Массивы Java: создание, заполнение, сортировка, удаление

Java Array — это набор переменных одного типа. Например, массив int представляет собой набор переменных типа int, упорядоченных и имеющих свой индекс. Вот иллюстрация массивов Java:

Объявление массива

Переменная массива Java объявляется точно так же, как и переменная нужного типа, за исключением добавления [] после типа. Вот простой пример объявления:

int[] intArray;

Вы можете использовать массив в качестве поля, статического поля, локальной переменной или параметра, как и любую другую переменную. Ведь это просто вариация типа данных. Вместо того, чтобы быть единственной переменной этого типа, это набор переменных этого типа.

Вот еще несколько примеров объявления:

String[]  stringArray;

MyClass[] myClassArray;

Первая строка объявляет массив ссылок String. Во второй строке объявляется массив ссылок на объекты класса MyClass, созданного пользователем.

У вас есть выбор места для квадратных скобок []. Первое вы уже видели, второе находится после имени переменной. Следующие объявления равнозначные:

int[] intArray;
int   intArray[];

String[] stringArray;
String   stringArray[];

MyClass[] myClassArray;
MyClass   myClassArray[];

Лучше указывать квадратные скобки [] после типа данных (например, String []), тогда код легче читать.

Создание

Когда вы объявляете переменную массива, вы объявляете только переменную (ссылку) на сам массив, но не создаете его. Процесс создания:

int[] intArray;

intArray = new int[10];

В этом примере создается массив типа int с пространством для 10 переменных int внутри.

Предыдущий пример создал массив int, который является примитивным типом данных. Возможно создать массив ссылок на объекты. Например:

String[] stringArray = new String[10];

Java позволяет создавать массив ссылок на любой тип объекта (на экземпляры любого класса).

Литералы

Язык программирования Java содержит ярлык для создания экземпляров массивов примитивных типов и строк. Если вы уже знаете, какие значения вставлять в массив, вы можете использовать литерал массива. Вот он как выглядит в коде Java:

int[]   ints2 = new int[]{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };

Обратите внимание, как значения, которые будут вставлены в массив, перечислены внутри блока {…}. Длина этого списка также определяет длину созданного массива.

Не нужно писать новую часть int [] в последних версиях Java. Достаточно:

int[]   ints2 = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };

Стиль работает для массивов всех примитивных типов, а также массивов строк. Вот пример строкового массива:

 String[] strings = {"one", "two", "three"};

Длина не может быть изменена

После создания массива его размер не может быть изменен. В некоторых языках программирования (например, JavaScript) это возможно. Если вам нужна структура данных, похожая на массив, которая может изменить свой размер, вы должны использовать List или создать массив с изменяемым размером. В некоторых случаях допустимо использовать Java RingBuffer, который, кстати, реализован с использованием массива внутри.

Доступ к элементам

Каждая переменная в массиве также называется «элементом». Таким образом, в примере, показанном ранее, был создан массив с пространством для 10 элементов, и каждый элемент является переменной типа int.

Вы можете получить доступ к каждому элементу в массиве через его индекс. Вот пример:

intArray[0] = 0;

int firstInt = intArray[0];

В этом примере сначала устанавливается значение элемента (int) с индексом 0, а во-вторых, он считывает значение элемента с индексом 0 в переменную int.

Вы можете использовать элементы в массиве так же, как если бы они были обычными переменными:

• читать их значения;
• присваивать им значения;
• использовать в вычислениях;
• передавать конкретные элементы в качестве параметров для вызовов методов.

Индексы элементов в массиве всегда начинаются с 0 и продолжаются до номера 1 ниже размера массива. Таким образом, в приведенном выше примере с массивом из 10 элементов индексы идут от 0 до 9.

Как получить длину?

Организация доступа к длине массива через его поле длины:

int[] intArray = new int[10];

int arrayLength = intArray.length;

В этом примере переменная с именем arrayLength будет содержать значение 10 после выполнения второй строки кода.

