Массивы в Java

Представьте себе ячейки в камере хранения. Каждая имеет свой номер, и в каждой хранится какой-то объект “Багаж”. Или винная карта, в которой все виды вина пронумерованы и когда вы делаете заказ, вам достаточно назвать номер напитка. Или список студентов группы, в котором в первой ячейке будет записан студент “Андреев”, а в последней — “Яковлев”. Или список пассажиров самолёта, за каждым из которых закреплено место с определённым номером. В Java чтобы работать с подобными структурами, то есть множеством однородных данных, часто используют массивы в Java.

Что такое массив?

Массив — это структура данных, в которой хранятся элементы одного типа. Его можно представить, как набор пронумерованных ячеек, в каждую из которых можно поместить какие-то данные (один элемент данных в одну ячейку). Доступ к конкретной ячейке осуществляется через её номер. Номер элемента в массиве также называют индексом. В случае с Java массив однороден, то есть во всех его ячейках будут храниться элементы одного типа. Так, массив целых чисел содержит только целые числа (например, типа int), массив строк — только строки, массив из элементов созданного нами класса Dog будет содержать только объекты Dog. То есть в Java мы не можем поместить в первую ячейку массива целое число, во вторую String, а в третью — “собаку”.

Объявление массива

Как объявить массив?

Как и любую переменную, массив в Java нужно объявить. Сделать это можно одним из двух способов. Они равноправны, но первый из них лучше соответствует стилю Java. Второй же — наследие языка Си (многие Си-программисты переходили на Java, и для их удобства был оставлен и альтернативный способ). В таблице приведены оба способа объявления массива в Java: В обоих случаях dataType — тип переменных в массиве. В примерах мы объявили два массива. В одном будут храниться целые числа типа int, в другом — объекты типа Object. Таким образом при объявлении массива у него появляется имя и тип (тип переменных массива). arrayName — это имя массива.

Создание массива

Как создать массив?

Как и любой другой объект, создать массив Java, то есть зарезервировать под него место в памяти, можно с помощью оператора new. Делается это так:

new typeOfArray [length]; 

Где typeOfArray — это тип массива, а length — его длина (то есть, количество ячеек), выраженная в целых числах (int). Однако здесь мы только выделили память под массив, но не связали созданный массив ни с какой объявленной ранее переменной. Обычно массив сначала объявляют, а потом создают, например:

int[] myArray; // объявление массива
myArray = new int[10]; // создание, то есть, выделение памяти для массива на 10 элементов типа int

Здесь мы объявили массив целых чисел по имени myArray, а затем сообщили, что он состоит из 10 ячеек (в каждой из которых будет храниться какое-то целое число). Однако гораздо чаще массив создают сразу после объявления с помощью такого сокращённого синтаксиса:

int[] myArray = new int[10]; // объявление и выделение памяти “в одном флаконе”

Обратите внимание: После создания массива с помощью new, в его ячейках записаны значения по умолчанию. Для численных типов (как в нашем примере) это будет 0, для boolean — false, для ссылочных типов — null. Таким образом после операции

int[] myArray = new int[10];

мы получаем массив из десяти целых чисел, и, пока это не изменится в ходе программы, в каждой ячейке записан 0.

Длина массива в Java

Как мы уже говорили выше, длина массива — это количество элементов, под которое рассчитан массив. Длину массива нельзя изменить после его создания. Обратите внимание: в Java элементы массива нумеруются с нуля. То есть, если у нас есть массив на 10 элементов, то первый элемент массива будет иметь индекс 0, а последний — 9. Получить доступ к длине массива можно с помощью переменной length. Пример:

int[] myArray = new int[10]; // создали массив целых чисел на 10 элементов и присвоили ему имя myArray
System.out.println(myArray.length); // вывели в консоль длину массива, то есть количество элементов, которые мы можем поместить в массив

Вывод программы:

Инициализация массива и доступ к его элементам

Как создать массив в Java уже понятно. После этой процедуры мы получаем не пустой массив, а массив, заполненный значениями по умолчанию. Например, в случае int это будут 0, а если у нас массив с данными ссылочного типа, то по умолчанию в каждой ячейке записаны null. Получаем доступ к элементу массива (то есть записываем в него значение или выводим его на экран или проделываем с ним какую-либо операцию) мы по его индексу. Инициализация массива — это заполнение его конкретными данными (не по умолчанию). Пример: давайте создадим массив из 4 сезонов и заполним его строковыми значениями — названиями этих сезонов.

