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數(shù)組是一種有用的數(shù)據(jù)類(lèi)型，用于管理在連續(xù)內(nèi)存位置中建模最好的集合元素。下面是如何有效地使用它們。

有使用 C 或者 FORTRAN 語(yǔ)言編程經(jīng)驗(yàn)的人會(huì)對(duì)數(shù)組的概念很熟悉。它們基本上是一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存塊，其中每個(gè)位置都是某種數(shù)據(jù)類(lèi)型：整型、浮點(diǎn)型或者諸如此類(lèi)的數(shù)據(jù)類(lèi)型。

Java 的情況與此類(lèi)似，但是有一些額外的問(wèn)題。

一個(gè)數(shù)組的示例

讓我們?cè)?Java 中創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)度為 10 的整型數(shù)組：

int[] ia = new int[10];

上面的代碼片段會(huì)發(fā)生什么？從左到右依次是：

1. 最左邊的 int[] 將變量的類(lèi)型聲明為 int 數(shù)組（由 [] 表示）。
2. 它的右邊是變量的名稱，當(dāng)前為 ia。
3. 接下來(lái)，= 告訴我們，左側(cè)定義的變量賦值為右側(cè)的內(nèi)容。
4. 在 = 的右側(cè)，我們看到了 new，它在 Java 中表示一個(gè)對(duì)象正在被初始化中，這意味著已為其分配存儲(chǔ)空間并調(diào)用了其構(gòu)造函數(shù)（請(qǐng)參見(jiàn)此處以獲取更多信息）。
5. 然后，我們看到 int[10]，它告訴我們正在初始化的這個(gè)對(duì)象是包含 10 個(gè)整型的數(shù)組。

因?yàn)?Java 是強(qiáng)類(lèi)型的，所以變量 ia 的類(lèi)型必須跟 = 右側(cè)表達(dá)式的類(lèi)型兼容。

初始化示例數(shù)組

讓我們把這個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)組放在一段代碼中，并嘗試運(yùn)行一下。將以下內(nèi)容保存到一個(gè)名為 Test1.java 的文件中，使用 javac 編譯，使用 java 運(yùn)行（當(dāng)然是在終端中）：

import java.lang.*;
 
public class Test1 {
 
    public static void main(String[] args) {
        int[] ia = new int[10];                              // 見(jiàn)下文注 1
        System.out.println("ia is " + ia.getClass());        // 見(jiàn)下文注 2
        for (int i = 0; i < ia.length; i++)                  // 見(jiàn)下文注 3
            System.out.println("ia[" + i + "] = " + ia[i]);  // 見(jiàn)下文注 4
    }
 
}

讓我們來(lái)看看最重要的部分。

1. 我們聲明和初始化了長(zhǎng)度為 10 的整型數(shù)組，即 ia，這顯而易見(jiàn)。
2. 在下面的行中，我們看到表達(dá)式 ia.getClass()。沒(méi)錯(cuò)，ia 是屬于一個(gè)類(lèi)的對(duì)象，這行代碼將告訴我們是哪個(gè)類(lèi)。
3. 在緊接的下一行中，我們看到了一個(gè)循環(huán) for (int i = 0; i < ia.length; i++)，它定義了一個(gè)循環(huán)索引變量 i，該變量遍歷了從 0 到比 ia.length 小 1 的序列，這個(gè)表達(dá)式告訴我們?cè)跀?shù)組 ia 中定義了多少個(gè)元素。
4. 接下來(lái)，循環(huán)體打印出 ia 的每個(gè)元素的值。

當(dāng)這個(gè)程序編譯和運(yùn)行時(shí)，它產(chǎn)生以下結(jié)果：

me@mydesktop:~/Java$ javac Test1.java
me@mydesktop:~/Java$ java Test1
ia is class [I
ia[0] = 0
ia[1] = 0
ia[2] = 0
ia[3] = 0
ia[4] = 0
ia[5] = 0
ia[6] = 0
ia[7] = 0
ia[8] = 0
ia[9] = 0
me@mydesktop:~/Java$

ia.getClass() 的輸出的字符串表示形式是 [I，它是“整數(shù)數(shù)組”的簡(jiǎn)寫(xiě)。與 C 語(yǔ)言類(lèi)似，Java 數(shù)組以第 0 個(gè)元素開(kāi)始，擴(kuò)展到第 <數(shù)組大小> - 1 個(gè)元素。如上所見(jiàn)，我們可以看到數(shù)組 ia 的每個(gè)元素都（似乎由數(shù)組構(gòu)造函數(shù)）設(shè)置為零。

