JavaSE第13篇：常用API、冒泡排序、二分查找、正则

第一章：Object类
第二章：日期操作类
第三章：System类
第四章：数组的冒泡排序
- 4.1-什么是冒泡排序（了解）
- 4.2-冒泡排序的分析和实现（练习）
第五章：数组的二分查找
- 5.1-什么是二分查找（了解）
- 5.2-二分查找的分析和实现（练习）
第六章：Arrays类
- 6.1-概述（了解）
- 6.2-常用方法（记忆）
第七章：正则表达式

核心概述：本篇我们将会学习常用的API，其中有Object类、日期相关操作类、数组相关操作类Arrays、正则表达式；同时也会学习关于数组的一些常用算法，其他中有冒泡排序、二分查找法。

第一章：Object类

1.1-概述（了解）

java.lang.Object类是Java语言中的根类，每个类都使用 Object 作为超类。所有对象（包括数组）都实现这个类的方法。

如果一个类没有特别指定父类，那么默认则继承自Object类。例如：

public class MyClass /*extends Object*/ {
  	// ...
}

1.2-本地方法（了解）

在Object类的源码中定义了native修饰的方法，native修饰的方法称为本地方法。

本地方法的特点：

被native修饰的方法，非Java语言编写，是由C++语言编写。
本地方法在运行时期进入本地方法栈内存，本地方法栈是一块独立内存的区域。
本地方法的意义是和操作系统进行交互。

如Object类中部分源码：

private static native void registerNatives();
static {
    registerNatives();
}

当程序运行的时候，Object类会最先被加载到内存中。类进入内存后首先加载自己的静态成员，static代码块中调用了本地方法registerNatives()，和操作系统进行交互。

查看Object类源码：在IDEA编辑器中，新建一个类，在类中一个main方法中new Object()，鼠标停留在Object类上，按住ctrl + 点击鼠标，进入Object类源码中。

1.3-toString方法（理解）

认识toString方法

方法声明：public String toString()：返回该对象的字符串表示。

Object类toString()方法源码：

public String toString() {
	return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}

源码分析：

getClass().getName()返回类的全限定名字。
hashCode()方法返回int值，可以暂时理解为对象的内存地址。
Integer.toHexString()将int类型的值转成十六进制。
因此调用对象的toString()方法将看到内存的地址值。

创建Person类，并调用方法toString()

public static void main(String[] args){
    Student stu = new Student();
    String str = stu.toString();
    System.out.println(str);    // www.penglei666.com.demo01.Student@5f2050f6
    System.out.println(stu);    // www.penglei666.com.demo01.Student@5f2050f6
}

通过程序运行，得到结论，在输出语句中打印对象，就是在调用对象的toString()方法。

重写toString方法

由于toString方法返回的结果是内存地址，而在开发中，内存地址并没有实际的应用价值，经常需要按照对象的属性得到相应的字符串表现形式，因此也需要重写它。

public class Student {  
    private String name;
    private int age;

    @Override
    public String toString() {
        return "Student：" + name + "," + age;
    }
    // 省略构造器与Getter Setter
}

1.4-equals方法（理解）

认识equals方法

方法声明：public boolean equals(Object obj)：指示其他某个对象是否与此对象“相等”。

Object类equals()方法源码：

public boolean equals(Object obj) {
    return (this == obj);
}

源码分析：

this是当前对象，哪个对象调用的equals方法就表示哪个对象。
obj表述传递的参数，参数类型Object，可以传递任意类型对象。
this==obj 比较两个对象的内存地址是否相同

equals方法默认比较两个对象的内存地址是否相同，相同则返回true。

重写equals方法

实际应用中，比较内存地址是否相同并没有意义，我们可以定义对象自己的比较方式，比较对象中成员变量的值是否相同。需要对方法进行重写。

需求：重写equals()方法，比较两个对象中姓名和年龄是否相同，如果姓名和年龄都相同返回true，否则返回false。

public class Person {
    private String name;
    private int age;
    
    public boolean equals(Object obj){
        //判断两个对象地址弱相同，即为同一个对象
        if(this == obj)
            return true;
        //obj对象为空，无需比较，返回false
        if(obj == null)
            return  false;
        //obj如果是Person类型对象，则强制转换
        if(obj instanceof Person){
            Person person = (Person)obj;
            //比较两个对象的name属性和age属性，如果相等，返回true
            return this.name.equals(person.name) && this.age == person.age;
        }
        return false;
    }
}