Итерация

Как перебрать все элементы массива, используя цикл Java for:

String[] stringArray = new String[10];

for(int i=0; i < stringArray.length; i++) {
    stringArray[i] = "String no " + i;
}

for(int i=0; i < stringArray.length; i++) {
    System.out.println( stringArray[i] );
}

В этом примере:

1. Сначала создается массив ссылок String. Когда  впервые создаете массив ссылок на объекты, каждая из ячеек в массиве указывает на ноль, а не на объект.
2. Первый из двух циклов for выполняет итерацию по массиву String, создает строку и делает ссылку на ячейку этой строкой.
3. Второй из двух циклов for перебирает массив String и печатает все строки, на которые ссылаются ячейки.

Если бы это был массив int (примитивные значения), он мог бы выглядеть так:

int[] intArray = new int[10];

for(int i=0; i < intArray.length; i++) {
    intArray[i] = i;
}

for(int i=0; i < intArray.length; i++) {
    System.out.println( intArray[i] );
}

Переменная i инициализируется равной 0 и работает до длины массива минус 1. В этом случае i принимает значения от 0 до 9, каждый раз повторяя код внутри цикла for один раз, и для каждой итерации i имеет другое значение.

Как перебрать массив с помощью цикла «for-each» в Java. Вот как это выглядит:

int[] intArray = new int[10];

for(int theInt : intArray) {
    System.out.println(theInt);
}

Цикл for-each дает вам доступ к каждому элементу в массиве по одному, но не информацию об индексе каждого элемента. Есть доступ только к значению. Изменить значение элемента в этой позиции невозможно. Если это нужно, используйте обычный цикл for, как показано ранее.

Цикл for-each также работает с массивами объектов. Вот пример, как выполнить итерацию массива объектов String:

String[] stringArray = {"one", "two", "three"};

for(String theString : stringArray) {
    System.out.println(theString);
}

Многомерные массивы

Приведенные выше примеры — все созданные массивы с одним измерением, то есть элементы с индексами, начиная с 0 и выше. Однако возможно создать массивы, в которых каждый элемент имеет два или более индексов. Они идентифицируют (размещают) его в массиве.

Вы создаете многомерный массив в Java, добавляя один набор квадратных скобок ([]) к измерению, которое хотите добавить. Вот пример, который создает двумерный массив:

int[][] intArray = new int[10][20];

В этом примере создается двумерный массив элементов int. Он содержит 10 элементов в первом измерении и 20 во втором. Другими словами, массив массивов имеет пространство для 10 массивов int, а каждый массив int имеет пространство для 20 элементов int.

Для получения доступа к элементам в многомерном массиве с одним индексом на измерение нужно использовать два индекса. Вот пример:

int[][] intArray = new int[10][20];

intArray[0][2] = 129;

int oneInt = intArray[0][2];

Переменная с именем oneInt будет содержать значение 129 после выполнения последней строки кода Java.

Итерация многомерных

При итерации многомерного массива, нужно выполнять итерацию каждого измерения массива отдельно:

int[][] intArray = new int[10][20];

for(int i=0; i < intArrays.length; i++){
    for(int j=0; j < intArrays[i].length; j++){
        System.out.println("i: " + i + ", j: " + j);
    }
}

Вставка элементов

Как вставить новое значение в массив в Java:

int[] ints   = new int[20];

int insertIndex = 10;
int newValue    = 123;

//move elements below insertion point.
for(int i=ints.length-1; i > insertIndex; i--){
    ints[i] = ints[i-1];
}

//insert new value
ints[insertIndex] = newValue;

System.out.println(Arrays.toString(ints));

В примере:

1. Создается массив.
2. Он определяет индекс вставки и новое значение для вставки.
3. Все элементы от индекса вставки и до конца массива сдвигаются на один индекс вниз в массиве.

Обратите внимание, что это сместит последнее значение в массиве из массива(оно будет просто удалено).