所以，就這些嗎？聲明類(lèi)型，使用適當(dāng)?shù)某跏蓟?，就完成了?

好吧，并沒(méi)有。在 Java 中有許多其它方法來(lái)初始化數(shù)組。

為什么我要初始化一個(gè)數(shù)組，有其它方式嗎？

像所有好的問(wèn)題一樣，這個(gè)問(wèn)題的答案是“視情況而定”。在這種情況下，答案取決于初始化后我們希望對(duì)數(shù)組做什么。

在某些情況下，數(shù)組自然會(huì)作為一種累加器出現(xiàn)。例如，假設(shè)我們正在編程實(shí)現(xiàn)計(jì)算小型辦公室中一組電話分機(jī)接收和撥打的電話數(shù)量。一共有 8 個(gè)分機(jī)，編號(hào)為 1 到 8，加上話務(wù)員的分機(jī)，編號(hào)為 0。 因此，我們可以聲明兩個(gè)數(shù)組：

int[] callsMade;
int[] callsReceived;

然后，每當(dāng)我們開(kāi)始一個(gè)新的累計(jì)呼叫統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的周期時(shí)，我們就將每個(gè)數(shù)組初始化為：

callsMade = new int[9];
callsReceived = new int[9];

在每個(gè)累計(jì)通話統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的最后階段，我們可以打印出統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。粗略地說(shuō)，我們可能會(huì)看到：

import java.lang.*;
import java.io.*;
 
public class Test2 {
 
    public static void main(String[] args) {
 
        int[] callsMade;
        int[] callsReceived;
 
        // 初始化呼叫計(jì)數(shù)器
 
        callsMade = new int[9];
        callsReceived = new int[9];
 
        // 處理呼叫……
        //   分機(jī)撥打電話：callsMade[ext]++
        //   分機(jī)接聽(tīng)電話：callsReceived[ext]++
 
        // 匯總通話統(tǒng)計(jì)
 
        System.out.printf("%3s%25s%25s\n", "ext", " calls made",
                "calls received");
        for (int ext = 0; ext < callsMade.length; ext++) {
            System.out.printf("%3d%25d%25d\n", ext,
                    callsMade[ext], callsReceived[ext]);
        }
 
    }
 
}

這會(huì)產(chǎn)生這樣的輸出：

me@mydesktop:~/Java$ javac Test2.java
me@mydesktop:~/Java$ java Test2
ext               calls made           calls received
  0                        0                        0
  1                        0                        0
  2                        0                        0
  3                        0                        0
  4                        0                        0
  5                        0                        0
  6                        0                        0
  7                        0                        0
  8                        0                        0
me@mydesktop:~/Java$

看來(lái)這一天呼叫中心不是很忙。

在上面的累加器示例中，我們看到由數(shù)組初始化程序設(shè)置的零起始值可以滿足我們的需求。但是在其它情況下，這個(gè)起始值可能不是正確的選擇。

例如，在某些幾何計(jì)算中，我們可能需要將二維數(shù)組初始化為單位矩陣（除沿主對(duì)角線———左上角到右下角——以外所有全是零）。我們可以選擇這樣做：

double[][] m = new double[3][3];
for (int d = 0; d < 3; d++) {
    m[d][d] = 1.0;
}

在這種情況下，我們依靠數(shù)組初始化器 new double[3][3] 將數(shù)組設(shè)置為零，然后使用循環(huán)將主對(duì)角線上的元素設(shè)置為 1。在這種簡(jiǎn)單情況下，我們可以使用 Java 提供的快捷方式：

double[][] m = {
        {1.0, 0.0, 0.0},
        {0.0, 1.0, 0.0},
        {0.0, 0.0, 1.0}};