第二章：日期操作类

2.1-Date类（记忆）

构造方法

public Date()：从运行程序的此时此刻到时间原点经历的毫秒值,转换成Date对象，分配Date对象并初始化此对象，以表示分配它的时间（精确到毫秒）。
public Date(long date)：将指定参数的毫秒值date,转换成Date对象，分配Date对象并初始化此对象，以表示自从标准基准时间（称为“历元（epoch）”，即1970年1月1日00:00:00 GMT）以来的指定毫秒数。

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        Date date = new Date();
        System.out.println(date);    // Fri Jul 31 11:59:20 CST 2020
        Date date2 = new Date(0);
        System.out.println(date2);   // Thu Jan 01 08:00:00 CST 1970
    }
}

常用方法

public long getTime() 把日期对象转换成对应的时间毫秒值。
public void setTime(long time) 把方法参数给定的毫秒值设置给日期对象。

public class Test02 {
    public static void main(String[] args) {
        Date date = new Date();
        System.out.println(date.getTime());        // 1596168137169
        date.setTime(15961681371611L);
        System.out.println(date);                  // Tue Oct 22 00:22:51 CST 2475
    }
}

毫秒值（时间戳）和日期对象互相转换

日期对象转换为毫秒值：日期对象.getTime();

毫秒值转换为日期对象：new Date(long time);

获取当前时间的毫秒值：System.currentTimeMillis()

public class Test02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 从1970年到现在的总毫秒值（也叫时间戳）
        long millis = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(millis);       // 1596168719242
        // 毫秒值转日期对象
        Date date = new Date(millis);
        System.out.println(date);         // Fri Jul 31 12:11:59 CST 2020
        // 日期对象转毫秒值
        long millis2 = date.getTime();
        System.out.println(millis2);      // 1596168719242
    }
}

2.2-DateFormat类（记忆）

概述

java.text.DateFormat 是日期/时间格式化子类的抽象类，我们通过这个类可以帮我们完成日期和文本之间的转换,也就是可以在Date对象与String对象之间进行来回转换。

格式化：按照指定的格式，把Date对象转换为String对象。
解析：按照指定的格式，把String对象转换为Date对象

构造方法

由于DateFormat为抽象类，不能直接使用，所以需要常用的子类java.text.SimpleDateFormat。这个类需要一个模式（格式）来指定格式化或解析的标准。构造方法为：

public SimpleDateFormat(String pattern)：用给定的模式和默认语言环境的日期格式符号构造SimpleDateFormat。

参数pattern是一个字符串，代表日期时间的自定义格式。

常用的格式规则为：

标识字母（区分大小写）	含义
y	年
M	月
d	日
H	时
m	分
s	秒

备注：更详细的格式规则，可以参考SimpleDateFormat类的API文档。

转换方法

String format(Date date) 传递日期对象，返回格式化后的字符串。
Date parse(String str) 传递字符串，返回日期对象。

  public static void main(String[] args) throws ParseException {
    // 创建当前日期对象
    Date date = new Date();
    // 创建格式化对象
    DateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
    String dateStr = format.format(date);
    System.out.println(dateStr);   // 2019-12-07 05:37:53
    // 把格式化日期转换为日期对象
    Date date2 = format.parse("2100-12-12 12:12:12");
    System.out.println(date2);   // Sun Dec 12 00:12:12 CST 2100
  }

2.3-Calendar类（记忆）

概述

java.util.Calendar是日历类，在Date后出现，替换掉了许多Date的方法。该类将所有可能用到的时间信息封装为静态成员变量，方便获取。日历类就是方便获取各个时间属性的。

获取日历对象

Calendar是抽象类，不能创建对象，需要使用子类对象。java.util.GregorianCalendar类是Calendar的子类，但是创建日历对象需要根据本地的时区，语言环境来创建，比较困难，Calendar类提供了静态方法 getInstance()直接获取子类的对象。

public static Calendar getInstance()：使用默认时区和语言环境获得一个日历。

  public static void main(String[] args) {
    // 获取日历对象
    Calendar calendar = Calendar.getInstance();
 }

常用方法

常用方法

public int get(int field)：返回给定日历字段的值。
public void set(int field, int value)：将给定的日历字段设置为给定值。
public abstract void add(int field, int amount)：根据日历的规则，为给定的日历字段添加或减去指定的时间量。
public Date getTime()：返回一个表示此Calendar时间值（从历元到现在的毫秒偏移量）的Date对象。

field：Calendar类中提供很多成员常量，代表给定的日历字段：

字段值	含义
YEAR	年
MONTH	月（从0开始，可以+1使用）
DAY_OF_MONTH	月中的天（几号）
HOUR	时（12小时制）
HOUR_OF_DAY	时（24小时制）
MINUTE	分
SECOND	秒
DAY_OF_WEEK	周中的天（周几，周日为1，可以-1使用）