Приведенный выше код вставки массива может быть встроен в метод:

public void insertIntoArray(
        int[] array, int insertIndex, int newValue){

    //move elements below insertion point.
    for(int i=array.length-1; i > insertIndex; i--){
        array[i] = array[i-1];
    }

    //insert new value
    array[insertIndex] = newValue;
}

Этот метод принимает массив int[] в качестве параметра, а также индекс для вставки нового значения и нового значения. Вставка элементов в массив, вызвав этот метод следующим образом:

int[] ints   = new int[20];

insertIntoArray(ints, 0, 10);
insertIntoArray(ints, 1, 23);
insertIntoArray(ints, 9, 67);

Конечно, если метод insertIntoArray() находится в другом классе, нежели приведенный выше код, потребуется объект этого класса, чтобы вызывать метод. Если метод insertIntoArray() был статическим, нужно поместить имя класса и точку перед именем метода.

Удаление элементов

Код для удаления элемента из массива:

int[] ints   = new int[20];

ints[10] = 123;

int removeIndex = 10;

for(int i = removeIndex; i < ints.length -1; i++){
    ints[i] = ints[i + 1];
}

В этом примере сначала создается массив int. Затем он устанавливает значение элемента с индексом 10 равным 123. Потом пример удаляет элемент с индексом 10, перемещая все элементы ниже индекса 10 на одну позицию вверх в массиве. После удаления последний элемент в массиве будет существовать дважды. И в последнем, и во втором последнем элементе.

Приведенный выше код может быть встроен в метод. Вот как мог бы выглядеть такой Java-метод удаления массива:

public void removeFromArray(
    int[] array, int removeIndex){

    for(int i = removeIndex; i < array.length -1; i++){
        array[i] = array[i + 1];
    }
}

Метод removeFromArray() принимает два параметра: массив для удаления элемента и индекс удаляемого элемента.

Конечно, если метод removeFromArray() находится в другом классе, нежели приведенный выше код, вам потребуется объект этого класса, чтобы вызывать метод. Или, если метод removeFromArray() был статическим, вам нужно поместить имя класса и точку перед именем метода.

Нахождение минимального и максимального значения в массивах

В Java нет встроенных функций для поиска минимального и максимального значения, поэтому нужно сделать это самостоятельно.

Как находить минимальное значение в массиве:

int[] ints = {0,2,4,6,8,10};

int minVal = Integer.MAX_VALUE;

for(int i=0; i < ints.length; i++){
    if(ints[i] < minVal){
        minVal = ints[i];
    }
}

System.out.println("minVal = " + minVal);

Вначале в примере для minVal устанавливается значение Integer.MAX_VALUE. Оно является максимально возможным значением, которое может принимать int. Это сделано для того, чтобы убедиться, что начальное значение не случайно меньше, чем наименьшее значение в массиве.

Во-вторых, пример перебирает массив и сравнивает каждое значение с minValue. Если элемент в массиве меньше minVal, тогда minVal устанавливается в значение элемента.

Наконец, минимальное значение, найденное в массиве, распечатывается. В приведенном выше примере минимальное значение равно 0.

Как найти максимальное значение:

int[] ints = {0,2,4,6,8,10};

int maxVal = Integer.MIN_VALUE;
for(int i=0; i < ints.length; i++){
    if(ints[i] > maxVal){
        maxVal = ints[i];
    }
}
System.out.println("maxVal = " + maxVal);

В этом примере будет распечатано значение 10.

Основными отличиями в нахождении минимального значения являются инициализация maxVal и сравнение maxVal с элементами в массиве.

Класс

Java содержит специальный служебный класс, который облегчает выполнение многих часто используемых операций с массивами, таких как копирование и сортировка массивов, заполнение данных, поиск в массивах и т. д. Называется Arrays и находится в стандартном пакете Java.Util. Таким образом, полное имя класса:

java.util.Arrays

Чтобы использовать java.util.Arrays в ваших классах, вы должны импортировать его:

package myjavaapp;

import java.util.Arrays;

public class MyClass{

    public static void main(String[] args) {

    }
}

Копирование

Возможно несколькими способами.

