Java程序設計基礎 課件 第4章 Java數組與字符串

第四章Java數組與字符串4.1數組4.2字符串本章小結

4.1數組

4.1.1數組的基本概念數組是一組類型相同、在內存中連續(xù)存放的數據集合。數組中的每個數據稱為一個數組元素，例如定義了一個具有10個元素的整數數組a，則內存中的情況如圖4-1所示。圖4-1數組示意圖

(1)?a數組有10個元素，每個元素都是一個int變量，在內存中地址連續(xù)。

(2)數組的元素使用數組下標元素符[]標識，下標索引i從0開始，到9結束，a[i]是a數組的第i+1個數組元素，i必須在0～n-1之間(n是a數組的長度)。如果i>=n或者i<0，在Java中都屬于越界行為，是不允許的，程序會終止運行并報異常。

(3)數組一旦定義長度n，就不可改變長度(數組的容量固定)。

4.1.2數組的定義與初始化

1.?C語言的數組情況

Java的數組與C語言的具有很多不同，首先來看一下C語言中對數組的定義，例如定義一個數組為“inta[5];”，內存如圖4-2所示。圖4-2C語言數組示意圖

C語言數組的語法規(guī)則：

(1)?a是數組名，代表了這個數組的首地址，是一個不可改變的量，不能對a進行賦值。

(2)“inta[5];”定義之后，就可以對a數組的各個元素進行賦值和運算了。

(3)可以在定義的時候整體賦值，即“inta[5]={1,2,3,4,5};”，而定義之后就只能夠對數組的單個元素進行賦值操作。

(4)?C語言對于數組的下標越界的處理態(tài)度是“后果自負”。

2.?Java的數組情況

Java的數組定義語句為

int[]a=newint[5];

(1)等號左邊定義了一個整數數組類型(int[]視為一個類型)的變量a。a是數組名，同時a的本質是一個引用變量，類似于一個能夠指向整數數組的指針變量。既然是變量，就可以對a進行賦值操作，讓它指向另外一個整數數組，即“a=b;”。

(2)等號右邊使用new在內存中分配了一段空間，即5*4→20字節(jié)，a就指向該內存空間的首地址。

(3)?Java在定義a數組的時候也可以使用花括號進行數組的初始化：

int[]b={1,2,3,4,5}; //根據花括號里面的值，b的長度為5

(4)整體賦值只能發(fā)生在定義的時候，定義語句之后就只能對b的單個元素進行賦值。

(5)該數組在內存中的情況與上述C語言的一致，如圖4-2所示。

3.棧內存與堆內存

Java中定義一個數組會在內存中兩個區(qū)域進行操作，一個區(qū)域是棧內存，保存了引用變量a；另一個區(qū)域是堆內存，保存了數組的實際元素集合，如圖4-3所示。

1)棧內存

當函數被調用時，函數進入棧內存空間，即函數得到分配的內存空間。棧內存空間具有棧的特性：先進后出，后進先出。main函數是程序入口，最先進棧，被壓入棧底；如果main函數調用fun函數，則fun函數進棧，壓在main函數上面；只有fun函數運行結束后出棧了，main函數才能繼續(xù)運行，直到運行結束后退棧(即釋放函數得到棧內存空間)。圖4-3Java數組內存示意圖

2)堆內存

在C語言中也有堆內存的概念。在標準C語言中，使用malloc等內存分配函數從堆內存中獲取內存空間，從堆中分配的內存需要程序員手動釋放，如果不釋放，而系統(tǒng)內存管理器又不自動回收這些內存空間，這樣很容易產生內存溢出的情況。

Java中同樣也有堆內存的概念，Java定義的對象、數組等存放在堆內存空間中。堆的優(yōu)勢是可以動態(tài)地分配內存大小，生存期也不必事先告訴編譯器，因為它是在運行時動態(tài)分配內存的。Java的堆內存是由Java的垃圾回收機制*來負責的，Java的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的數據，釋放內存。其缺點是由于要在運行時動態(tài)管理內存，需要消耗一定的資源，對程序速度有一定影響。

