Java程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課件 第4章 Java數(shù)組與字符串

第四章Java數(shù)組與字符串4.1數(shù)組4.2字符串本章小結(jié)

4.1數(shù)組

4.1.1數(shù)組的基本概念數(shù)組是一組類型相同、在內(nèi)存中連續(xù)存放的數(shù)據(jù)集合。數(shù)組中的每個(gè)數(shù)據(jù)稱為一個(gè)數(shù)組元素，例如定義了一個(gè)具有10個(gè)元素的整數(shù)數(shù)組a，則內(nèi)存中的情況如圖4-1所示。圖4-1數(shù)組示意圖

(1)?a數(shù)組有10個(gè)元素，每個(gè)元素都是一個(gè)int變量，在內(nèi)存中地址連續(xù)。

(2)數(shù)組的元素使用數(shù)組下標(biāo)元素符[]標(biāo)識(shí)，下標(biāo)索引i從0開(kāi)始，到9結(jié)束，a[i]是a數(shù)組的第i+1個(gè)數(shù)組元素，i必須在0～n-1之間(n是a數(shù)組的長(zhǎng)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(huì)終止運(yùn)行并報(bào)異常。

(3)數(shù)組一旦定義長(zhǎng)度n，就不可改變長(zhǎng)度(數(shù)組的容量固定)。

4.1.2數(shù)組的定義與初始化

1.?C語(yǔ)言的數(shù)組情況

Java的數(shù)組與C語(yǔ)言的具有很多不同，首先來(lái)看一下C語(yǔ)言中對(duì)數(shù)組的定義，例如定義一個(gè)數(shù)組為“inta[5];”，內(nèi)存如圖4-2所示。圖4-2C語(yǔ)言數(shù)組示意圖

C語(yǔ)言數(shù)組的語(yǔ)法規(guī)則：

(1)?a是數(shù)組名，代表了這個(gè)數(shù)組的首地址，是一個(gè)不可改變的量，不能對(duì)a進(jìn)行賦值。

(2)“inta[5];”定義之后，就可以對(duì)a數(shù)組的各個(gè)元素進(jìn)行賦值和運(yùn)算了。

(3)可以在定義的時(shí)候整體賦值，即“inta[5]={1,2,3,4,5};”，而定義之后就只能夠?qū)?shù)組的單個(gè)元素進(jìn)行賦值操作。

(4)?C語(yǔ)言對(duì)于數(shù)組的下標(biāo)越界的處理態(tài)度是“后果自負(fù)”。

2.?Java的數(shù)組情況

Java的數(shù)組定義語(yǔ)句為

int[]a=newint[5];

(1)等號(hào)左邊定義了一個(gè)整數(shù)數(shù)組類型(int[]視為一個(gè)類型)的變量a。a是數(shù)組名，同時(shí)a的本質(zhì)是一個(gè)引用變量，類似于一個(gè)能夠指向整數(shù)數(shù)組的指針變量。既然是變量，就可以對(duì)a進(jìn)行賦值操作，讓它指向另外一個(gè)整數(shù)數(shù)組，即“a=b;”。

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

(3)?Java在定義a數(shù)組的時(shí)候也可以使用花括號(hào)進(jìn)行數(shù)組的初始化：

int[]b={1,2,3,4,5}; //根據(jù)花括號(hào)里面的值，b的長(zhǎng)度為5

(4)整體賦值只能發(fā)生在定義的時(shí)候，定義語(yǔ)句之后就只能對(duì)b的單個(gè)元素進(jìn)行賦值。

(5)該數(shù)組在內(nèi)存中的情況與上述C語(yǔ)言的一致，如圖4-2所示。

3.棧內(nèi)存與堆內(nèi)存

Java中定義一個(gè)數(shù)組會(huì)在內(nèi)存中兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行操作，一個(gè)區(qū)域是棧內(nèi)存，保存了引用變量a；另一個(gè)區(qū)域是堆內(nèi)存，保存了數(shù)組的實(shí)際元素集合，如圖4-3所示。

1)棧內(nèi)存

當(dāng)函數(shù)被調(diào)用時(shí)，函數(shù)進(jìn)入棧內(nèi)存空間，即函數(shù)得到分配的內(nèi)存空間。棧內(nèi)存空間具有棧的特性：先進(jìn)后出，后進(jìn)先出。main函數(shù)是程序入口，最先進(jìn)棧，被壓入棧底；如果main函數(shù)調(diào)用fun函數(shù)，則fun函數(shù)進(jìn)棧，壓在main函數(shù)上面；只有fun函數(shù)運(yùn)行結(jié)束后出棧了，main函數(shù)才能繼續(xù)運(yùn)行，直到運(yùn)行結(jié)束后退棧(即釋放函數(shù)得到棧內(nèi)存空間)。圖4-3Java數(shù)組內(nèi)存示意圖