這種可視結(jié)構(gòu)特別適用于這種應(yīng)用程序，在這種應(yīng)用程序中，它便于復(fù)查數(shù)組的實(shí)際布局。但是在這種情況下，行數(shù)和列數(shù)只在運(yùn)行時(shí)確定時(shí)，我們可能會(huì)看到這樣的東西:

int nrc;
// 一些代碼確定行數(shù)和列數(shù) = nrc
double[][] m = new double[nrc][nrc];
for (int d = 0; d < nrc; d++) {
    m[d][d] = 1.0;
}

值得一提的是，Java 中的二維數(shù)組實(shí)際上是數(shù)組的數(shù)組，沒(méi)有什么能阻止無(wú)畏的程序員讓這些第二層數(shù)組中的每個(gè)數(shù)組的長(zhǎng)度都不同。也就是說(shuō)，下面這樣的事情是完全合法的：

int [][] differentLengthRows = {
     {1, 2, 3, 4, 5},
     {6, 7, 8, 9},
     {10, 11, 12},
     {13, 14},
     {15}};

在涉及不規(guī)則形狀矩陣的各種線性代數(shù)應(yīng)用中，可以應(yīng)用這種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)（有關(guān)更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)此 Wikipedia 文章）。除此之外，既然我們了解到二維數(shù)組實(shí)際上是數(shù)組的數(shù)組，那么以下內(nèi)容也就不足為奇了：

differentLengthRows.length

可以告訴我們二維數(shù)組 differentLengthRows 的行數(shù)，并且：

differentLengthRows[i].length

告訴我們 differentLengthRows 第 i 行的列數(shù)。

深入理解數(shù)組

考慮到在運(yùn)行時(shí)確定數(shù)組大小的想法，我們看到數(shù)組在實(shí)例化之前仍需要我們知道該大小。但是，如果在處理完所有數(shù)據(jù)之前我們不知道大小怎么辦？這是否意味著我們必須先處理一次以找出數(shù)組的大小，然后再次處理？這可能很難做到，尤其是如果我們只有一次機(jī)會(huì)使用數(shù)據(jù)時(shí)。

Java 集合框架很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。提供的其中一項(xiàng)是 ArrayList 類(lèi)，它類(lèi)似于數(shù)組，但可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。為了演示 ArrayList 的工作原理，讓我們創(chuàng)建一個(gè) ArrayList 對(duì)象并將其初始化為前 20 個(gè)斐波那契數(shù)字：

import java.lang.*;
import java.util.*;
 
public class Test3 {
 
    public static void main(String[] args) {
 
        ArrayList<Integer> fibos = new ArrayList<Integer>();
 
        fibos.add(0);
        fibos.add(1);
        for (int i = 2; i < 20; i++) {
            fibos.add(fibos.get(i - 1) + fibos.get(i - 2));
        }
 
        for (int i = 0; i < fibos.size(); i++) {
            System.out.println("fibonacci " + i + " = " + fibos.get(i));
        }
 
    }
}

上面的代碼中，我們看到：

• 用于存儲(chǔ)多個(gè) Integer 的 ArrayList 的聲明和實(shí)例化。
• 使用 add() 附加到 ArrayList 實(shí)例。
• 使用 get() 通過(guò)索引號(hào)檢索元素。
• 使用 size() 來(lái)確定 ArrayList 實(shí)例中已經(jīng)有多少個(gè)元素。

這里沒(méi)有展示 put() 方法，它的作用是將一個(gè)值放在給定的索引號(hào)上。

該程序的輸出為：

fibonacci 0 = 0
fibonacci 1 = 1
fibonacci 2 = 1
fibonacci 3 = 2
fibonacci 4 = 3
fibonacci 5 = 5
fibonacci 6 = 8
fibonacci 7 = 13
fibonacci 8 = 21
fibonacci 9 = 34
fibonacci 10 = 55
fibonacci 11 = 89
fibonacci 12 = 144
fibonacci 13 = 233
fibonacci 14 = 377
fibonacci 15 = 610
fibonacci 16 = 987
fibonacci 17 = 1597
fibonacci 18 = 2584
fibonacci 19 = 4181

