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Charles7c 6b82b75c43 新增：《Java基础快速入门 | 一维数组》

2022-08-26 21:02:07 +08:00

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一维数组

前言

C：循环是 Java 语法上的一个小坎儿，跨过来之后，我们马上就要从语法入门上岸了。

本篇，笔者要带着你学习， Java 语法入门的一个进阶知识，数据结构：数组。

在目前已学的 Java 知识中，如果我们想利用程序，存储一个成绩数据，如下所示即可。

// 声明一个变量，存储成绩
double score = 90;

但当我们要存储并使用5个、10个，甚至更多成绩数据时，变量这种单一存储的方式，其效率及使用将变得不太友好。

double score1 = 90;
double score2 = 80;
double score3 = 70;
double score4 = 60;
double score5 = 59;
...

所以我们需要一种更为先进的，能够同时存储多个数据、并方便使用的存储方式。

数据结构概述

在开始介绍数组前，我们先来普及一下数据结构的基本概念。

::: tip 《数据结构与算法》数据结构是计算机存储、组织数据的方式。

数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。通常情况下，精心选择的数据结构可以带来更高的运行或者存储效率。数据结构往往同高效的检索算法和索引技术有关。[1] :::

数据结构有很多种，一般来说，按照数据的逻辑结构对其进行简单的分类，包括线性结构（线性表）和非线性结构（非线性表）两类。[2]

线性表（Linear List），就是表中各个结点具有线性关系。数据排成像一条线一样的结构。[3]

常见的线性表数据结构有：数组，队列、栈、链表等。
非线性表，就是表中各个结点之间具有多个对应关系。[2]

常见的非线性表数据结构有：树、图等。

::: tip 笔者说数据结构在计算机系是一门非常重要的基础学科。数据结构产生的目的，就是为了让计算机能够以更加简单、高效、便捷的方式来存储和使用数据。 :::

数组概述

数组是线性数据结构中最为基础，最为典型的一种顺序型结构。它用一组 连续的内存空间 ，来存储一组具有 相同类型 的数据。[3]

我们拿变量和数组来对比一下：

变量：就是在内存中划出 一块合适 的空间。
数组：就是在内存中划出 一串连续 的空间。

数组组成

我们也再拿变量的组成要素，和数组来对比一下。

变量	数组
变量值	数组元素：在数组中存储的数据
变量数据类型	数组元素的类型：在数组中存储的数据都必须是相同的数据类型
变量名	数组名：用于区分不同的数组，命名规范同变量名一致
	数组容量：数组中可以存储多少个元素
	数组下标/索引：数组是一串连续的空间，每个空间都有其相应的 "序号"，从0开始计数

::: tip 笔者说 数组的下标是由数组的容量（长度）决定的 。数组的容量为5，那么数组的下标就是0、1、2、3、4。数组容量一经定义，就不可再变。 :::

数组定义

了解完数组的组成，接下来，我们亲自定义一个数组来使用。在 Java 中，数组的定义方式很灵活，笔者带你认识两种比较常见的定义方式。

方式一

第一种数组定义方式为：先声明好数组，再给数组赋值。

// 声明数组语法
数据类型[] 数组名 = new 数据类型[数组容量];

// 数组赋值语法
数组名[下标] = 元素值;

这种是最传统的数组定义方式了。通过指定好数据类型及数组容量，来划定好一串连续的空间，就可以来存储数据了。

::: tip 笔者说声明数组的语法长得和变量定义方式类似，就是多了个 new 关键字，这个关键字我们在使用 Scanner 时也用过，以后笔者会告诉你它的含义的，先记住语法。 :::

好了，回到我们前言中提过的需求，来使用方式一实现一下。

::: details 案例需求：存储班级内5名同学的成绩，成绩分别为：90、80、70、60、50。

思路分析：

根据需求，由于要进行多个数据的存储，采用数组更为合适
确定数组的各个组成
- 数组元素：成绩
- 数组元素的类型：double
- 数组名：scores（一个成绩常被命名为：score，多个成绩则可命名为复数形式：scores）
- 数组容量（决定下标）：5
根据数组组成，套用方式一的数组语法实现 :::

