03.数组

1.数组的概述

1.数组的理解

​ 数组(Array)，是多个相同类型数据一定顺序排列的集合，并使用一个名字命名，并通过编号的方式对这些数据进行统一管理。

2.数组相关的概念：

​ 数组名

​ 元素

​ 角标、下标、索引、偏移量offset（即从首地址开始的偏移量）

​ 数组的长度：元素的个数

3.数组的特点：

​ 1.数组是序排列的

​ 2.数组属于引用数据类型的变量。数组的元素，既可以是基本数据类型，也可以是引用数据类型

​ 3.创建数组对象会在内存中开辟一整块连续的空间

​ 4.数组的长度一旦确定，就不能修改

4.数组的分类：

① 照维数：一维数组、二维数组、。。。

② 照数组元素的类型：基本数据类型元素的数组、引用数据类型元素的数组

数据结构：
1.数据与数据之间的逻辑关系：集合、一对一、一对多、多对多
2.数据的存储结构：
一对一关系 线性表：顺序表(比如：数组,元素间按顺序连续往后排)、链表(前后两元素间是指引关系，位置上不一点连续)、栈(压栈，先进 后出后进先出)、队列(先进先出)
一对多关系 树形结构：二叉树
多对多 图形结构：

算法：
排序算法：
搜索算法：

。。。

2.一维数组

1.一维数组的声明与初始化

正确的方式：

int num;//声明
num = 10;//初始化
int id = 1001;//声明 + 初始化
 
int[] ids;//声明
//1.1 静态初始化:数组的初始化和数组元素的赋值操作同时进行
ids = new int[]{1001,1002,1003,1004};
//1.2动态初始化:数组的初始化和数组元素的赋值操作分开进行
String[] names = new String[5];
String names[] = new String[5];

int[] arr4 = {1,2,3,4,5};//类型推断

错误的方式：

//		int[] arr1 = new int[];
//		int[5] arr2 = new int[5];
//		int[] arr3 = new int[3]{1,2,3};

2.一维数组元素的引用

通过角标的方式调用

​ //数组的角标或索引从0开始的，到数组的长度-1结束。
​ names[0] = "王铭";
​ names[1] = "王赫";
​ names[2] = "张学良";
​ names[3] = "孙居龙";
​ names[4] = "王宏志";//charAt(0)

3.数组的属性：length

​ System.out.println(names.length);//5

说明：
数组一旦初始化，其长度就是确定的，不可修改。arr.length

4.一维数组的遍历

for(int i = 0;i < names.length;i++){
	System.out.println(names[i]);
}

5.一维数组元素的默认初始化值

​ 数组元素是整型：0

​ 数组元素是浮点型：0.0

​ 数组元素是char型：0或'\u0000'，而非'0'

​ 数组元素是boolean型：false

​ 数组元素是引用数据类型：null

6.一维数组的内存解析

3.二维数组

1.如何理解二维数组

​ 数组属于引用数据类型

​ 数组的元素也可以是引用数据类型

​ 一个一维数组A的元素如果还是一个一维数组类型的，则，此数组A称为二维数组

2.二维数组的声明与初始化

正确的方式：

int[] arr = new int[]{1,2,3};//一维数组
//静态初始化
int[][] arr1 = new int[][]{{1,2,3},{4,5},{6,7,8}};
//动态初始化1
String[][] arr2 = new String[3][2];
//动态初始化2
String[][] arr3 = new String[3][];
//也是正确的写法：
int[] arr4[] = new int[][]{{1,2,3},{4,5,9,10},{6,7,8}};
int[] arr5[] = {{1,2,3},{4,5},{6,7,8}};//类型推断
int arr5[][] = {{1,2,3},{4,5},{6,7,8}};

​ 错误的方式：

//String[][] arr4 = new String[][4];
//String[4][3] arr5 = new String[][];
//int[][] arr6 = new int[4][3]{{1,2,3},{4,5},{6,7,8}};

3.如何调用二维数组元素:

System.out.println(arr1[0][1]);//2
System.out.println(arr2[1][1]);//null
arr3[1] = new String[4];
System.out.println(arr3[1][0]);
System.out.println(arr3[0]);//

4.二维数组的属性：
System.out.println(arr4.length);//3
System.out.println(arr4[0].length);//3
System.out.println(arr4[1].length);//4
5.遍历二维数组元素

for(int i = 0;i < arr4.length;i++){
    for(int j = 0;j < arr4[i].length;j++){
        System.out.print(arr4[i][j] + "  ");
    }
    System.out.println();
}

