

我们有三个数组声明。 该声明包括两部分：数组的类型和数组的名称。 数组的类型具有确定数组中元素的类型（在我们的情况下为int，String和float）的数据类型，并带有一对方括号[]。 方括号表示我们有一个数组。

集合具有类似数组的作用。 它们比数组更强大。 稍后将在单独的章节中进行介绍。

Java 初始化数组

有几种方法可以用 Java 初始化数组。 在第一个示例中，分两个步骤创建和初始化一个数组。

com/zetcode/InitArray.java

package com.zetcode;

import java.util.Arrays;

public class InitArray {

    public static void main(String[] args) {

        int[] a = new int[5];

        a[0] = 1;
        a[1] = 2;
        a[2] = 3;
        a[3] = 4;
        a[4] = 5;

        System.out.println(Arrays.toString(a));
    }
}

我们创建并初始化一个数值数组。 数组的内容将打印到控制台。

int[] a = new int[5];

在这里，我们创建一个可以包含五个元素的数组。 该语句为五个整数分配内存。 方括号用于声明数组，类型（在我们的示例中为int）告诉我们数组将保存哪种类型的值。 数组是一个对象，因此使用new关键字创建它。

a[0] = 1;
a[1] = 2;
a[2] = 3;
a[3] = 4;
a[4] = 5;

我们用一些数据初始化数组。 这是分配初始化。 索引在方括号中。 1 号将是数组的第一个元素，2 号是第二个，依此类推。

System.out.println(Arrays.toString(a));

Arrays类是一个帮助器类，其中包含用于操纵数组的各种方法。 toString()方法返回指定数组内容的字符串表示形式。 此方法有助于调试。

$ java InitArray.java
[1, 2, 3, 4, 5]

这是com.zetcode.InitArray示例的输出。

我们可以在一个语句中声明并初始化一个数组。

com/zetcode/InitArray2.java

package com.zetcode;

import java.util.Arrays;

public class InitArray2 {

    public static void main(String[] args) {

        int[] a = new int[] { 2, 4, 5, 6, 7, 3, 2 };

        System.out.println(Arrays.toString(a));
    }
}

这是先前程序的修改版本。

int[] array = new int[] { 2, 4, 5, 6, 7, 3, 2 };

一步创建并初始化一个数组。 元素在大括号中指定。 我们没有指定数组的长度。 编译器将为我们完成此任务。

通过仅指定大括号之间的数字，可以进一步简化一步创建和初始化。

com/zetcode/InitArray3.java

package com.zetcode;

import java.util.Arrays;

public class InitArray3 {

    public static void main(String[] args) {

        int[] a = { 2, 4, 5, 6, 7, 3, 2 };

        System.out.println(Arrays.toString(a));
    }
}

整数数组是使用最简单的数组创建方法创建的。

int[] a = { 2, 4, 5, 6, 7, 3, 2 };

new int[]构造可以省略。 该语句的右侧是数组字面值表示法。 它类似于数组初始化的 C/C++ 样式。 即使我们删除new关键字，该数组的创建方式也与前两个示例相同。 这只是一个方便的速记符号。

Java 数组访问元素

创建数组后，可以通过其索引访问其元素。 索引是放在数组名称后面方括号内的数字。

com/zetcode/AccessingElements.java

package com.zetcode;

public class AccessingElements {

    public static void main(String[] args) {

        String[] names = {"Jane", "Thomas", "Lucy", "David"};

        System.out.println(names[0]);
        System.out.println(names[1]);
        System.out.println(names[2]);
        System.out.println(names[3]);
    }
}

在示例中，我们创建一个字符串名称数组。 我们通过其索引访问每个元素，并将它们打印到终端。

String[] names = {"Jane", "Thomas", "Lucy", "David"};

将创建一个字符串数组。

System.out.println(names[0]);
System.out.println(names[1]);
System.out.println(names[2]);
System.out.println(names[3]);

数组的每个元素都打印到控制台。 在names[0]构造中，我们引用了名称数组的第一个元素。

$ java AccessingElements.java
Jane
Thomas
Lucy
David

运行示例，我们得到上面的输出。

可以更改数组的元素。 元素不是一成不变的。

com/zetcode/AccessingElements2.java

package com.zetcode;

import java.util.Arrays;

public class AccessingElements2 {

    public static void main(String[] args) {

        int[] vals = { 1, 2, 3 };

        vals[0] *= 2;
        vals[1] *= 2;
        vals[2] *= 2;

        System.out.println(Arrays.toString(vals));
    }
}

我们有一个由三个整数组成的数组。 每个值都将乘以 2。

int[] vals = { 1, 2, 3 };