// 声明一个长度为5，用来存储 double 类型数据的数组
double[] scores = new double[5];

// 给数组赋值
// 把 90 赋值给数组的第1个空间
scores[0] = 90;
// 把 80 赋值给数组的第2个空间
scores[1] = 80;
// 把 70 赋值给数组的第3个空间
scores[2] = 70;
// 把 60 赋值给数组的第4个空间
scores[3] = 60;
// 把 50 赋值给数组的第5个空间
scores[4] = 50;

存储好了数据，在使用数据的时候，也是需要借助数组名和数组下标来进行的。

// 使用语法：数组名[下标]
System.out.println(scores[0]); // 90.0

::: tip 笔者说下标是从 0 开始计数的，所以极其容易出现，超出数组容量范围的使用问题。例如：scores[5] = 40;
而且这种问题，在编译期不报错，在运行时才报错（数组越界异常），需要各位同学多加小心，反复用注释等方式提醒自己。 :::

方式二

方式一的定义方式，需要先声明一个数组，然后再进行赋值操作。步骤中规中矩，如果想快速获得一个赋值好的数组，可以通过下方的语法来实现。

// 声明数组时赋值
// 语法
数据类型[] 数组名 = {元素1, 元素2, ....};

这种定义方式，非常适合快速定义一个有值数组的情况。不需要指定容量，数组会根据元素的数量指定好容量。

我们来通过方式二语法，改造一下刚才的需求实现。

double[] scores = {90, 80, 70, 60, 50};

声明数组时赋值，还可以写成下方这样。

// 声明数组时赋值
// 语法：
数据类型[] 数组名 = new 数据类型[] {元素1, 元素2, ...};

再改造下刚才的需求实现。

// 注意：有[]，也不需要指定数组容量，它是空的，不是笔者写错了
double[] scores1 = new double[] {90, 80, 70, 60, 50};

::: tip 笔者说肯定有同学会问：这种定义方式，和上方几乎一模一样，再学习有什么用？别着急，后续在一些篇章的场景中，这种写法可能是你使用数组唯一的、更好的选择，相信笔者。 :::

数组的默认值

在原来，我们声明了一个局部变量后，如果不赋值，是无法使用的。而声明好数组之后，如果你不进行任何赋值就直接来使用，却会发现数组的各个空间竟然都有值。

这是因为在数组声明时，会伴随一个初始化动作，初始化动作就是对数组每一个空间， 根据数组元素数据类型 ，来设置一个默认值的过程。

整数型数组（byte、short、int、long）：默认值为0
浮点型数组（float、double）：默认值为0.0
布尔型数组（boolean）：默认值为false
字符型数组（char）：默认值为一个空格（\u0000）
字符串型数组（String）：默认值为 null

::: tip 笔者说 null 是一种特殊的值，后期，我们在讲解引用数据类型时会再提到。 :::

double[] dArr = new double[5];
System.out.println(dArr[0]); // 0.0

int[] iArr = new int[5];
System.out.println(iArr[0]); // 0

boolean[] bArr = new boolean[5];
System.out.println(bArr[0]); // false

char[] cArr = new char[5];
System.out.println(cArr[0]); // 一个空格，\U0000

String[] sArr = new String[5];
System.out.println(sArr[0]); // null

动态赋值

在方式一的赋值中，学习过循环的我们，很快就能发现一些重复性，有规律性的操作。

如果我们再结合上 Scanner 键盘输入，就可以将数组的赋值变为动态形式的。

思路分析：

根据效果图分析，只有单个规律，采用单层循环即可
确定循环要素
- 循环条件： < 数组长度
- 循环操作：数组名[循环变量] = 输入的元素值;
固定次数循环，采用 for 循环
检查循环是否可以正常退出