程序結果：

4.1.3數組遍歷

1.數組的遍歷

數組的遍歷即對數組的每個元素訪問一次，這是數組最常見的操作，一般是用for循環(huán)進行，采用三個表達式的形式，i從0開始步進變化到n-1。

程序結果：

程序示例4-3對程序示例4-1進行改造，將上述程序的功能寫成一個函數。

函數的功能是對傳入的整數數組找尋最大值及下標，由main函數初始化數組，將數組傳入該函數，調用該函數完成尋找最大值及下標的功能。我們都知道函數只能返回一個值，如何讓一個函數傳回兩個及以上的值給調用函數呢？方法是再將一個數組傳入該函數，作為結果數組，將函數找到的多個值賦值給該數組的多個元素即可，如圖4-4所示。

圖4-4數組作為函數參數

具體的內存示意圖如圖4-5所示，該圖是main函數調用fun函數的內存瞬時示意圖。圖4-4數組作為函數參數

程序結果：

2.?foreach語法

對數組進行遍歷，除了常規(guī)的for循環(huán)之外，還有一種較為簡潔的foreach寫法，例如要輸出a數組的數組元素，寫法如下：

4.1.4二維數組

Java對二維數組的處理方式是將二維數組看成多個一維數組的一維數組。這與C語言處理二維數組的方式是相同的，但是Java的二維數組可以是m行n列的矩陣形式，也可以是不規(guī)則的矩陣形式。

1.定義形式1

例如：

int[][]a=newint[4][5];

該形式定義了一個4行5列的二維數組，可以將這個二維數組(圖4-6)看成一個具有4個元素的一維數組，每個元素又是一個一維數組，每個一維數組具有5個元素。

a[0]、a[1]、a[2]、a[3]分別是這4個一維數組的數組名。

這樣的定義是兼容了C語言的二維數組定義方式，該語句被執(zhí)行，就得到了20個元素，如圖4-6所示。

圖4-6Java二維數組形式

2.定義形式2

定義的時候只說明有幾個一維數組，即說明有幾行，但是每行有幾列不說明，之后再對每個一維數組進行初始化，例如：

int[][]a=newint[4][];

a[0]=newint[4];

a[1]=newint[3];...

Java的這種處理方式，能定義出不規(guī)則的二維數組，如圖4-7所示。

圖4-7Java不規(guī)則二維數組

形成上述二維數組結構的程序段如下：

int[][]a=newint[4][];

a[0]=newint[4];

a[1]=newint[3];

a[2]=newint[5];

a[3]=newint[2];

3.二維數組的遍歷

對于二維數組的遍歷，與C語言類似，需要使用嵌套循環(huán)來完成，外層循環(huán)是對行進行遍歷，內存循環(huán)是對每行的各列進行遍歷。

程序結果：

程序結果：

4.1.5Arrays類

數組是程序設計中必不可少的數據結構。為了減輕Java程序員的工作量，對數組(主要是基本數據類型數組)的很多常用操作已經寫好并放在java.util包中的Arrays類的成員函數中了。該類的這些函數主要完成以下數組操作：

1．數組的排序

例如：

inta[]={2,5,3,8,4};

Arrays.sort(a);

說明：

(1)調用Arrays類中的靜態(tài)函數sort對a數組從小到大進行排序。

(2)只有升序排序，無降序排序。

2．數組元素的定位查找

例如：

intfind;

int[]a={2,3,4,5,8};

find=Arrays.binarySearch(a,8);

說明：

(1)對a數組進行二分查詢，查找8這個數字是否在a數組中出現。

(2)如果沒有出現，則返回-1；如果出現，則返回出現的下標。

(3)要求a數組有序才能進行二分查詢。

3．數組元素的顯示

例如：

int[]a={2,5,3,8,4};

StringaString=Arrays.toString(a);

System.out.println(aString);

說明：可以使用Arrays的toString方法快速顯示數組的全部內容，包括對二維數組也可以。

程序結果：

4.2字符串

4.2.1字符串基本概念字符串就是用雙引號括起來的一串字符，如字符串常量"HelloJava"。C語言中的字符串保存在字符數組中，如“chara[10]={"abcXY123"};”定義了一個10個元素的字符數組，用以保存"abcXY123"字符串常量，并以'\0'字符作為結束標記，其在內存中的示意圖如圖4-8所示。

