> For the complete documentation index, see [llms.txt](https://yubin551.gitbook.io/java-note/llms.txt). Markdown versions of documentation pages are available by appending `.md` to page URLs; this page is available as [Markdown](https://yubin551.gitbook.io/java-note/basic_java_programming/datatype/array.md). # 陣列 > 介紹Java如何宣告、使用陣列，以及記憶體中的配置。 ### 什麼是陣列？ What is Array? 陣列是一種由相同型態的資料組成的資料結構。 陣列在記憶體中使用連續的記憶體空間，透過索引值(index)來做資料的存取。 陣列在Java裡是以物件(object)的方式存在，所以陣列本身是參考資料型態(reference type)。 陣列中的元素可以是基本資料型態(primitive type)也可以是參考資料型態(reference type)。 ### 陣列的創建 Array Creation 陣列就跟一般的物件一樣，需要透過關鍵字new來創造實體，new後面要有： 1. 元素的資料型態 2. 元素個數 陣列被初始化後，每個元素都會被初始化為該型態的初始值(default value)。 假設我們需要一個大小為3的int陣列，範例程式： ```java int[] array; // 宣告 array = new int[3]; // 創建大小為3的int陣列，回傳reference給array ``` 當然也可以寫成一行，這是等價的： ```java int[] array = new int[3]; ``` 記憶體配置： ![](/files/-MLRnkDuijsAowlyPBhP) ### 存取元素 Access Elements 透過陣列名稱，利用中括號『\[ ]』，括號裡面放元素在陣列中的索引值(index)。 **陣列索引值從0開始，只能為非負整數。** 以上圖為例： ```java int[] array = new int[3]; array[0] = 1; array[1] = 10; array[2] = 100; System.out.println(array[0]); System.out.println(array[1]); System.out.println(array[2]); ``` 執行結果： ```java 1 10 100 ``` ### 初始化時給值 Array Initializer 陣列可以同時宣告及指定其值，利用大括號『{ }』，搭配逗號『,』隔開各元素。 ```java int[] array = { 1 , 10 , 100 }; ``` 編譯器會看大括號理的元素個數及元素值去創造相符的物件，回傳reference給變數array。 這行的效果跟下面相同： ```java int[] array; array = new int[3]; array[0] = 1; array[1] = 10; array[2] = 100; ``` 這種寫法適用於在寫程式的時候已經確定該陣列的元素個數、內容。 ### 多維陣列 Multi-Dimensional Array 上面已經討論過一維陣列的宣告及使用，但實務上我們遭遇很多問題並不是單靠一維陣列就可以簡單解決的，因此我們希望可以有一個多維度的陣列來幫我們做處理。 假設我們需要一個大小為2\*3二維的int陣列，範例如下： ```java int[][] matrix; // 宣告 matrix = new int[2][3]; // 創件空間，回傳reference給matrix ``` int\[ ]\[ ]是matrix的型態，代表是int的二為陣列，要幾個維度就用幾個『\[ ] 』。 new int\[2]\[3]，創造『大小為2個陣列』，其元素內容為『大小為3的int陣列』。 記憶體配置： ![](/files/-MLRnkDwCoqnFFAjJhpr) 有沒有發現到，Java根本沒有所謂的多維陣列！它只是不斷的在一維陣列中塞另一個陣列！ 一個m\*n的二維陣列，就是m個『大小為n的陣列』，更多維度一樣的概念以此類推，這裡只舉二維為例。(不然實在不好畫) 初始化的方法跟一維陣列相同，可以直接寫成程式碼： ```java int[][] matrix = { {1,2,3} , {5,6,7} }; ``` 大括號夾起來的就是一個陣列，彼此用逗號『,』隔開，形成陣列中有陣列的樣子。 上述程式效果同於： ```java int[][] matrix; // 宣告 matrix 為 int[][] 型態。 matrix = new int[2][]; // matrix 是 『2 個 int[] 的陣列』的陣列 matrix[0] = new int[3]; // matrix[0] 是一個大小為 3 的 int 陣列 matrix[1] = new int[3]; // matrix[1] 是一個大小為 3 的 int 陣列 matrix[0][0] = 1; // 以下幾行利用中括號及索引值設定陣列元素的值 matrix[0][1] = 2; matrix[0][2] = 3; matrix[1][0] = 5; matrix[1][1] = 6; matrix[1][2] = 7; ``` 也因為Java的陣列是這種特性，所以我們也可以創造出『長度不同』的多維陣列。 假設要創造出的陣列長這樣： ![](/files/-MLRnkDxTxSjvFlkg1-v) 對Java來說，由於陣列在記憶體中都是一維的，不同長度只是指向不同的物件，所以可以輕鬆的初始化。 利用 Initializer ： ```java int[][] array = { {10,20} , {100} , {5,6,7} }; ``` 這樣就可以達成要求了！ 要一步一步寫的話像這樣： ```java int[][] array; array = new int[3][]; array[0] = new int[2]; array[1] = new int[1]; array[2] = new int[3]; array[0][0] = 10; array[0][1] = 20; array[1][0] = 100; array[2][0] = 5; array[2][1] = 6; array[2][2] = 7; ``` ## 參考型態陣列 Reference Type Array 前面舉的例子是int陣列，而我們知道int是基本資料型態，那如果要創件的是參考資料型態的陣列呢？ 恩，就跟創造多維陣列一樣，層層的初始化每個物件。 假設我要創造大小為3的Human陣列： (Human為自訂類別) ```java Human[] array; // 宣告 array 為 Human一維陣列 array = new Human[3]; // 創造大小為3的陣列用來存放Human，回傳reference給array array[0] = new Human(); // array[0]是物件，必須要初始化才能在記憶體中存在。 array[1] = new Human(); // 如果沒有對物件做初始化，預設值為null。 array[2] = new Human(); // 存取null的成員會產生 NullPointerException例外。 ``` 以上程式可以搭配迴圈使用，是一般常見的做法： ```java Human[] array = new Human[3]; for(int i=0;i<3;i++) array[i] = new Human(); ``` 記憶體配置： ![](/files/-MLRnkDzWSl3OT9q9HkN) 一個最大觀念是，Java的陣列是物件，且都是為一維的陣列。