Java数据结构和算法（二）——数组

曾经终败给现在 2022-04-23 13:18 315阅读 0赞

**目录**

*  [1、Java数组介绍][1_Java]
 *  [2、用类封装数组实现数据结构][2]
 *  [ 3、分析数组的局限性][3]
 *  [4、总结][4]

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上篇博客我们简单介绍了数据结构和算法的概念，对此模糊很正常，后面会慢慢通过具体的实例来介绍。本篇博客我们介绍数据结构的鼻祖——数组，可以说数组几乎能表示一切的数据结构，在每一门编程语言中，数组都是重要的数据结构，当然每种语言对数组的实现和处理也不相同，但是本质是都是用来存放数据的的结构，这里我们以Java语言为例，来详细介绍Java语言中数组的用法。

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### 1、Java数组介绍 ###

在Java中，数组是用来存放同一种数据类型的集合，注意只能存放同一种数据类型(Object类型数组除外)。

**①、数组的声明**

**第一种方式：**

这里 \[\] 可以放在数组名称的前面，也可以放在数组名称的后面，我们推荐放在数组名称的前面，这样看上去 数据类型 \[\] 表示的很明显是一个数组类型，而放在数组名称后面，则不是那么直观。

**第二种方式：**

这种方式声明数组的同时直接给定了数组的元素，数组的大小由给定的数组元素个数决定。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 </td> 
 <td> <code>//声明数组1,声明一个长度为3，只能存放int类型的数据</code> <code>int</code>&nbsp;<code>[] myArray =&nbsp;</code><code>new</code>&nbsp;<code>int</code><code>[</code><code>3</code><code>];</code> <code>//声明数组2,声明一个数组元素为 1,2,3的int类型数组</code> <code>int</code>&nbsp;<code>[] myArray2 = { </code><code>1</code><code>,</code><code>2</code><code>,</code><code>3</code><code>};</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

**②、访问数组元素以及给数组元素赋值**

数组是存在下标索引的，通过下标可以获取指定位置的元素，数组小标是从0开始的，也就是说下标0对应的就是数组中第1个元素，可以很方便的对数组中的元素进行存取操作。

前面数组的声明第二种方式，我们在声明数组的同时，也进行了初始化赋值。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 </td> 
 <td> <code>//声明数组,声明一个长度为3，只能存放int类型的数据</code> <code>int</code>&nbsp;<code>[] myArray =&nbsp;</code><code>new</code>&nbsp;<code>int</code><code>[</code><code>3</code><code>];</code> <code>//给myArray第一个元素赋值1</code> <code>myArray[</code><code>0</code><code>] =&nbsp;</code><code>1</code><code>;</code> <code>//访问myArray的第一个元素</code> <code>System.out.println(myArray[</code><code>0</code><code>]);</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

上面的myArray 数组，我们只能赋值三个元素，也就是下标从0到2，如果你访问 myArray\[3\] ，那么会报数组下标越界异常。

**③、数组遍历**

**　　**数组有个 length 属性，是记录数组的长度的，我们可以利用length属性来遍历数组。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 </td> 
 <td> <code>//声明数组2,声明一个数组元素为 1,2,3的int类型数组</code> <code>int</code>&nbsp;<code>[] myArray2 = { </code><code>1</code><code>,</code><code>2</code><code>,</code><code>3</code><code>};</code> <code>for</code><code>(</code><code>int</code>&nbsp;<code>i =&nbsp;</code><code>0</code>&nbsp;<code>; i &lt; myArray2.length ; i++){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>System.out.println(myArray2[i]);</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

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### 2、用类封装数组实现数据结构 ###

上一篇博客我们介绍了一个数据结构必须具有以下基本功能：

**①、如何插入一条新的数据项**

**　　②、如何寻找某一特定的数据项**

**　　③、如何删除某一特定的数据项**

**　　④、如何迭代的访问各个数据项，以便进行显示或其他操作**

**　　**而我们知道了数组的简单用法，现在用类的思想封装一个数组，实现上面的四个基本功能：

ps:假设操作人是不会添加重复元素的，这里没有考虑重复元素，如果添加重复元素了，后面的查找，删除，修改等操作只会对第一次出现的元素有效。

![复制代码][copycode.gif]