圖4-8C語言數組在內存的示意圖

程序結果：

C語言對字符串的處理，主要使用的是string.h頭文件里的字符串處理函數；其次是對字符串數組遍歷，在遍歷過程中進行處理。標準C語言的字符串處理函數大概有20多個，常用的函數如表4-1所示。

對于程序示例4-7，Java只需要下列3句就完成了：

Strings="abcXY123";

s=s.toUpperCase();

System.out.println(s);

(1)定義一個字符串對象s，將"abcXY123"保存在s對象中。

(2)調用字符串對象的成員函數，將字符串中小寫字母全部轉換為大寫字母。

(3)輸出字符串對象的內容。

4.2.2String類

1．String類對象的初始化

String類對象的初始化主要有以下幾種方式：

(1)“Strings="abcXY123";”是最為常用且比較方便的定義及初始化字符串對象的方式，字符串對象s保存了"abcXY123"字符串字面值。

(2)從char數組構建出String類對象。

(3)從byte數組構建出String類對象。

(4)從另外一個String類對象構建出String類對象。

程序結果：

2．String類對象的成員函數

String類對象具有很多成員函數，使用這些成員函數能夠很方便地完成各種字符串處理操作。常用的成員函數如表4-2所示(其它沒在表里的函數請查閱JDK幫助文檔)。

程序示例4-9從鍵盤輸入一個字符串給s2，判斷該字符串在指定字符串s1中是否出現，如果出現，計算次數。

算法分析：判斷子字符串的函數，通過查詢幫助文檔，發(fā)現可以使用indexOf這個函數。對于子字符串，該函數有兩種形式。

①?intindexOf(String

str)：返回指定子字符串在此字符串中第一次出現處的索引。

②?intindexOf(String

str,int

fromIndex)：返回指定子字符串在此字符串中第一次出現處的索引，從指定的索引開始。

程序結果：

3．字符串處理示例

1)字符串比較

程序結果：

程序分析：

(1)使用“==”比較的是String類型引用變量的值，引用變量保存的是地址，類似于指針變量，所以“==”比較的實際上是地址；而使用equals函數比較的是字符串的內容。

(2)?s1、s2使用new在堆內存中生成的String類對象，不管內容如何，地址肯定不一樣。

(3)從程序結果可以看出來只有s3和s4是相等的，說明s3和s4指向的是同一個地址，如圖4-9所示。圖4-9字符串常量池

2)字符串的篩選

程序示例4-11從鍵盤輸入一個字符串給s2，將s2中的數字字符連接到s1后面。

程序結果：

4.2.3StringBuffer和StringBuilder類

上一節(jié)的程序中有“s1=s1+c;”這樣的字符串拼接操作，一定要注意Java的這個知識點，即字符串是不可變的字符串序列，任何對字符串的修改都會產生新的字符串，然后原字符串引用變量再指向新的字符串。字符串修改包括插入字符、字符串連接、刪除字符等操作。如果對String類對象頻繁使用修改操作就會在內存中出現每次修改后的新字符串，這樣會導致內存消耗增加，并且效率很低。Java提供了StringBuffer和StringBuilder類兩個類來解決該問題，它們可以看成是String類的補充。

StringBuffer和StringBuilder類提供的方法基本相同，主要是append和insert方法，對字符串進行添加和插入操作。StringBuilder類作為可變的字符序列是5.0版新增的，被設計用作StringBuffer的一個簡易替換；此類提供一個與StringBuffer兼容的API，但不保證同步，在字符串緩沖區(qū)被單個線程使用的時候使用(這種情況很普遍)；建議優(yōu)先采用該類，因為在大多數實現中，它比StringBuffer效率要高。

程序結果：

程序分析：

(1)語句“String[]st=s.split("-");”使用“-”對s字符串進行分隔，形成字符串數組返回給st，st里的字符串元素為[adaf,