String[] seasons  = new String[4]; /* объявили и создали массив. Java выделила память под массив из 4 строк, и сейчас в каждой ячейке записано значение null (поскольку строка — ссылочный тип)*/ 

seasons[0] = "Winter"; /* в первую ячейку, то есть, в ячейку с нулевым номером мы записали строку Winter. Тут мы получаем доступ к нулевому элементу массива и записываем туда конкретное значение  */ 
seasons[1] = "Spring"; // проделываем ту же процедуру с ячейкой номер 1 (второй)
seasons[2] = "Summer"; // ...номер 2
seasons[3] = "Autumn"; // и с последней, номер 3

Теперь во всех четырёх ячейках нашего массива записаны названия сезонов. Инициализацию также можно провести по-другому, совместив с инициализацией и объявлением:

String[] seasons  = new String[] {"Winter", "Spring", "Summer", "Autumn"};

Более того, оператор new можно опустить:

String[] seasons  = {"Winter", "Spring", "Summer", "Autumn"};

Как вывести массив в Java на экран?

Вывести элементы массива на экран (то есть, в консоль) можно, например, с помощью цикла for. Ещё один, более короткий способ вывода массива на экран будет рассмотрен в пункте “Полезные методы для работы с массивами", ниже. А пока рассмотрим пример с циклическим выводом массива:

String[] seasons  = new String[] {"Winter", "Spring", "Summer", "Autumn"}; 
for (int i = 0; i < 4; i++) {
System.out.println(seasons[i]); 
}

В результате программа выведет следующий результат:

Одномерные и многомерные Java массивы

А что, если мы захотим создать не массив чисел, массив строк или массив каких-то объектов, а массив массивов? Java позволяет это сделать. Уже привычный нам массив int[] myArray = new int[8] — так называемый одномерный массив. А массив массивов называется двумерным. Он похож на таблицу, у которой есть номер строки и номер столбца. Или, если вы учили начала линейной алгебры, — на матрицу. Для чего нужны такие массивы? В частности, для программирования тех же матриц и таблиц, а также объектов, напоминающих их по структуре. Например, игровое поле для шахмат можно задать массивом 8х8. Многомерный массив объявляется и создается следующим образом:

int[][] myTwoDimentionalArray = new int [8][8];

В этом массиве ровно 64 элемента: myTwoDimentionalArray[0][0], myTwoDimentionalArray[0][1], myTwoDimentionalArray[1][0], myTwoDimentionalArray[1][1] и так далее вплоть до myTwoDimentionalArray[7][7]. Так что если мы с его помощью представим шахматную доску, то клетку А1 будет представлять myTwoDimentionalArray[0][0], а E2 — myTwoDimentionalArray[4][1]. Где два, там и три. В Java можно задать массив массивов… массив массивов массивов и так далее. Правда, трёхмерные и более массивы используются очень редко. Тем не менее, с помощью трёхмерного массива можно запрограммировать, например, кубик Рубика.

Полезные методы для работы с массивами

Для работы с массивами в Java есть класс java.util.Arrays (arrays на английском и означает “массивы”). В целом с массивами чаще всего проделывают следующие операции: заполнение элементами (инициализация), извлечение элемента (по номеру), сортировка и поиск. Поиск и сортировка массивов — тема отдельная. С одной стороны очень полезно потренироваться и написать несколько алгоритмов поиска и сортировки самостоятельно. С другой стороны, все лучшие способы уже написаны и включены в библиотеки Java, и ими можно законно пользоваться. Вот три полезных метода этого класса

Сортировка массива

Метод void sort(int[] myArray, int fromIndex, int toIndex) сортирует массив целых чисел или его подмассив по возрастанию.