2)堆內(nèi)存

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

Java中同樣也有堆內(nèi)存的概念，Java定義的對(duì)象、數(shù)組等存放在堆內(nèi)存空間中。堆的優(yōu)勢(shì)是可以動(dòng)態(tài)地分配內(nèi)存大小，生存期也不必事先告訴編譯器，因?yàn)樗窃谶\(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的。Java的堆內(nèi)存是由Java的垃圾回收機(jī)制*來(lái)負(fù)責(zé)的，Java的垃圾收集器會(huì)自動(dòng)收走這些不再使用的數(shù)據(jù)，釋放內(nèi)存。其缺點(diǎn)是由于要在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)管理內(nèi)存，需要消耗一定的資源，對(duì)程序速度有一定影響。

程序結(jié)果：

4.1.3數(shù)組遍歷

1.數(shù)組的遍歷

數(shù)組的遍歷即對(duì)數(shù)組的每個(gè)元素訪問(wèn)一次，這是數(shù)組最常見(jiàn)的操作，一般是用for循環(huán)進(jìn)行，采用三個(gè)表達(dá)式的形式，i從0開(kāi)始步進(jìn)變化到n-1。

程序結(jié)果：

程序示例4-3對(duì)程序示例4-1進(jìn)行改造，將上述程序的功能寫成一個(gè)函數(shù)。

函數(shù)的功能是對(duì)傳入的整數(shù)數(shù)組找尋最大值及下標(biāo)，由main函數(shù)初始化數(shù)組，將數(shù)組傳入該函數(shù)，調(diào)用該函數(shù)完成尋找最大值及下標(biāo)的功能。我們都知道函數(shù)只能返回一個(gè)值，如何讓一個(gè)函數(shù)傳回兩個(gè)及以上的值給調(diào)用函數(shù)呢？方法是再將一個(gè)數(shù)組傳入該函數(shù)，作為結(jié)果數(shù)組，將函數(shù)找到的多個(gè)值賦值給該數(shù)組的多個(gè)元素即可，如圖4-4所示。

圖4-4數(shù)組作為函數(shù)參數(shù)

具體的內(nèi)存示意圖如圖4-5所示，該圖是main函數(shù)調(diào)用fun函數(shù)的內(nèi)存瞬時(shí)示意圖。圖4-4數(shù)組作為函數(shù)參數(shù)

程序結(jié)果：

2.?foreach語(yǔ)法

對(duì)數(shù)組進(jìn)行遍歷，除了常規(guī)的for循環(huán)之外，還有一種較為簡(jiǎn)潔的foreach寫法，例如要輸出a數(shù)組的數(shù)組元素，寫法如下：

4.1.4二維數(shù)組

Java對(duì)二維數(shù)組的處理方式是將二維數(shù)組看成多個(gè)一維數(shù)組的一維數(shù)組。這與C語(yǔ)言處理二維數(shù)組的方式是相同的，但是Java的二維數(shù)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(gè)4行5列的二維數(shù)組，可以將這個(gè)二維數(shù)組(圖4-6)看成一個(gè)具有4個(gè)元素的一維數(shù)組，每個(gè)元素又是一個(gè)一維數(shù)組，每個(gè)一維數(shù)組具有5個(gè)元素。

a[0]、a[1]、a[2]、a[3]分別是這4個(gè)一維數(shù)組的數(shù)組名。

這樣的定義是兼容了C語(yǔ)言的二維數(shù)組定義方式，該語(yǔ)句被執(zhí)行，就得到了20個(gè)元素，如圖4-6所示。

圖4-6Java二維數(shù)組形式

2.定義形式2

定義的時(shí)候只說(shuō)明有幾個(gè)一維數(shù)組，即說(shuō)明有幾行，但是每行有幾列不說(shuō)明，之后再對(duì)每個(gè)一維數(shù)組進(jìn)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(shù)組，如圖4-7所示。

圖4-7Java不規(guī)則二維數(shù)組

形成上述二維數(shù)組結(jié)構(gòu)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(shù)組的遍歷

對(duì)于二維數(shù)組的遍歷，與C語(yǔ)言類似，需要使用嵌套循環(huán)來(lái)完成，外層循環(huán)是對(duì)行進(jìn)行遍歷，內(nèi)存循環(huán)是對(duì)每行的各列進(jìn)行遍歷。

程序結(jié)果：

程序結(jié)果：

4.1.5Arrays類

數(shù)組是程序設(shè)計(jì)中必不可少的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。為了減輕Java程序員的工作量，對(duì)數(shù)組(主要是基本數(shù)據(jù)類型數(shù)組)的很多常用操作已經(jīng)寫好并放在java.util包中的Arrays類的成員函數(shù)中了。該類的這些函數(shù)主要完成以下數(shù)組操作：

1．?dāng)?shù)組的排序

例如：

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

Arrays.sort(a);