代码：

  public static void main(String[] args) {
    // 获取日历对象
    Calendar calendar = Calendar.getInstance();
    // 获取当前日期的部分数据
    System.out.println(calendar.get(Calendar.YEAR));
    System.out.println(calendar.get(Calendar.MONTH));    // 月份 0-11
    System.out.println(calendar.get(Calendar.DAY_OF_MONTH));
    System.out.println(calendar.get(Calendar.HOUR_OF_DAY));
    System.out.println(calendar.get(Calendar.MINUTE));
    System.out.println(calendar.get(Calendar.SECOND));
    System.out.println(calendar.get(Calendar.DAY_OF_WEEK));

  }

练习

需求：获取任意一年的二月有多少天

分析：

可以将日历设置到任意年的三月一日
向前偏移一天
获取偏移后的日历即可

代码：

public static void main(String[] args) {
    //键盘录入任意的年份
    Scanner sc = new Scanner(System.in);
    System.out.println("请输入年：");
    int year = sc.nextInt();

    //设置日历对象的年、月、日
    Calendar c = Calendar.getInstance();
    c.set(year, 2, 1);

    //3月1日往前推一天，就是2月的最后一天
    c.add(Calendar.DATE, -1);

    //获取这一天输出即可
    int date = c.get(Calendar.DATE);
    System.out.println(year + "年的2月份有" + date + "天");

第三章：System类

3.1-概述（了解）

java.lang.System类中提供了大量的静态方法，可以获取与系统相关的信息或系统级操作。System类私有修饰构造方法，不能创建对象，直接类名调用。

3.2-常用方法（记忆）

3.3-测试程序运行时长（练习）

需求：在控制台输出1-10000，计算这段代码执行了多少毫秒

public static void main(String[] args) {
    //获取当前时间毫秒值
    System.out.println(System.currentTimeMillis()); 
    // 计算程序运行时间
    long start = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 1; i <= 10000; i++) {
        	System.out.println(i);
    }
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("共耗时毫秒：" + (end - start));
 }

3.4-arryCopy方法（记忆）

参数

Object src：要复制的数据源数组
int srcPost：数据源数组的开始索引
Object dest：复制后的目的数组
int destPos：目的数组开始索引
int length：要复制的数组元素的个数

代码

将源数组中从1索引开始，复制3个元素到目的数组中

public static void main(String[] args){
    int[] src = {1,2,3,4,5};
    int[] dest = {6,7,8,9,0};
    //将源数组中从1索引开始，复制3个元素到目的数组中
    System.arraycopy(src,1,dest,0,3);
    for(int i = 0 ; i < dest.length;i++){
    System.out.println(dest[i]);
}

3.5-gc方法（了解）

运行垃圾回收器，JVM将从堆内存中清理对象，清理对象的同时会调用对象的finalize()方法，JVM的垃圾回收器是通过另一个线程开启的，因此程序中的效果并不明显。

Person类

public class Person {
    protected void finalize() throws Throwable {
        System.out.println("对象被回收");
}

测试类：

public static void main(String[] args){
	new Person();
	new Person();
	new Person();
	new Person();
	new Person();
	new Person();
	System.gc();
}

第四章：数组的冒泡排序

数组的排序，是将数组中的元素按照大小进行排序，默认都是以升序的形式进行排序，数组排序的方法很多，我们讲解的是数组的冒泡排序。

排序，都要进行数组元素大小的比较，再进行位置的交换。冒泡排序法是采用数组中相邻元素进行比较换位。

4.1-什么是冒泡排序（了解）

冒泡排序（Bubble Sort），是一种较简单的排序算法。

它重复地走访过要排序的元素列，依次比较两个相邻的元素，如果顺序错误就把他们交换过来。走访元素的工作是重复地进行直到没有相邻元素需要交换，也就是说该元素列已经排序完成。

这个算法的名字由来是因为越小的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端（升序或降序排列），就如同碳酸饮料中二氧化碳的气泡最终会上浮到顶端一样，故名“冒泡排序”。