创建一个由三个整数组成的数组。

vals[0] *= 2;
vals[1] *= 2;
vals[2] *= 2;

使用元素访问，我们将数组中的每个值乘以 2。

$ java AccessingElements2.java
[2, 4, 6]

所有三个整数均已乘以数字 2。

Java 遍历数组

我们经常需要遍历数组的所有元素。 我们展示了两种遍历数组的常用方法。

com/zetcode/TraversingArrays.java

package com.zetcode;

public class TraversingArrays {

    public static void main(String[] args) {

        String[] planets = { "Mercury", "Venus", "Mars", "Earth", "Jupiter",
            "Saturn", "Uranus", "Neptune", "Pluto" };

        for (int i=0; i < planets.length; i++) {

            System.out.println(planets[i]);
        }

        for (String planet : planets) {

            System.out.println(planet);
        }
    }
}

将创建一个行星名称数组。 我们使用for循环来打印所有值。

for (int i=0; i < planets.length; i++) {

    System.out.println(planets[i]);
}

在此循环中，我们利用了可以从数组对象中获取元素数量的事实。 元素数存储在length常量中。

for (String planet : planets) {

    System.out.println(planet);
}

遍历数组或其他集合时，可以使用增强的for关键字使代码更紧凑。 在每个循环中，将行星变量传递给行星数组中的下一个值。

Java 将数组传递给方法

在下一个示例中，我们将数组传递给方法。

com/zetcode/PassingArrays.java

package com.zetcode;

import java.util.Arrays;

public class PassingArray {

    public static void main(String[] args) {

        int[] a = { 3, 4, 5, 6, 7 };
        int[] r = reverseArray(a);

        System.out.println(Arrays.toString(a));
        System.out.println(Arrays.toString(r));
    }

    private static int[] reverseArray(int[] b) {

        int[] c = new int[b.length];

        for (int i=b.length-1, j=0; i>=0; i--, j++) {

            c[j] = b[i];
        }

        return c;
    }
}

该示例重新排列数组的元素。 为此，创建了reverseArray()方法。

private static int[] reverseArray(int[] b) {

reverseArray()方法将数组作为参数并返回一个数组。 该方法获取传递的数组的副本。

int[] c = new int[b.length];

在方法的主体内部，创建了一个新的数组； 它将包含新排序的元素。

for (int i=b.length-1, j=0; i>=0; i--, j++) {

    c[j] = b[i];
}

在此for循环中，我们用复制的数组的元素填充新数组。 元素是相反的。

return c;

新形成的数组将返回给调用方。

System.out.println(Arrays.toString(a));
System.out.println(Arrays.toString(r));

我们打印原始数组和反转数组的元素。

$ java PassingArray.java
[3, 4, 5, 6, 7]
[7, 6, 5, 4, 3]

这是示例的输出。

Java 多维数组

到目前为止，我们一直在处理一维数组。 在 Java 中，我们可以创建多维数组。 多维数组是数组的数组。 在这样的数组中，元素本身就是数组。 在多维数组中，我们使用两组或更多组括号。

com/zetcode/TwoDimensions.java

package com.zetcode;

public class TwoDimensions {

    public static void main(String[] args) {

        int[][] twodim = new int[][] { {1, 2, 3}, {1, 2, 3} };

        int d1 = twodim.length;
        int d2 = twodim[1].length;

        for (int i = 0; i < d1; i++) {

            for (int j = 0; j < d2; j++) {

                System.out.println(twodim[i][j]);
            }
        }
    }
}

在此示例中，我们创建一个二维整数数组。

int[][] twodim = new int[][] { {1, 2, 3}, {1, 2, 3} };

两对方括号用于声明二维数组。 在花括号内，我们还有另外两对花括号。 它们代表两个内部数组。

int d1 = twodim.length;
int d2 = twodim[1].length;

我们确定容纳其他两个数组的外部数组和第二个内部数组的长度。

for (int i = 0; i < d1; i++) {

    for (int j = 0; j < d2; j++) {

        System.out.println(twodim[i][j]);
    }
}

两个for循环用于打印二维数组中的所有六个值。 twodim[i][j]数组的第一个索引引用内部数组之一。 第二个索引引用所选内部数组的元素。

$ java TwoDimensions.java
1
2
3
1
2
3

这是程序的输出。

以类似的方式，我们创建了一个三维整数数组。

com/zetcode/ThreeDimensions.java

package com.zetcode;