Поиск в массиве нужного элемента

int binarySearch(int[] myArray, int fromIndex, int toIndex, int key). Этот метод ищет элемент key в уже отсортированном массиве myArray или подмассиве, начиная с fromIndex и до toIndex. Если элемент найден, метод возвращает его индекс, если нет - (-fromIndex)-1.

Преобразование массива к строке

Метод String toString(int[] myArray) преобразовывает массив к строке. Дело в том, что в Java массивы не переопределяют toString(). Это значит, что если вы попытаетесь вывести целый массив (а не по элементам, как в пункте “Вывод массива на экран”) на экран непосредственно (System.out.println(myArray)), вы получите имя класса и шестнадцатеричный хэш-код массива (это определено Object.toString()). Если вы — новичок, вам, возможно, непонятно пояснение к методу toString. На первом этапе это и не нужно, зато с помощью этого метода упрощается вывод массива. Java позволяет легко выводить массив на экран без использования цикла. Об этом — в примере ниже.

Пример на sort, binarySearch и toString

Давайте создадим массив целых чисел, выведем его на экран с помощью toString, отсортируем с помощью метода sort и найдём в нём какое-то число.

class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1, 5, 4, 3, 7}; //объявляем и инициализируем массив
        System.out.println(array);//пытаемся вывести наш массив на экран без метода toString - получаем 16-ричное число
        System.out.println(Arrays.toString(array));//печатаем массив "правильно" 
        Arrays.sort(array, 0, 4); //сортируем весь массив от нулевого до четвёртого члена
        System.out.println(Arrays.toString(array));//выводим отсортированный массив на экран
        int key = Arrays.binarySearch(array, 5); // ищем key - число 5 в отсортированном массиве. 
        //метод binarySearch выдаст индекс элемента остортированного массива, в котором "спрятано" искомое число
        System.out.println(key);//распечатываем индекс искомого числа 
System.out.println(Arrays.binarySearch(array, 0));//а теперь попробуем найти число, которого в массиве нет, 
        // и сразу же выведем результат на экран

    }
}

Вывод программы: В первой строке — попытка вывода на экран массива без toString, во второй — вывод массива посредством toString, в третьей выведен отсортированный массив, в четвёртой — индекс искомого числа 5 в отсортированном массиве (помните, что считаем с нуля, поэтому четвёртый элемент массива имеет индекс 3). В пятой строке видим значение -1. Такого индекса у массива не бывает. Вывод сигнализирует о том, что искомого элемента (в данном случае, 0) в массиве нет.

Главное о массивах

• Главные характеристики массива: тип помещённых в него данных, имя и длина.
  Последнее решается при инициализации (выделении памяти под массив), первые два параметра определяются при объявлении массива.

• Размер массива (количество ячеек) нужно определять в int

• Изменить длину массива после его создания нельзя.

• Доступ к элементу массива можно получить по его индексу.

• В массивах, как и везде в Java, элементы нумеруются с нуля.

• После процедуры создания массива он наполнен значениями по умолчанию.

• Массивы в языке Java устроены не так, как в C++. Они почти совпадают с указателями на динамические массивы.

Полезные материалы о массивах

Хотите знать больше о массивах? Обратите внимание на статьи ниже. Там много интересного и полезного по этой теме.

1. Кое-что о массивах — хорошая подробная статья о массивах

2. Класс Arrays и его использование — в статье описаны некоторые методы класса Array

3. Многомерные массивы — подробная статья о многомерных массивах с примерами.

4. Возвращайте массив нулевой длины, а не null — автор “Эффекктивного программирования” Джошуа Блох рассказывает о том, как лучше возвращать пустые массивы