Java數據結構和算法（二）——數組

　　上篇博客我們簡單介紹了數據結構和算法的概念，對此模糊很正常，后面會慢慢通過具體的實例來介紹。本篇博客我們介紹數據結構的鼻祖——數組，可以說數組幾乎能表示一切的數據結構，在每一門編程語言中，數組都是重要的數據結構，當然每種語言對數組的實現和處理也不相同，但是本質是都是用來存放數據的的結構，這里我們以Java語言為例，來詳細介紹Java語言中數組的用法。

1、Java數組介紹

　　在Java中，數組是用來存放同一種數據類型的集合，注意只能存放同一種數據類型(Object類型數組除外)。

　　①、數組的聲明

　　第一種方式：

數據類型 []  數組名稱 = new 數據類型[數組長度];

　　這里 [] 可以放在數組名稱的前面，也可以放在數組名稱的后面，我們推薦放在數組名稱的前面，這樣看上去 數據類型 [] 表示的很明顯是一個數組類型，而放在數組名稱后面，則不是那么直觀。

　　第二種方式：

數據類型 [] 數組名稱 = {數組元素1，數組元素2，......}

　　這種方式聲明數組的同時直接給定了數組的元素，數組的大小由給定的數組元素個數決定。

//聲明數組1,聲明一個長度為3，只能存放int類型的數據
int [] myArray = new int[3];
//聲明數組2,聲明一個數組元素為 1,2,3的int類型數組
int [] myArray2 = {1,2,3};

　　②、訪問數組元素以及給數組元素賦值

　　數組是存在下標索引的，通過下標可以獲取指定位置的元素，數組小標是從0開始的，也就是說下標0對應的就是數組中第1個元素，可以很方便的對數組中的元素進行存取操作。

　　前面數組的聲明第二種方式，我們在聲明數組的同時，也進行了初始化賦值。

//聲明數組,聲明一個長度為3，只能存放int類型的數據
int [] myArray = new int[3];
//給myArray第一個元素賦值1
myArray[0] = 1;
//訪問myArray的第一個元素
System.out.println(myArray[0]);

　　上面的myArray 數組，我們只能賦值三個元素，也就是下標從0到2，如果你訪問 myArray[3] ，那么會報數組下標越界異常。

　　③、數組遍歷

　　數組有個 length 屬性，是記錄數組的長度的，我們可以利用length屬性來遍歷數組。

//聲明數組2,聲明一個數組元素為 1,2,3的int類型數組
int [] myArray2 = {1,2,3};
for(int i = 0 ; i < myArray2.length ; i++){
	System.out.println(myArray2[i]);
}

　　

2、用類封裝數組實現數據結構

　　上一篇博客我們介紹了一個數據結構必須具有以下基本功能：

　　①、如何插入一條新的數據項

　　②、如何尋找某一特定的數據項

　　③、如何刪除某一特定的數據項

　　④、如何迭代的訪問各個數據項，以便進行顯示或其他操作

　　而我們知道了數組的簡單用法，現在用類的思想封裝一個數組，實現上面的四個基本功能：

　　ps:假設操作人是不會添加重復元素的，這里沒有考慮重復元素，如果添加重復元素了，后面的查找，刪除，修改等操作只會對第一次出現的元素有效。

package com.ys.array;
 
public class MyArray {
    //定義一個數組
    private int [] intArray;
    //定義數組的實際有效長度
    private int elems;
    //定義數組的最大長度
    private int length;
     
    //默認構造一個長度為50的數組
    public MyArray(){
        elems = 0;
        length = 50;
        intArray = new int[length];
    }
    //構造函數，初始化一個長度為length 的數組
    public MyArray(int length){
        elems = 0;
        this.length = length;
        intArray = new int[length];
    }
     
    //獲取數組的有效長度
    public int getSize(){
        return elems;
    }
     
    /**
     * 遍歷顯示元素
     */
    public void display(){
        for(int i = 0 ; i < elems ; i++){
            System.out.print(intArray[i]+" ");
        }
        System.out.println();
    }
     
    /**
     * 添加元素
     * @param value,假設操作人是不會添加重復元素的，如果有重復元素對於后面的操作都會有影響。
     * @return添加成功返回true,添加的元素超過范圍了返回false
     */
    public boolean add(int value){
        if(elems == length){
            return false;
        }else{
            intArray[elems] = value;
            elems++;
        }
        return true;
    }
     