// 声明数组，存储5个同学成绩
double[] scores = new double[5];

// 动态录入学生成绩
Scanner input = new Scanner(System.in);
// 数组名.length 可以获取数组的容量
for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
    System.out.print("请输入第" + (i+1) + "个学生成绩：");
    scores[i] = input.nextDouble();
}

System.out.println("第3名同学成绩：" + scores[2]);

数组遍历

在动态赋值的实现中，我们巧妙利用了循环，实现了数组赋值的规律。其实在从数组取值过程中，依然存在此规律。在数组的常见操作中，有一种叫做遍历的概念会经常出现。

::: tip 笔者说 遍历： 将数组中的元素挨个取出来的过程，就叫遍历。 :::

接下来，我们看看，如何才能实现数组的遍历。

循环下标遍历

最常见的遍历方式，就是通过循环数组的下标，来进行遍历。刚才我们动态赋值就是用的这种循环规律。

// 定义数组
double[] scores = {90, 80, 70, 60, 50};

// 循环所有的下标，然后根据下标取值
for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
    // 数组名[循环下标]
    System.out.println(scores[i]);
}

forEach遍历

除此之外，还有一种较为特别的方式：使用 forEach 循环（俗称增强 for 循环）遍历。这种遍历方式，主要强调的就是将数组中的元素挨个取出来，每次都临时存储到一个变量中。

// 声明数组并赋值
double[] scores = {90, 80, 70, 60, 50};

// for (数组元素数据类型 变量名 : 要遍历的数组名)
// score 是在循环中，临时存储每一个元素的变量
for (double score : scores) {
    System.out.println(score);
}

::: tip 笔者说增强 for 循环遍历方式与循环下标遍历相比，在使用时更简单，但前期可能不太好理解，如果实在理解不好的话，就先用循环下标的遍历方式。而且有些时候，我们需要下标来作为辅助计算因素时，采用循环下标遍历更方便。 :::

数组使用

光说不练假把式，接下来我们通过数组来解决一些需求问题。

打印消费记录

案例需求：根据效果图实现，会员消费清单打印。

// 声明一个长度为5的数组，用来存储本月消费记录
double[] records = new double[5];

// 动态赋值
Scanner input = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入会员本月的消费记录：");
for (int i = 0; i < records.length; i++) {
    System.out.print("请输入第" + (i+1) + "笔购物金额：");
    records[i] = input.nextDouble();
}

System.out.println();

// 声明变量，存储消费总金额
double sum = 0;
System.out.println("序号\t\t金额(元)");
for (int i = 0; i < records.length; i++) {
    System.out.println((i+1) + "\t\t" + records[i]);
    sum += records[i];
}
System.out.println("总金额\t\t" + sum);

猜数字

案例需求：有一个数列：8，4，2，1，23，344，12。

循环输出数列的值
求数列中所有数值的和
猜数游戏： 从键盘中任意输入一个数据，判断数列中是否包含此数

// 声明数组，存储好数列的值
int[] numArr = {8, 4, 2, 1, 23, 344, 12};

// 1.循环输出数列的值  
System.out.println("数列中的值有：");
for (int num : numArr) {
    System.out.println(num);
}
System.out.println("-------------------------");

// 2.求数列中所有数值的和  
int sum = 0;
for (int i = 0; i < numArr.length; i++) {
    sum += numArr[i];
}
System.out.println("数列的所有数值的和为：" + sum);
System.out.println("-------------------------");

// 3.猜数游戏：从键盘中任意输入一个数据，判断数列中是否包含此数  
// 3.1 从键盘中任意输入一个数据
Scanner input = new Scanner(System.in);
System.out.print("请输入一个数值：");
int num = input.nextInt();