实质：把小（大）的元素往前（后）调

4.2-冒泡排序的分析和实现（练习）

需求

对数组 { 3, 6, 4, 2, 1, 5 } 进行从小到大的排序。

该数组共6个元素。

图解冒泡算法解析过程

代码实现

经上述图解分析：代码实现需要

双重循环
- 外层循环，控制躺数（躺数从0开始，因为数组索引从0开始，比较好计算）。 躺数 = 数组长度 - 1
- 内层循环，控制每趟比较的次数。每趟比较的次数 = 数组的长度 - 当前躺数 - 1
比较相邻的两个数字，若位置错误，则两个数字交换

public class Test06 {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义要排序的数组
        int[] arr = {3, 6, 4, 2, 1, 5};
        System.out.println("数组排序前：" + showArray(arr));
        /**
         * 冒泡排序
         */
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            // 外层循环控制躺数
            // i表示当前躺数
            for (int j = 0; j < arr.length - i - 1; j++) {
                // 内层循环控制每趟比较的次数
                // 相邻的两个数字开始比较：arr[j] 和 arr[j+1]
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    // 位置错误发生交换
                    int temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
            }
        }
        System.out.println("数组排序后：" + showArray(arr));
    }
    /**
     * 查看数组
     */
    public static String showArray(int[]arr) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("{ ");
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            if (i == arr.length - 1) {
                sb.append(arr[i]);
            } else {
                sb.append(arr[i] + ", ");
            }
        }
        sb.append(" }");
        return sb.toString();
    }
}

执行结果：

/*
    数组排序前：{ 3, 6, 4, 2, 1, 5 }
    数组排序后：{ 1, 2, 3, 4, 5, 6 }
*/

第五章：数组的二分查找

目的：从数组中查询一个元素，比较高效的查询方式，就是二分查找。

5.1-什么是二分查找（了解）

二分查找也称折半查找（Binary Search），它是一种效率较高的查找方法，但是，折半查找要求查询的数组的元素是有序排列的。

查找过程如下：

首先，假设数组中的元素是按升序排列；
将数组中间位置记录的元素值与要查找的元素值比较，如果两者相等，则查找成功；
否则利用中间位置的记录将数组分成前、后两个子数组；
如果中间位置记录的元素值大于要查找元素值，则进一步查找前一子数组，否则进一步查找后一子数组。
重复以上过程，直到找到满足条件的记录，使查找成功，或直到子表不存在为止，此时查找不成功。

5.2-二分查找的分析和实现（练习）

需求：

从数组{ 2, 5, 9, 10, 18, 20, 24 }中分别查询出元素5、20、3

折半查找，不能简单的除以2，需要确认最小索引和最大索引。因为可能会多次折半（一次折半可能查找不成功），索引最小索引和最大索引可能会变化。所以需要确定以下变量：

最小索引：min = 0

最大索引：max = 数组的长度 - 1

中间索引：(max + min)/2

图解分析

图解分析查询元素5的过程：

图解分析查询元素20的过程：

图解分析查询元素3（一个不存在的元素）的过程：

结论

对于要查询的元素：

折半次数不确定（可能是多次），使用while循环更简便。
折半过程中，若查询的值小于mid位置的值，则更改索引max为：max = mid - 1
折半过程中，若查询的值大于mid位置的值，则更改索引min为：min = mid + 1
查询成功，要查询的元素和 mid值相等时，终止查询。
元素中不存在该元素，条件是索引min大于索引max时，终止查询。

代码

public class Test06 {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义数组
        int[]arr = { 2, 5, 9, 10, 18, 20, 24 };
        // 查询元素5
        int index1 = binarySearch(arr,5);
        System.out.println("从数组：{ 2, 5, 9, 10, 18, 20, 24 }查询元素5的索引是：" + index1);
        // 查询元素20
        int index2 = binarySearch(arr,20);
        System.out.println("从数组：{ 2, 5, 9, 10, 18, 20, 24 }查询元素20的索引是：" + index2);
        // 查询元素3
        int index3 = binarySearch(arr,3);
        System.out.println("从数组：{ 2, 5, 9, 10, 18, 20, 24 }查询元素3的索引是：" + index3);
    }

    /**
     * 二分查找,返回要查找的元素的索引
     * @param arr 数组
     * @param key 要查询的元素值
     * @return 查询的结果，-1表示不存在该元素
     */
    public static int binarySearch(int[]arr, int key) {
        // 最小索引初始化为0
        int min = 0;
        // 最大索引初始化为数组的长度 -1
        int max = arr.length - 1;
        // 中间索引
        int mid = 0;
        // 定义查询后的元素的索引，默认为-1，表示不存在该元素
        int index = -1;
        // 循环查询
        while (min <= max){
            mid = (max + min)/2;
            if(key > arr[mid]) {
                min = mid + 1;
            }else if(key < arr[mid]){
                max = mid - 1;
            }else {
               index = mid;
               break;
            }
        }
        return index;
    }