6.二维数组元素的默认初始化值

规定：二维数组分为外层数组的元素，内层数组的元素

int[][] arr = new int[4][3];
//外层元素：arr[0],arr[1]等
//内层元素：arr[0][0],arr[1][2]等

5.数组元素的默认初始化值

   针对于初始化方式一：比如：int[][] arr = new int[4][3];
      外层元素的初始化值为：地址值
      内层元素的初始化值为：与一维数组初始化情况相同
      
   针对于初始化方式二：比如：int[][] arr = new int[4][];
   	外层元素的初始化值为：null
      内层元素的初始化值为：不能调用，否则报错。

7.二维数组的内存结构

4.数组的常见算法

1.数组的创建与元素赋值：

杨辉三角（二维数组）、回形数（二维数组）、6个数，1-30之间随机生成且不重复。

2.针对于数值型的数组：

最大值、最小值、总和、平均数等

3.数组的赋值与复制

int[] array1,array2;
array1 = new int[]{1,2,3,4};

1.赋值：

​ array2 = array1;
​ 如何理解：将array1保存的数组的地址值赋给了array2，使得array1和array2共同指向堆空间中的同一个数组实体

2.复制：

array2 = new int[array1.length];
for(int i = 0;i < array2.length;i++){
    array2[i] = array1[i];
}

如何理解：我们通过new的方式，给array2在堆空间中新开辟了数组的空间。将array1数组中的元素值一个一个的赋值到array2数组中

4.数组元素的反转

方法一：

for(int i = 0;i < arr.length / 2;i++){
    String temp = arr[i];
    arr[i] = arr[arr.length - i -1];
    arr[arr.length - i -1] = temp;
}

方法二：

for(int i = 0,j = arr.length - 1;i < j;i++,j--){
    String temp = arr[i];
    arr[i] = arr[j];
    arr[j] = temp;
}

5.数组中指定元素的查找：搜索、检索

5.1 线性查找：

实现思路：通过遍历的方式，一个一个的数据进行比较、查找。

适用性：具有普遍适用性。

5.2 二分法查找：

实现思路：每次比较中间值，折半的方式检索。

适用性：（前提：数组必须有序）

​ 源码:java.util.Arrays中的二分查找

private static int binarySearch0(int[] a, int fromIndex, int toIndex,
                                 int key) {
    int low = fromIndex;
    int high = toIndex - 1;

    while (low <= high) {
        int mid = (low + high) >>> 1;
        int midVal = a[mid];

        if (midVal < key){
            low = mid + 1;
        }
        else if (midVal > key){
            high = mid - 1;
        }
        else{
            return mid; // key found
        }
    }
    return -(low + 1);  // key not found.
}

6.数组的排序算法

理解：
1）衡量排序算法的优劣：

​ 时间复杂度、空间复杂度、稳定性

2）排序的分类：内部排序 与 外部排序（需要借助于磁盘）

3）不同排序算法的时间复杂度

4）手写冒泡排序

int[] arr = new int[]{43,32,76,-98,0,64,33,-21,32,99};
//冒泡排序
for(int i = 0;i < arr.length - 1;i++){ //10个数，9个数不断比较排序即可
    for(int j = 0;j < arr.length - 1 - i;j++){//这个9个数，每次一个排完，下一个就可以多减少一次排序
        if(arr[j] > arr[j + 1]){
            int temp = arr[j];
            arr[j] = arr[j + 1];
            arr[j + 1] = temp;
        }
    }
}	

5）快速排序

private static void quickSort (int[] arr, int leftIndex, int rightIndex) {
    if (leftIndex >= rightIndex) {
        return;
    }

    int left = leftIndex;
    int right = rightIndex;
    //待排序的第一个元素作为基准值
    int key = arr[left];

    //从左右两边交替扫描，直到left = right
    while (left < right) {
        while (right > left && arr[right] >= key) {
            //从右往左扫描，找到第一个比基准值小的元素
            right--;
        }
        //找到这种元素将arr[right]放入arr[left]中
        arr[left] = arr[right];

        while (left < right && arr[left] <= key) {
            //从左往右扫描，找到第一个比基准值大的元素，找到n个小于基准的数left加n
            left++;
        }
        //找到这种元素将arr[left]放入arr[right]中
        arr[right] = arr[left];//原arr[right]的值已经赋给了left++前的arr[left]
    }
    //基准值归位
    arr[left] = key;//在right--和left++并且不断交换位置时，最后的arr[left]就是基准位，但其值不正确，需复原
    //对基准值左边的元素进行递归排序
    quickSort(arr, leftIndex, left - 1);
    //对基准值右边的元素进行递归排序。
    quickSort(arr, right + 1, rightIndex);
}
}

5.Arrays工具类的使用

1.理解：

① 定义在java.util包下

② Arrays:提供了很多操作数组的方法

2.使用：

6.数组的常见异常

1.数组角标越界异常：ArrayIndexOutOfBoundsException

2.空指针异常：NullPointerException