public class ThreeDimensions {

    public static void main(String[] args) {

        int[][][] n3 = {
            {{12, 2, 8}, {0, 2, 1}},
            {{14, 5, 2}, {0, 5, 4}},
            {{3, 26, 9}, {8, 7, 1}},
            {{4, 11, 2}, {0, 9, 6}}
        };

        int d1 = n3.length;
        int d2 = n3[0].length;
        int d3 = n3[0][0].length;

        for (int i = 0; i < d1; i++) {

            for (int j = 0; j < d2; j++) {

                for (int k = 0; k < d3; k++) {

                    System.out.print(n3[i][j][k] + " ");
                }
            }
        }

        System.out.print('\n');
    }
}

拥有三维数组的变量用三对方括号声明。 这些值放在三对大括号内。

int[][][] n3 = {
    {{12, 2, 8}, {0, 2, 1}},
    {{14, 5, 2}, {0, 5, 4}},
    {{3, 26, 9}, {8, 7, 1}},
    {{4, 11, 2}, {0, 9, 6}}
};

创建三维数组n3。 它是一个具有元素的数组，这些元素本身就是数组的数组。

int d1 = n3.length;
int d2 = n3[0].length;
int d3 = n3[0][0].length;

我们得到所有三个维度的长度。

for (int i = 0; i < d1; i++) {

    for (int j = 0; j < d2; j++) {

        for (int k = 0; k < d3; k++) {

            System.out.print(n3[i][j][k] + " ");
        }
    }
}

我们需要三个for循环来遍历三维数组。

$ java ThreeDimensions.java
12 2 8 0 2 1 14 5 2 0 5 4 3 26 9 8 7 1 4 11 2 0 9 6

我们将三维数组的内容打印到控制台。

Java 不规则数组

元素大小相同的数组称为矩形数组。 可以创建数组大小不同的不规则数组。 在 C# 中，此类数组称为锯齿状数组。

com/zetcode/IrregularArrays.java

package com.zetcode;

public class IrregularArrays {

    public static void main(String[] args) {

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

        for (int[] a : ir) {
            for (int e : a) {
                System.out.print(e + " ");
            }
        }

        System.out.print('\n');
    }
}

这是不规则数组的示例。

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

这是不规则数组的声明和初始化。 三个内部数组具有 2、3 和 4 个元素。

for (int[] a : ir) {
    for (int e : a) {
        System.out.print(e + " ");
    }
}

增强的for循环用于遍历数组的所有元素。

$ java IrregularArrays.java
1 2 1 2 3 1 2 3 4

This is the output of the example.

Java 数组方法

java.util包中提供的Arrays类是一个帮助器类，其中包含使用数组的方法。 这些方法可用于修改，排序，复制或搜索数据。 我们使用的这些方法是Array类的静态方法。 （静态方法是可以在不创建类实例的情况下调用的方法。）

com/zetcode/ArrayMethods.java

package com.zetcode;

import java.util.Arrays;

public class ArrayMethods {

    public static void main(String[] args) {

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

        Arrays.sort(a);

        System.out.println(Arrays.toString(a));

        Arrays.fill(a, 8);
        System.out.println(Arrays.toString(a));

        int[] b = Arrays.copyOf(a, 5);

        if (Arrays.equals(a, b)) {

            System.out.println("Arrays a, b are equal");
        } else {

            System.out.println("Arrays a, b are not equal");
        }
    }
}

在代码示例中，我们将介绍Arrays类的五个方法。

import java.util.Arrays;

我们将对Arrays类使用简写形式。

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

我们有五个整数的数组。

Arrays.sort(a);

sort()方法按升序对整数进行排序。

System.out.println(Arrays.toString(a));

toString()方法返回指定数组内容的字符串表示形式。

Arrays.fill(a, 8);

fill()方法将指定的整数值分配给数组的每个元素。

int[] b = Arrays.copyOf(a, 5);

copyOf()方法将指定数量的元素复制到新数组。

if (Arrays.equals(a, b)) {

    System.out.println("Arrays a, b are equal");
} else {

    System.out.println("Arrays a, b are not equal");
}

equals()方法比较两个数组。 如果两个数组包含相同顺序的相同元素，则它们相等。

$ java ArrayMethods.java
[1, 2, 3, 4, 5]
[8, 8, 8, 8, 8]
Arrays a, b are equal

这是输出。

Java 比较数组

比较数组有两种方法。 equals()方法和deepEquals()方法。 deepEquals()方法也将引用与数组内部的数组进行比较。

com/zetcode/ComparingArrays.java

package com.zetcode;

import java.util.Arrays;

public class ComparingArrays {

    public static void main(String[] args) {

        int[] a = {1, 1, 2, 1, 1};
        int[] b = {0, 0, 3, 0, 0};

        int[][] c = {
            {1, 1, 2, 1, 1},
            {0, 0, 3, 0, 0}
        };

        int[][] d = {
            a,
            b
        };