// 3.2 判断数列中是否包含此数  
// 标志位
boolean flag = false; // 假设数列中不包含此值
for (int i = 0; i < numArr.length; i++) {
    if (numArr[i] == num) {
        flag = true;
        break;
    } 
}
// 3.3 判断标志位
if (flag) {
    System.out.println("数列中包含此值！");
} else {
    System.out.println("数列中不包含此值！");
}

求最高分

案例需求：从键盘输入本次Java考试五位学生的成绩，求考试成绩最高分。

::: tip 笔者说武侠电视剧中，经常上演 "文无第一，武无第二" 的戏码。比武招亲或武林大会：最开始有一个守擂的，随后有各大侠士争相对抗，赢的就成为新的守擂者，等结束剩下的就是最强的。 :::

//  1.从键盘输入本次 Java 考试五位学生的成绩
double[] scoreArr = new double[5]; 

Scanner input = new Scanner(System.in);
for (int i = 0; i < scoreArr.length; i++) {
    System.out.print("请输入第" + (i + 1) + "位学生的成绩：");
    scoreArr[i] = input.nextDouble();
}

// 2.求考试成绩最高分
// 假定一个最高分(从要比较的数据中假定一个数据)
double max = scoreArr[0];
for (double score : scoreArr) {
    // 如果挨个比较过程中，有比max还大的值
    // 那就将max的值换为最新的数据
    if (score > max) {
        max = score;
    }
}
System.out.println("最高分为：" + max);

求最低价

案例需求：输入4家手机店的 OnePlus 8T 价格，输出哪家店价格最低及最低手机价格。

这道题和上一题是一个思路，我们来实现一下。

// 声明数组，存储4家店手机价格
double[] prices = new double[4];

// 动态赋值
Scanner input = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入4家店的 OnePlus 8T 手机价格：");
for (int i = 0; i < prices.length; i++) {
    System.out.print("第" + (i+1) + "家店的价格：");
    prices[i] = input.nextDouble();
}

// 声明变量，假定最低价格为第1家
double min = prices[0];
// 声明变量，存储最低价格是第几家
int minStore = 1;
for (int i = 0; i < prices.length; i++) {
    // 如果有比最低价格还低的
    if (prices[i] < min) {
        // 更换最低价格
        min = prices[i];
        // 更换最低价格店铺
        minStore = i + 1;
    }
}
System.out.println("第" + minStore + "家价格最低，价格为：" + min);

答题环节

下方这些题大多来自于互联网，笔者收集汇总在一起，针对性的练习一下。

求最小值

需求：获取指定数组中偶数元素值的最小值

定义一个 int 数组 arr
键盘录入5个整数，存入数组 arr 中，并且录入之前提示输入的是第几个数字
获取指定数组 arr 中偶数元素值的最小值，并在控制台打印

求差值

需求1：获取到数组中最大值和最小值的差值

获取键盘录入的5个整数，并存放在 int 数组 arr 中，输入前提示输入的是第几个值。
分别获取数组中最大值和最小值，并计算差值。
输出差值。

需求2：获取数组元素的偶数和与奇数和之差

获取键盘录入的5个整数，并存放在 int 数组 arr 中，输入前提示输入的是第几个值;
分别获取数组中元素的偶数和与奇数和;
输出偶数和与奇数和的差值

个数统计

需求1：获取指定数组中元素值为偶数的元素个数

定义一个整数数组 arr
获取5个0~50之间（包含0和50）的随机数，并存入 arr
获取指定数组 arr 中元素值为偶数的元素个数，并打印

需求2：获取指定数组中大于指定整数的元素个数

获取键盘录入的5个整数，并存放在 int 数组 arr 中，输入前提示输入的是第几个值
键盘录入一个需要进行比较的整数 num
计算数组 arr 中比整数 num 大的元素个数