ArrayList 實(shí)例也可以通過(guò)其它方式初始化。例如，可以給 ArrayList 構(gòu)造器提供一個(gè)數(shù)組，或者在編譯過(guò)程中知道初始元素時(shí)也可以使用 List.of() 和 array.aslist() 方法。我發(fā)現(xiàn)自己并不經(jīng)常使用這些方式，因?yàn)槲覍?duì) ArrayList 的主要用途是當(dāng)我只想讀取一次數(shù)據(jù)時(shí)。

此外，對(duì)于那些喜歡在加載數(shù)據(jù)后使用數(shù)組的人，可以使用 ArrayList 的 toArray() 方法將其實(shí)例轉(zhuǎn)換為數(shù)組；或者，在初始化 ArrayList 實(shí)例之后，返回到當(dāng)前數(shù)組本身。

Java 集合框架提供了另一種類(lèi)似數(shù)組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為 Map（映射）。我所說(shuō)的“類(lèi)似數(shù)組”是指 Map 定義了一個(gè)對(duì)象集合，它的值可以通過(guò)一個(gè)鍵來(lái)設(shè)置或檢索，但與數(shù)組（或 ArrayList）不同，這個(gè)鍵不需要是整型數(shù)；它可以是 String 或任何其它復(fù)雜對(duì)象。

例如，我們可以創(chuàng)建一個(gè) Map，其鍵為 String，其值為 Integer 類(lèi)型，如下：

Map<String, Integer> stoi = new Map<String, Integer>();

然后我們可以對(duì)這個(gè) Map 進(jìn)行如下初始化：

stoi.set("one",1);
stoi.set("two",2);
stoi.set("three",3);

等類(lèi)似操作。稍后，當(dāng)我們想要知道 "three" 的數(shù)值時(shí)，我們可以通過(guò)下面的方式將其檢索出來(lái)：

stoi.get("three");

在我的認(rèn)知中，Map 對(duì)于將第三方數(shù)據(jù)集中出現(xiàn)的字符串轉(zhuǎn)換為我的數(shù)據(jù)集中的一致代碼值非常有用。作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換管道的一部分，我經(jīng)常會(huì)構(gòu)建一個(gè)小型的獨(dú)立程序，用作在處理數(shù)據(jù)之前清理數(shù)據(jù)；為此，我?guī)缀蹩偸菚?huì)使用一個(gè)或多個(gè) Map。

值得一提的是，ArrayList 的 ArrayList 和 Map 的 Map 是很可能的，有時(shí)也是合理的。例如，假設(shè)我們?cè)诳礃?shù)，我們對(duì)按樹(shù)種和年齡范圍累計(jì)樹(shù)的數(shù)目感興趣。假設(shè)年齡范圍定義是一組字符串值（“young”、“mid”、“mature” 和 “old”），物種是 “Douglas fir”、“western red cedar” 等字符串值，那么我們可以將這個(gè) Map 中的 Map 定義為：

Map<String, Map<String, Integer>> counter = new Map<String, Map<String, Integer>>();

這里需要注意的一件事是，以上內(nèi)容僅為 Map 的行創(chuàng)建存儲(chǔ)。因此，我們的累加代碼可能類(lèi)似于：

// 假設(shè)我們已經(jīng)知道了物種和年齡范圍
if (!counter.containsKey(species)) {
    counter.put(species,new Map<String, Integer>());
}
if (!counter.get(species).containsKey(ageRange)) {
    counter.get(species).put(ageRange,0);
}

此時(shí)，我們可以這樣開(kāi)始累加：

counter.get(species).put(ageRange, counter.get(species).get(ageRange) + 1);

最后，值得一提的是（Java 8 中的新特性）Streams 還可以用來(lái)初始化數(shù)組、ArrayList 實(shí)例和 Map 實(shí)例。關(guān)于此特性的詳細(xì)討論可以在此處和此處中找到。