Копирование массива путем итерации массива

Первый способ — это перебрать массив и скопировать каждое значение исходного массива в целевой массив. Вот как выглядит копирование массива с использованием этого метода:

int[] source = new int[10];
int[] dest   = new int[10];

for(int i=0; i < source.length; i++) {
    source[i] = i;
}

for(int i=0; i < source.length; i++) {
    dest[i] = source[i];
}

Первые два массива int созданы. Во-вторых, исходный массив инициализируется значениями от 0 до 9 (от 0 до длины массива минус 1). В-третьих, каждый элемент в исходном массиве копируется в целевой массив.

Копирование с помощью Arrays.copyOf()

Вот как выглядит копирование массива:

int[] source = new int[10];

for(int i=0; i < source.length; i++) {
    source[i] = i;
}

int[] dest = Arrays.copyOf(source, source.length);

Метод Arrays.copyOf() принимает 2 параметра. Первый — это массив для копирования. Второй — это длина нового массива — можно использовать для указания количества копируемых элементов из исходного массива.

Копирование с использованием Arrays.copyOfRange()

Метод Arrays.copyOfRange() копирует диапазон массива, не обязательно полный массив. Процесс копирования с ним:

int[] source = new int[10];

for(int i=0; i < source.length; i++) {
    source[i] = i;
}

int[] dest = Arrays.copyOfRange(source, 0, source.length);

Метод Arrays.copyOfRange() принимает 3 параметра. Первый — это массив для копирования. Второй  — это первый индекс в исходном массиве, который нужно включить в копию. Третий  — это последний индекс в исходном массиве, который будет включен в копию (исключено — поэтому передача 10 будет копировать до и включая индекс 9).

Преобразование массивов в строки с помощью Arrays.toString()

Вы можете преобразовать массив примитивных типов в строку:

int[]   ints = new int[10];

for(int i=0; i < ints.length; i++){
    ints[i] = 10 - i;
}

System.out.println(java.util.Arrays.toString(ints));

Первая строка создает массив int с 10 элементами. Цикл for инициализирует массив значениями от 10 до 1. В последней строке выводится значение, возвращаемое из Arrays.toString(). Возвращенная строка (которая печатается) выглядит так:

[10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1]

Сортировка

Вы можете отсортировать элементы массива с помощью метода Arrays.sort() в соответствии с порядком их сортировки:

int[]   ints = new int[10];

for(int i=0; i < ints.length; i++){
    ints[i] = 10 - i;
}

System.out.println(java.util.Arrays.toString(ints));

java.util.Arrays.sort(ints);

System.out.println(java.util.Arrays.toString(ints));

Первая строка объявляет и создает экземпляр массива int длиной 10. Цикл for перебирает массив и вставляет значения в каждый элемент. Введенные значения будут идти от 10 до 1 в порядке убывания.

После цикла for массив преобразуется в строку с помощью Arrays.toString() и выводится на консоль (командная строка). Выход:

[10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1]

Затем массив сортируется с помощью Arrays.sort(). Элементы теперь будут упорядочены в порядке возрастания.

После сортировки массива он снова преобразуется в строку и выводится на консоль. Вывод:

[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

Сортировка объектов

Показанный ранее пример Arrays.sort() работает только для массивов примитивных типов данных, которые имеют порядок:

• естественный;
• числовой;
• символьный в таблице ASCII (двоичное число, представляющее символ).

У объектов может не быть естественного порядка сортировки, поэтому вам нужно предоставить другой объект, который может определять порядок ваших объектов. Такой объект называется компаратором — это интерфейс.

Вот первый класс для объектов, которые мы хотим отсортировать:

private static class Employee{
    public String name;
    public int    employeeId;

    public Employee(String name, int employeeId){
        this.name       = name;
        this.employeeId = employeeId;
    }
}

Класс Employee — это простая модель сотрудника, у которого есть имя и идентификатор. Вы можете отсортировать массив объектов Employee по имени или по идентификатору сотрудника.