1 package com.ys.array;
 2 
 3 public class MyArray {
 4 //定义一个数组
 5 private int [] intArray;
 6 //定义数组的实际有效长度
 7 private int elems;
 8 //定义数组的最大长度
 9 private int length;
 10 
 11 //默认构造一个长度为50的数组
 12 public MyArray(){
 13 elems = 0;
 14 length = 50;
 15 intArray = new int[length];
 16 }
 17 //构造函数，初始化一个长度为length 的数组
 18 public MyArray(int length){
 19 elems = 0;
 20 this.length = length;
 21 intArray = new int[length];
 22 }
 23 
 24 //获取数组的有效长度
 25 public int getSize(){
 26 return elems;
 27 }
 28 
 29 /**
 30 * 遍历显示元素
 31 */
 32 public void display(){
 33 for(int i = 0 ; i < elems ; i++){
 34 System.out.print(intArray[i]+" ");
 35 }
 36 System.out.println();
 37 }
 38 
 39 /**
 40 * 添加元素
 41 * @param value,假设操作人是不会添加重复元素的，如果有重复元素对于后面的操作都会有影响。
 42 * @return添加成功返回true,添加的元素超过范围了返回false
 43 */
 44 public boolean add(int value){
 45 if(elems == length){
 46 return false;
 47 }else{
 48 intArray[elems] = value;
 49 elems++;
 50 }
 51 return true;
 52 }
 53 
 54 /**
 55 * 根据下标获取元素
 56 * @param i
 57 * @return查找下标值在数组下标有效范围内，返回下标所表示的元素
 58 * 查找下标超出数组下标有效值，提示访问下标越界
 59 */
 60 public int get(int i){
 61 if(i<0 || i>elems){
 62 System.out.println("访问下标越界");
 63 }
 64 return intArray[i];
 65 }
 66 /**
 67 * 查找元素
 68 * @param searchValue
 69 * @return查找的元素如果存在则返回下标值，如果不存在，返回 -1
 70 */
 71 public int find(int searchValue){
 72 int i ;
 73 for(i = 0 ; i < elems ;i++){
 74 if(intArray[i] == searchValue){
 75 break;
 76 }
 77 }
 78 if(i == elems){
 79 return -1;
 80 }
 81 return i;
 82 }
 83 /**
 84 * 删除元素
 85 * @param value
 86 * @return如果要删除的值不存在，直接返回 false;否则返回true，删除成功
 87 */
 88 public boolean delete(int value){
 89 int k = find(value);
 90 if(k == -1){
 91 return false;
 92 }else{
 93 if(k == elems-1){
 94 elems--;
 95 }else{
 96 for(int i = k; i< elems-1 ; i++){
 97 intArray[i] = intArray[i+1];
 98 
 99 }
 100 elems--;
 101 }
 102 return true;
 103 }
 104 }
 105 /**
 106 * 修改数据
 107 * @param oldValue原值
 108 * @param newValue新值
 109 * @return修改成功返回true，修改失败返回false
 110 */
 111 public boolean modify(int oldValue,int newValue){
 112 int i = find(oldValue);
 113 if(i == -1){
 114 System.out.println("需要修改的数据不存在");
 115 return false;
 116 }else{
 117 intArray[i] = newValue;
 118 return true;
 119 }
 120 }
 121 
 122 }

![复制代码][copycode.gif]

测试：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 </td> 
 <td> <code>package</code>&nbsp;<code>com.ys.test;</code> &nbsp; <code>import</code>&nbsp;<code>com.ys.array.MyArray;</code> &nbsp; <code>public</code>&nbsp;<code>class</code>&nbsp;<code>MyArrayTest { </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>static</code>&nbsp;<code>void</code>&nbsp;<code>main(String[] args) { </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//创建自定义封装数组结构，数组大小为4</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>MyArray array =&nbsp;</code><code>new</code>&nbsp;<code>MyArray(</code><code>4</code><code>);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//添加4个元素分别是1,2,3,4</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>array.add(</code><code>1</code><code>);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>array.add(</code><code>2</code><code>);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>array.add(</code><code>3</code><code>);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>array.add(</code><code>4</code><code>);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//显示数组元素</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>array.display();</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//根据下标为0的元素</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>int</code>&nbsp;<code>i = array.get(</code><code>0</code><code>);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>System.out.println(i);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//删除4的元素</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>array.delete(</code><code>4</code><code>);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//将元素3修改为33</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>array.modify(</code><code>3</code><code>,&nbsp;</code><code>33</code><code>);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>array.display();</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> &nbsp; <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

打印结果为：

![1120165-20171125200048859-764777288.png][]

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###  3、分析数组的局限性 ###

通过上面的代码，我们发现数组是能完成一个数据结构所有的功能的，而且实现起来也不难，那数据既然能完成所有的工作，我们实际应用中为啥不用它来进行所有的数据存储呢？那肯定是有原因呢。

数组的局限性分析：

①、插入快，对于无序数组，上面我们实现的数组就是无序的，即元素没有按照从大到小或者某个特定的顺序排列，只是按照插入的顺序排列。无序数组增加一个元素很简单，只需要在数组末尾添加元素即可，但是有序数组却不一定了，它需要在指定的位置插入。

②、查找慢，当然如果根据下标来查找是很快的。但是通常我们都是根据元素值来查找，给定一个元素值，对于无序数组，我们需要从数组第一个元素开始遍历，直到找到那个元素。有序数组通过特定的算法查找的速度会比无需数组快，后面我们会讲各种排序算法。

③、删除慢，根据元素值删除，我们要先找到该元素所处的位置，然后将元素后面的值整体向前面移动一个位置。也需要比较多的时间。

④、数组一旦创建后，大小就固定了，不能动态扩展数组的元素个数。如果初始化你给一个很大的数组大小，那会白白浪费内存空间，如果给小了，后面数据个数增加了又添加不进去了。

很显然，数组虽然插入快，但是查找和删除都比较慢，而且扩展性差，所以我们一般不会用数组来存储数据，那有没有什么数据结构插入、查找、删除都很快，而且还能动态扩展存储个数大小呢，答案是有的，但是这是建立在很复杂的算法基础上，后面我们也会详细讲解。

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### 4、总结 ###

本篇博客我们讲解了数组的基本用法，以及用Java语言中的类实现了一个数组的数据结构，但是我们分析该数据结构，发现存在很多性能问题，后面会讲解别的数据结构，看看那些数据结构是如何处理这些问题的。当然在讲解数据结构之前，下篇博客我们会简单的介绍几种常用的排序算法。

[1_Java]: https://www.cnblogs.com/ysocean/p/7894448.html#_label0
[2]: https://www.cnblogs.com/ysocean/p/7894448.html#_label1
[3]: https://www.cnblogs.com/ysocean/p/7894448.html#_label2
[4]: https://www.cnblogs.com/ysocean/p/7894448.html#_label3
[Link 1]: https://www.cnblogs.com/ysocean/p/7894448.html#_labelTop
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