    /**
     * 根據下標獲取元素
     * @param i
     * @return查找下標值在數組下標有效范圍內，返回下標所表示的元素
     * 查找下標超出數組下標有效值，提示訪問下標越界
     */
    public int get(int i){
        if(i<0 || i>elems){
            System.out.println("訪問下標越界");
        }
        return intArray[i];
    }
    /**
     * 查找元素
     * @param searchValue
     * @return查找的元素如果存在則返回下標值，如果不存在，返回 -1
     */
    public int find(int searchValue){
        int i ;
        for(i = 0 ; i < elems ;i++){
            if(intArray[i] == searchValue){
                break;
            }
        }
        if(i == elems){
            return -1;
        }
        return i;
    }
    /**
     * 刪除元素
     * @param value
     * @return如果要刪除的值不存在，直接返回 false;否則返回true，刪除成功
     */
    public boolean delete(int value){
        int k = find(value);
        if(k == -1){
            return false;
        }else{
            if(k == elems-1){
                elems--;
            }else{
                for(int i = k; i< elems-1 ; i++){
                    intArray[i] = intArray[i+1];
                   
                }
                 elems--;
            }
            return true;
        }
    }
    /**
     * 修改數據
     * @param oldValue原值
     * @param newValue新值
     * @return修改成功返回true，修改失敗返回false
     */
    public boolean modify(int oldValue,int newValue){
        int i = find(oldValue);
        if(i == -1){
            System.out.println("需要修改的數據不存在");
            return false;
        }else{
            intArray[i] = newValue;
            return true;
        }
    }
 
}  

　　測試：

package com.ys.test;

import com.ys.array.MyArray;

public class MyArrayTest {
	public static void main(String[] args) {
		//創建自定義封裝數組結構，數組大小為4
		MyArray array = new MyArray(4);
		//添加4個元素分別是1,2,3,4
		array.add(1);
		array.add(2);
		array.add(3);
		array.add(4);
		//顯示數組元素
		array.display();
		//根據下標為0的元素
		int i = array.get(0);
		System.out.println(i);
		//刪除4的元素
		array.delete(4);
		//將元素3修改為33
		array.modify(3, 33);
		array.display();
	}

}

　　打印結果為：

　　

 3、分析數組的局限性

　　通過上面的代碼，我們發現數組是能完成一個數據結構所有的功能的，而且實現起來也不難，那數據既然能完成所有的工作，我們實際應用中為啥不用它來進行所有的數據存儲呢？那肯定是有原因呢。

　　數組的局限性分析：

　　①、插入快，對於無序數組，上面我們實現的數組就是無序的，即元素沒有按照從大到小或者某個特定的順序排列，只是按照插入的順序排列。無序數組增加一個元素很簡單，只需要在數組末尾添加元素即可，但是有序數組卻不一定了，它需要在指定的位置插入。

　　②、查找慢，當然如果根據下標來查找是很快的。但是通常我們都是根據元素值來查找，給定一個元素值，對於無序數組，我們需要從數組第一個元素開始遍歷，直到找到那個元素。有序數組通過特定的算法查找的速度會比無需數組快，后面我們會講各種排序算法。

　　③、刪除慢，根據元素值刪除，我們要先找到該元素所處的位置，然后將元素后面的值整體向前面移動一個位置。也需要比較多的時間。

　　④、數組一旦創建后，大小就固定了，不能動態擴展數組的元素個數。如果初始化你給一個很大的數組大小，那會白白浪費內存空間，如果給小了，后面數據個數增加了又添加不進去了。

　　很顯然，數組雖然插入快，但是查找和刪除都比較慢，而且擴展性差，所以我們一般不會用數組來存儲數據，那有沒有什么數據結構插入、查找、刪除都很快，而且還能動態擴展存儲個數大小呢，答案是有的，但是這是建立在很復雜的算法基礎上，后面我們也會詳細講解。

 

4、總結

　　本篇博客我們講解了數組的基本用法，以及用Java語言中的類實現了一個數組的數據結構，但是我們分析該數據結構，發現存在很多性能問題，后面會講解別的數據結構，看看那些數據結構是如何處理這些問題的。當然在講解數據結構之前，下篇博客我們會簡單的介紹幾種常用的排序算法。