Вот первый пример сортировки массива объектов Employee по их имени с помощью метода Arrays.sort():

Employee[] employeeArray = new Employee[3];

employeeArray[0] = new Employee("Xander", 1);
employeeArray[1] = new Employee("John"  , 3);
employeeArray[2] = new Employee("Anna"  , 2);

java.util.Arrays.sort(employeeArray, new Comparator() {
    @Override
    public int compare(Employee e1, Employee e2) {
        return e1.name.compareTo(e2.name);
    }
});


for(int i=0; i < employeeArray.length; i++) {
    System.out.println(employeeArray[i].name);
}

1. Сначала объявляется массив.
2. Три объекта Employee создаются и вставляются в массив.
3. Метод Arrays.sort() вызывается для сортировки массива. В качестве параметра передаем массив employee и реализацию Comparator, которая может определять порядок объектов Employee. Это создает анонимную реализацию интерфейса Comparator.

В примере важно уловить реализацию метода compare() анонимной внутренней реализации интерфейса Comparator. Этот метод возвращает:

• положительное число, если первый объект «больше»(позже в порядке сортировки), чем второй объект;
• 0 — они «равны»(в порядке сортировки);
• отрицательное число, если первый объект «меньше» (ранее в порядке сортировки), чем второй объект.

В приведенном выше примере мы просто вызываем метод String.compare(), который выполняет для нас сравнение (сравнивает имена сотрудников).

После сортировки массива мы перебираем его и выводим имена сотрудников. Вывод:

Anna
John
Xander

Обратите внимание, как порядок был изменен по сравнению с порядком, в котором они были первоначально вставлены в массив.

Сортировка объектов Employee по их идентификатору сотрудника на основании предыдущего примера с измененной реализацией метода compare() анонимной реализации интерфейса Comparator:

Employee[] employeeArray = new Employee[3];

employeeArray[0] = new Employee("Xander", 1);
employeeArray[1] = new Employee("John"  , 3);
employeeArray[2] = new Employee("Anna"  , 2);

java.util.Arrays.sort(employeeArray, new Comparator() {
    @Override
    public int compare(Employee e1, Employee e2) {
        return e1.employeeId - e2.employeeId;
    }
});

for(int i=0; i < employeeArray.length; i++) {
    System.out.println(employeeArray[i].name);
}

Обратите внимание, как метод compare() возвращает разницу между идентификаторами сотрудников, вычитая одно из другого. Это самый простой способ определить естественный порядок числовых переменных.

Вывод:

Xander
Anna
John

Чтобы сравнить объекты Employee в массиве сначала по их имени, а если оно совпадает, то по их идентификатору сотрудника, реализация compare():

java.util.Arrays.sort(employeeArray, new Comparator() {
    @Override
    public int compare(Employee e1, Employee e2) {
        int nameDiff = e1.name.compareTo(e2.name);
        if(nameDiff != 0) { return nameDiff; }
    
        return e1.employeeId - e2.employeeId;
    }
});

Заполнение Arrays.fill()

Класс Arrays имеет набор методов с именем fill(), которые могут заполнять массив заданным значением. Это проще, чем перебирать массив и вставлять значение самостоятельно. Вот пример использования Arrays.fill() для заполнения массива int:

int[] intArray = new int[10];

Arrays.fill(intArray, 123);

System.out.println(Arrays.toString(intArray));

В этом примере создается массив int и заполняется значение 123 во всех элементах массива. Последняя строка примера преобразует массив в строку и выводит его на консоль:

[123, 123, 123, 123, 123, 123, 123, 123, 123, 123]

Существует версия метода Arrays.fill(), которая принимает значения from и to index, поэтому только элементы с индексами в этом интервале заполняются заданным значением:

int[] intArray = new int[10];

Arrays.fill(ints2, 3, 5, 123) ;