說(shuō)明：

(1)調(diào)用Arrays類中的靜態(tài)函數(shù)sort對(duì)a數(shù)組從小到大進(jìn)行排序。

(2)只有升序排序，無(wú)降序排序。

2．?dāng)?shù)組元素的定位查找

例如：

intfind;

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

find=Arrays.binarySearch(a,8);

說(shuō)明：

(1)對(duì)a數(shù)組進(jìn)行二分查詢，查找8這個(gè)數(shù)字是否在a數(shù)組中出現(xiàn)。

(2)如果沒(méi)有出現(xiàn)，則返回-1；如果出現(xiàn)，則返回出現(xiàn)的下標(biāo)。

(3)要求a數(shù)組有序才能進(jìn)行二分查詢。

3．?dāng)?shù)組元素的顯示

例如：

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

StringaString=Arrays.toString(a);

System.out.println(aString);

說(shuō)明：可以使用Arrays的toString方法快速顯示數(shù)組的全部?jī)?nèi)容，包括對(duì)二維數(shù)組也可以。

程序結(jié)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(hào)括起來(lái)的一串字符，如字符串常量"HelloJava"。C語(yǔ)言中的字符串保存在字符數(shù)組中，如“chara[10]={"abcXY123"};”定義了一個(gè)10個(gè)元素的字符數(shù)組，用以保存"abcXY123"字符串常量，并以'\0'字符作為結(jié)束標(biāo)記，其在內(nèi)存中的示意圖如圖4-8所示。

圖4-8C語(yǔ)言數(shù)組在內(nèi)存的示意圖

程序結(jié)果：

C語(yǔ)言對(duì)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(shù)；其次是對(duì)字符串?dāng)?shù)組遍歷，在遍歷過(guò)程中進(jìn)行處理。標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言的字符串處理函數(shù)大概有20多個(gè)，常用的函數(shù)如表4-1所示。

對(duì)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(gè)字符串對(duì)象s，將"abcXY123"保存在s對(duì)象中。

(2)調(diào)用字符串對(duì)象的成員函數(shù)，將字符串中小寫字母全部轉(zhuǎn)換為大寫字母。

(3)輸出字符串對(duì)象的內(nèi)容。

4.2.2String類

1．String類對(duì)象的初始化

String類對(duì)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(duì)象的方式，字符串對(duì)象s保存了"abcXY123"字符串字面值。

(2)從char數(shù)組構(gòu)建出String類對(duì)象。

(3)從byte數(shù)組構(gòu)建出String類對(duì)象。

(4)從另外一個(gè)String類對(duì)象構(gòu)建出String類對(duì)象。

程序結(jié)果：

2．String類對(duì)象的成員函數(shù)

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

程序示例4-9從鍵盤輸入一個(gè)字符串給s2，判斷該字符串在指定字符串s1中是否出現(xiàn)，如果出現(xiàn)，計(jì)算次數(shù)。

算法分析：判斷子字符串的函數(shù)，通過(guò)查詢幫助文檔，發(fā)現(xiàn)可以使用indexOf這個(gè)函數(shù)。對(duì)于子字符串，該函數(shù)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(xiàn)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(xiàn)處的索引，從指定的索引開(kāi)始。

程序結(jié)果：

3．字符串處理示例

1)字符串比較

程序結(jié)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(shí)際上是地址；而使用equals函數(shù)比較的是字符串的內(nèi)容。

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

(3)從程序結(jié)果可以看出來(lái)只有s3和s4是相等的，說(shuō)明s3和s4指向的是同一個(gè)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(gè)字符串給s2，將s2中的數(shù)字字符連接到s1后面。

程序結(jié)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(gè)知識(shí)點(diǎn)，即字符串是不可變的字符串序列，任何對(duì)字符串的修改都會(huì)產(chǎn)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(duì)String類對(duì)象頻繁使用修改操作就會(huì)在內(nèi)存中出現(xiàn)每次修改后的新字符串，這樣會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存消耗增加，并且效率很低。Java提供了StringBuffer和StringBuilder類兩個(gè)類來(lái)解決該問(wèn)題，它們可以看成是String類的補(bǔ)充。

StringBuffer和StringBuilder類提供的方法基本相同，主要是append和insert方法，對(duì)字符串進(jìn)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(shè)計(jì)用作StringBuffer的一個(gè)簡(jiǎn)易替換；此類提供一個(gè)與StringBuffer兼容的API，但不保證同步，在字符串緩沖區(qū)被單個(gè)線程使用的時(shí)候使用(這種情況很普遍)；建議優(yōu)先采用該類，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)實(shí)現(xiàn)中，它比StringBuffer效率要高。

程序結(jié)果：

程序分析：

(1)語(yǔ)句“String[]st=s.split("-");”使用“-”對(duì)s字符串進(jìn)行分隔，形成字符串?dāng)?shù)組返回給st，st里的字符串元素為[adaf,