內容可以放值(value)或參考(reference)，因此可以陣列的內容是另一個陣列，創造出多維陣列的感覺。 記憶體的配置圖在陣列的觀念裡面很重要，一定要懂為什麼。如果有什麼不清楚的麻煩讓我知道，或許是文字或圖片沒弄好產生誤解或混淆。 ### 陣列長度 length of Array 陣列被創造出來，元素個數就決定好了，很多時候我們需要陣列的大小(length)方便我們做運算、處理，那要如何取得呢？ 恩，陣列是一個物件，它有一個資料成員用來紀錄它的大小，就叫做 length。 ```java int[] array = { 1 , 1 , 2 , 3 , 5 , 8 , 13 }; System.out.println(array.length); ``` 執行結果： ```java 7 ``` 利用 `陣列名稱.length` 可以輕鬆取得該陣列的長度，搭配迴圈可以方便的走訪整個陣列： ```java int[] array = { 1 , 1 , 2 , 3 , 5 , 8 , 13 }; int sum = 0; for(int i = 0 ; i < array.length ; i++ ) sum = sum + array[i]; System.out.println("陣列和為："+sum); ``` 執行結果： ```java 陣列和為：33 ``` ### 好用方法 useful Method 簡單介紹幾個常用的方法，很多陣列相關方法都定義在Arrays裡，Arrays放在java.util套件中，使用前別忘了import： ```java import java.util.Arrays; ``` #### 快速印出所有元素 Arrays.toString(Object\[]) 利用這個方法，可以快速的印出陣列中的所有元素，方便自己debug或展示。 ```java int[] array = { 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 }; System.out.println(Arrays.toString(array)); ``` 執行結果： ```java [1, 1, 2, 3, 5, 8, 13] ``` #### 複製陣列 .clone() 可以快速的複製一個一模一樣的資料的陣列物件，與原陣列佔用不同記憶體，彼此獨立。 ```java int[] array = { 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 }; int[] array2=array.clone(); array[0]=555; System.out.println(Arrays.toString(array)); System.out.println(Arrays.toString(array2)); ``` 執行結果： ```java [555, 1, 2, 3, 5, 8, 13] [1, 1, 2, 3, 5, 8, 13] ``` #### 填滿陣列元素 Arrays.fill(Object\[],value) 可以把陣列全部用value填滿，常用於陣列初始化。 ```java int[] array = new int[10]; System.out.println(Arrays.toString(array)); Arrays.fill(array, -1); // 以 -1 填滿 array System.out.println(Arrays.toString(array)); ``` 執行結果： ```java [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] [-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1] ``` #### 陣列排序 Arrays.sort(Object\[]); 這個方法超美妙的，可以把陣列從小排到大，內部實做是快速排序法(quick sort)，時間複雜度 O(NlogN)，比較的機制是該物件的 .compareTo()方法，實做上可以省掉很多寫排序演算法的時間。 ```java int[] array = {50,1,-999,6000,77,3,50,0}; System.out.println(Arrays.toString(array)); Arrays.sort(array); System.out.println(Arrays.toString(array)); ``` 執行結果： ```java [50, 1, -999, 6000, 77, 3, 50, 0] [-999, 0, 1, 3, 50, 50, 77, 6000] ``` #### 陣列搜尋 Arrays.binarySearch(Object\[],key) 利用binarySearch搜尋陣列中目標key的索引值，時間複雜度為O(logN)，如果找不到回傳小於0的整數。因為是用binarySearch實做，所以陣列『必須已排序好(遞增)』。 ```java int[] array = {50,1,-999,6000,77,3,50,0}; System.out.println(Arrays.toString(array)); Arrays.sort(array); System.out.println(Arrays.toString(array)); System.out.println(Arrays.binarySearch(array, 77)); System.out.println(Arrays.binarySearch(array, 2000)); ``` 執行結果： ```java [50, 1, -999, 6000, 77, 3, 50, 0] [-999, 0, 1, 3, 50, 50, 77, 6000] 6 // 77 位在索引值6的位置 -8 // 2000 不存在陣列中 ``` #### 陣列相等 Arrays.equals(Object\[],Object\[]) 測試兩陣列是否相等，回傳布林值(true or false)。 相等的條件：每個陣列元素的值、順序都完全一樣，若 reference 指到同一物件視為相等，都為 null 也視為相等。 ```java int[] array = { 5, 6, 7 }; int[] array2 = array.clone(); System.out.println(Arrays.equals(array, array2)); array[0] = 1; System.out.println(Arrays.equals(array, array2)); array = array2; System.out.println(Arrays.equals(array, array2)); array = null; array2 = null; System.out.println(Arrays.equals(array, array2)); ``` 執行結果： ```java true // array2 是 array 複製過來的，所以資料完全一樣，故相等 false // array變成{1,6,7}，array2還是{5,6,7}，不相等 true // array 指到 array2的物件，故兩個reference相同，相等 true // 兩個皆為 null 視為相等 ``` 其他詳細方法請參考 [document](https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/Arrays.html)。