System.out.println(Arrays.toString(intArray));

Этот пример заполняет только те элементы, которые имеют индексы 3 и 4(от 3 до 5 без 5) значением 123. Вывод:

0, 0, 0, 123, 123, 0, 0, 0, 0, 0]

Поиск с помощью Arrays.binarySearch()

Класс Arrays содержит набор методов с именем binarySearch(). Этот метод поможет вам выполнить бинарный поиск в массиве. Сначала массив должен быть отсортирован. Вы можете сделать это самостоятельно или с помощью метода Arrays.sort(), описанного ранее в этом тексте. Вот пример:

int[] ints = {0,2,4,6,8,10};

int index = Arrays.binarySearch(ints, 6);

System.out.println(index);

Вторая строка этого примера ищет в массиве значение 6. Метод binarySearch() возвращает индекс в массиве, в котором был найден элемент. В приведенном выше примере метод binarySearch() вернет 3.

Если в массиве существует более одного элемента с искомым значением, нет гарантии, какой элемент будет найден.

Если элемент с данным значением не найден, будет возвращено отрицательное число. Отрицательным числом будет индекс, по которому будет вставлен искомый элемент, а затем минус один. Посмотрите на этот пример:

int[] ints = {0,2,4,6,8,10};

int index = Arrays.binarySearch(ints, 7);

System.out.println(index);

Число 7 не найдено в массиве. Номер 7 должен был быть вставлен в массив по индексу 4, если 7 должен был быть вставлен в массив (и порядок сортировки сохранен). Следовательно, binarySearch() возвращает -4 — 1 = -5.

Если все элементы в массиве меньше искомого значения, то двоичная Search() вернет — длина массива — 1. Посмотрите на этот пример:

int[] ints = {0,2,4,6,8,10};

int index = Arrays.binarySearch(ints, 12);

System.out.println(index);

В этом примере мы ищем 12 в массиве, но все элементы в массиве меньше 12. Поэтому binarySearch() вернет -length(-6) — 1 = -6 -1 = -7.

Метод Arrays.binarySearch() для поиска части массива. Вот как это выглядит:

int[] ints = {0,2,4,6,8,10};

int index = Arrays.binarySearch(ints, 0, 4, 2);

System.out.println(index);

В этом примере выполняется поиск в массиве значения 2, но только между индексами 0 и 4 (без 4).

Эта версия binarySearch() работает так же, как и другая версия, за исключением случаев:

• Если не найдено ни одного элемента, совпадающего в пределах интервала индекса, то все равно вернется индекс того места, где должно было быть вставлено значение.
• Если все значения в интервале меньше искомого значения, вернется -toIndex -1, а не -array length — 1.

Таким образом, этот пример:

int[] ints = {0,2,4,6,8,10};

int index = Arrays.binarySearch(ints, 0, 4, 12);

вернет -5, а не -7, как в двоичном поиске (целых, 12).

Проверка, равны ли массивы Arrays.equals()

Класс java.util.Arrays содержит набор методов, называемых equals(), которые можно использовать для проверки, равны ли два массива. Два массива считаются равными, если имеют одинаковую длину, а элементы равны друг другу в порядке их нахождения в массиве. Пример:

int[] ints1 = {0,2,4,6,8,10};
int[] ints2 = {0,2,4,6,8,10};
int[] ints3 = {10,8,6,4,2,0};

boolean ints1EqualsInts2 = Arrays.equals(ints1, ints2);
boolean ints1EqualsInts3 = Arrays.equals(ints1, ints3);

System.out.println(ints1EqualsInts2);
System.out.println(ints1EqualsInts3);

В этом примере сравнивается массив ints1 с массивами ints2 и ints3. Первое сравнение приведет к значению true, поскольку ints1 и ints2 содержат одинаковые элементы в одинаковом порядке. Второе сравнение приведет к значению false. Массив ints1 содержит те же элементы, что и ints3, но не в том же порядке. Поэтому два массива не считаются равными.