查询下标

需求：查询指定元素值在指定数组中的下标值

创建 int 数组 arr，arr 包含11, 32，55, 47，55, 79，23
输入任意一个整数 num
遍历数组，如果指定数组 arr 中不存在指定整数 num，那么输出 -1，指定数组 arr 中存在多个相同的指定整数 num，那么输出 num 值对应的最大角标值（最后的num对应的角标）

替换值

需求：用指定整数替换指定数组中的元素值

创建 int 数组 arr，数组内包含0-9之间的10个整数
获取键盘录入的一个整数 num，如果 num 为偶数，则用 num 替换指定数组 arr 中的所有偶数下标的元素值

如果 num 为奇数，则用 num 替换指定数组 arr 中所有的奇数下标的元素值
输出替换值之后的数组 arr

去除值

需求：去除数组中所有的数值0

定义一个数组 oldArr，元素为1,3,4,5,0,0,6,6,0,5,4,7,6,7,0,5
去除所有为 0 的元素值，并存入到一个新的数组 newArr，效果为1,3,4,5,6,6,5,4,7,6,7,5
分别遍历两个数组

互换值

需求：将指定数组元素值的位置前后互换，例如：[11, 32，55, 47，79，23] 置换后的数组元素为： [23, 79, 47, 55, 32, 11]

定义一个整数数组 arr
键盘录入5个整数，并存入数组 arr
定义一个新数组 newArr
将指定数组 arr 的元素值的位置前后互换，并存储到新数组 newArr 中
在控制台分别横向打印 arr 和 newArr 的内容

获取随机值

需求1：获取指定数组中随机的2个元素值

定义一个 int 数组 arr
键盘录入5个整数，存入数组 arr 中,并且录入之前提示输入的是第几个数字
随机获取数组中的两个元素值并在控制台打印

需求2：随机获取4个A-Z之间（包含A和Z）的大写字母

定义一个 char 数组 arr
生成A-Z之间的26个大写字母，并存入数组 arr 中
从 arr 数组中获取4个随机大写字母。

字符串的拼接

需求：获取指定字符数组中下标为奇数的所有字符，并连接成一个字符串

创建字符数组，数组包含 26 个大写字符及 0-9 字符
获取指定字符数组中，下标为奇数的所有字符，并连接成一个字符串
将字符串打印在控制台上

参考文献

[1]彭军、向毅主编．数据结构与算法：人民邮电出版社，2013年

[2]刘亚东；曲心慧编．C/C++常用算法手册：中国铁道出版社，2017.09：第21页

[3]冯小圆. 数据结构之数组[EB/OL]. https://www.cnblogs.com/fengxiaoyuan/p/10934399.html. 2019-05-27

后记

有了数组这一数据结构之后，多个数据存储及使用变得更加方便，随之而来的就是一些算法题型的解锁，笔者在本篇的作业中汇总了10来道练习题，希望你能通过解决这些问题，来锻炼下自己的逻辑思维。

做不出来也别着急，你还可以评论求助笔者来给你参考答案。

最后别忘了，牢记学习数组的原因：因为前面的数据存储方式，已经不能满足我们日益复杂的需求。而且，数组作为一种典型的，基础的线性表数据结构，有其存储上的优势。

它在查找方法因为有下标的存在，效率较为不错，所以 适合增删情况较少，查取数据较多的场景 。但它也有不足之处：它只能存储一组定长的具有相同数据类型的数据。

::: info 笔者说对于技术的学习，笔者一贯遵循的步骤是：先用最最简单的 demo 让它跑起来，然后学学它的最最常用 API 和配置让自己能用起来，最后熟练使用的基础上，在空闲时尝试阅读它的源码让自己能够洞彻它的运行机制，部分问题出现的原因，同时借鉴这些技术实现来提升自己的代码高度。

所以在笔者的文章中，前期基本都是小白文，仅仅穿插很少量的源码研究。当然等小白文更新多了，你们还依然喜欢，后期会不定时专门对部分技术的源码进行解析。 :::

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