        System.out.print("equals() method: ");

        if (Arrays.equals(c, d)) {

            System.out.println("Arrays c, d are equal");
        } else {

            System.out.println("Arrays c, d are not equal");
        }

        System.out.print("deepEquals() method: ");

        if (Arrays.deepEquals(c, d)) {

            System.out.println("Arrays c, d are equal");
        } else {

            System.out.println("Arrays c, d are not equal");
        }
    }
}

该示例说明了两种方法之间的区别。

int[] a = {1, 1, 2, 1, 1};
int[] b = {0, 0, 3, 0, 0};

我们有两个整数数组。

int[][] c = {
    {1, 1, 2, 1, 1},
    {0, 0, 3, 0, 0}
};

c数组有两个内部数组。 内部数组的元素等于a和b数组。

int[][] d = {
    a,
    b
};

d数组包含对a和b数组的引用。

System.out.print("equals() method: ");

if (Arrays.equals(c, d)) {

    System.out.println("Arrays c, d are equal");
} else {

    System.out.println("Arrays c, d are not equal");
}

System.out.print("deepEquals() method: ");

if (Arrays.deepEquals(c, d)) {

    System.out.println("Arrays c, d are equal");
} else {

    System.out.println("Arrays c, d are not equal");
}

现在，使用这两种方法比较c和d数组。 对于equals()方法，数组不相等。 deepEquals()方法在引用数组中更深入，并检索它们的元素以进行比较。 对于此方法，c和d数组相等。

$ java ComparingArrays.java
equals() method: Arrays c, d are not equal
deepEquals() method: Arrays c, d are equal

这是示例输出。

Java 搜索数组

Arrays类具有一种用于搜索数组中元素的简单方法。 它称为binarySearch()。 该方法使用二进制搜索算法搜索元素。 binarySearch()方法仅适用于排序数组。

com/zetcode/Searching.java

package com.zetcode;

import java.util.Arrays;

public class Searching {

    public static void main(String[] args) {

        String[] planets = { "Mercury", "Venus", "Mars", "Earth", "Jupiter",
            "Saturn", "Uranus", "Neptune", "Pluto" };

        Arrays.sort(planets);

        String p = "Earth";

        int r = Arrays.binarySearch(planets, p);

        String msg;

        if (r >= 0) {
            msg = String.format("%s was found at position %d of the "
                    + "sorted array", p, r);
        } else {
            msg = p + " was not found";
        }

        System.out.println(msg);
    }
}

在该示例中，我们在一系列行星中搜索"Earth"字符串。

Arrays.sort(planets);

由于该算法仅适用于排序后的数组，因此我们必须首先对数组进行排序。

String p = "Earth";

我们将搜索"Earth"元素。

int r = Arrays.binarySearch(planets, p);

调用binarySearch()方法。 第一个参数是数组名称，第二个参数是我们要查找的元素。 如果找到该元素，则返回值大于或等于零。 在这种情况下，它是排序数组中元素的索引。

if (r >= 0) {
    msg = String.format("%s was found at position %d of the "
            + "sorted array", p, r);
} else {
    msg = p + " was not found";
}

根据返回的值，我们创建一条消息。

$ java Searching.java
Earth was found at position 0 of the sorted array

This is the example output.

下载图片

在下一个示例中，我们显示如何下载图像。

com/zetcode/DownloadImage.java

package com.zetcode;

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;

public class DownloadImage {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        var imageUrl = "http://webcode.me/favicon.ico";
        var destinationFile = "favicon.ico";

        var url = new URL(imageUrl);

        try (var is = url.openStream();
             var fos = new FileOutputStream(destinationFile)) {

            byte[] buf = new byte[1024];
            int noOfBytes;

            while ((noOfBytes = is.read(buf)) != -1) {

                fos.write(buf, 0, noOfBytes);
            }
        }
    }
}

该示例下载一个小的favicon.ico图像。

byte[] buf = new byte[1024];

图像是字节数组。 我们创建一个byte值的空数组，其大小足以容纳该图标。

while ((noOfBytes = is.read(buf)) != -1) {

    fos.write(buf, 0, noOfBytes);
}

我们读取二进制数据并将其写入文件。

在 Java 教程的这一部分中，我们使用了数组。 我们已经描述了如何初始化数组，访问数组元素，遍历数组，使用多维数组，比较数组以及搜索数组元素。

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