}

查询结果：

/*
    从数组：{ 2, 5, 9, 10, 18, 20, 24 }查询元素5的索引是：1
    从数组：{ 2, 5, 9, 10, 18, 20, 24 }查询元素20的索引是：5
    从数组：{ 2, 5, 9, 10, 18, 20, 24 }查询元素3的索引是：-1
*/

第六章：Arrays类

我们发现操作数组时，不论是排序、二分查找等，每次实现都需要自己分析写代码。在开发过程中，影响开发效率。所以Java中提供了操作数组的工具类Arrays。

6.1-概述（了解）

java.util.Arrays 此类包含用来操作数组的各种方法，比如排序和搜索等。Arrays类私有修饰构造方法，其所有方法均为静态方法，调用起来非常简单。

6.2-常用方法（记忆）

了解更多方法可查询API

    public static void main(String[] args) {
        // 定义数组
        int[]arr = { 2, 9, 5, 10, 24, 20, 18 };
        // 排序
        Arrays.sort(arr);
        // 排序后的数组
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
        // 二分查找元素5的索引
        System.out.println(Arrays.binarySearch(arr,5));
        // 二分查找元素20的索引
        System.out.println(Arrays.binarySearch(arr,20));
        // 二分查找元素3的索引
        System.out.println(Arrays.binarySearch(arr,3));
    }

第七章：正则表达式

在实际开发中，我们经常会对一些字符串做验证，比如验证邮箱格式、手机号码、身份证号码等。此时，最有效的验证方式就是正则表达式，只需要用正则描述验证规则，然后直接匹配字符串即可。

7.1-概述（了解）

正则表达式是对字符串操作的一种规则，事先定义好一些字符串，这些字符串称为规则字符串，使用规则字符串表达一些逻辑功能。

例如：指定一个字符串704181501@qq.com，判断出这个字符串是否符合电子邮件的规则。使用字符串String对象的方法是可以完成的，但是非常复杂，若使用正则表达式则会非常的简单实现。

7.2-正则规则-字符类（记忆）

在中括号中定义的字符

7.3-正则规则-预定义字符类（记忆）

预定义字符，具有特殊含义的字符。

注意：对于\w、\d、\W、\D 在java中表示时用双杠如\\w表示，因为\在java的字符串中表示转义。

7.4-正则规则-数量词（记忆）

7.5-正则规则-分组（记忆）

分组，就是将多个字符看做一个整体，用小括号表示。

比如："(李){4}" 表示字符“李”必须出现四次

比如："(李小龙){4}" 表示字符"李小龙"必须连续出现四次

7.6-正则规则-转义符（记忆）

对于，具有特殊含义的字符若表示为普通字符，可以使用转义符\,如.就在正则中表示任意字符，但若就是表示为普通的点的话，则需要转义\. java字符串中表示用\\.。

7.5-Java中使用正则表达式（练习）

String类matches方法使用正则表达式

方法：boolean matches(String regex)传递正则表达式规则，检测字符串是否匹配正则表达式规则，匹配返回true。

需求：检查手机号，检查邮件地址。

分析：

手机号：只能1开头，第二位可以是345678任意一个，第三位开始全数字，总长11位。
邮件地址：@前面可以是数字，字母，下划线。@后面是字母和.。

public static void main(String[] args){
    //【验证手机号码】
    String tel = "13800138000";
    // 规则
    String telRegex = "1[345678][0-9]{9}";
    // 检测
    boolean flag = tel.matches(telRegex);
    System.out.println(flag); 
    //【验证邮件地址】
    String email = "lpl2015@vip.qq.com";
    String emailReg = "\\w+@(\\w+\\.)+\\w+";
    flag = email.matches(emailReg);
    System.out.println(flag);
}

String类split方法使用正则表达式

方法：String[] split(String regex)传递正则表达式规则，以正则规则对字符串进行切割，返回数组。

public static void main(String[] args){
    String str1 = "ab  a   bbb  abc   aa      c";
    //对空格进行切割
    String[] strArr =str1.split(" +");
    System.out.println(Arrays.toString(strArr));

    String str2 = "192.168.1.121";
    strArr = str2.split("\\.");
    System.out.println(Arrays.toString(strArr));
}

注意：输出数组元素时会看到存在一个多余空格，Arrays.toString()方法源码中追加的空格。

posted @ 2020-08-02 15:58 雷哒哒阅读(255) 评论(0) 编辑收藏举报

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不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海