【Java编程动手学】Java中的数组与集合

文章目录

  • 一、Java数组基础
      • 1.1 数组结构概述
      • 1.2 一维数组
        • 1.2.1 声明与初始化
        • 1.2.2 访问与修改元素
        • 1.2.3 数组遍历
      • 1.3 二维数组
        • 1.3.1 声明与初始化
        • 1.3.2 访问与遍历
      • 1.4 三维数组及更高维数组
      • 1.5 数组类(Arrays)
        • 1.5.1 常用方法
      • 1.6 复制数组
        • 1.6.1 系统复制方法
        • 1.6.2 手动复制
  • 二、Java集合框架
      • 2.1 集合框架概述
      • 2.2 列表类(List)
        • 2.2.1 ArrayList
        • 2.2.2 LinkedList
      • 2.3 集合类(Set)
        • 2.3.1 HashSet
        • 2.3.2 TreeSet
      • 2.4 映射类(Map)
        • 2.4.1 HashMap
        • 2.4.2 TreeMap
      • 2.5 队列类(Queue)
        • 2.5.1 PriorityQueue
        • 2.5.2 ArrayDeque
      • 2.6 堆栈类(Stack)
      • 2.7 集合工具类(Collections)
  • 三、完整案例代码
      • 3.1 数组操作完整示例
      • 3.2 集合操作完整示例
  • 四、数组与集合使用对比
  • 总结

一、Java数组基础

1.1 数组结构概述

数组是Java中最基本的数据结构之一，用于存储相同类型的多个元素。数组具有以下特点：

  • 固定大小：一旦创建，大小不可改变
  • 连续内存空间：元素在内存中是连续存储的
  • 索引访问：通过从0开始的整数索引访问元素

1.2 一维数组

1.2.1 声明与初始化
// 声明数组
int[] arr1;          // 推荐方式
int arr2[];          // 效果相同，但不推荐// 静态初始化
int[] arr3 = {1, 2, 3, 4, 5};
String[] names = {"Alice", "Bob", "Charlie"};// 动态初始化
int[] arr4 = new int[5];  // 默认初始化为0
boolean[] flags = new boolean[3]; // 默认初始化为false
String[] strArr = new String[4]; // 默认初始化为null
1.2.2 访问与修改元素
int[] numbers = {10, 20, 30, 40, 50};// 访问元素
System.out.println(numbers[0]); // 输出: 10
System.out.println(numbers[numbers.length - 1]); // 输出最后一个元素: 50// 修改元素
numbers[2] = 300;
System.out.println(numbers[2]); // 输出: 300
1.2.3 数组遍历
// 使用for循环
for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {System.out.println("Element at index " + i + ": " + numbers[i]);
}// 使用增强for循环
for (int num : numbers) {System.out.println("Number: " + num);
}

1.3 二维数组

1.3.1 声明与初始化
// 声明二维数组
int[][] matrix1;
int matrix2[][];// 静态初始化
int[][] matrix3 = {{1, 2, 3},{4, 5, 6},{7, 8, 9}
};// 动态初始化
int[][] matrix4 = new int[3][4]; // 3行4列
int[][] matrix5 = new int[2][];  // 只指定行数，列数可后续指定
matrix5[0] = new int[3];
matrix5[1] = new int[5];
1.3.2 访问与遍历
// 访问元素
System.out.println(matrix3[1][2]); // 输出: 6 (第2行第3列)// 遍历二维数组
for (int i = 0; i < matrix3.length; i++) {for (int j = 0; j < matrix3[i].length; j++) {System.out.print(matrix3[i][j] + " ");}System.out.println();
}// 使用增强for循环
for (int[] row : matrix3) {for (int num : row) {System.out.print(num + " ");}System.out.println();
}

1.4 三维数组及更高维数组

// 三维数组声明与初始化
int[][][] cube = new int[2][3][4]; // 2个3x4的矩阵// 静态初始化
int[][][] cube2 = {{{1, 2, 3, 4},{5, 6, 7, 8},{9, 10, 11, 12}},{{13, 14, 15, 16},{17, 18, 19, 20},{21, 22, 23, 24}}
};// 访问三维数组元素
System.out.println(cube2[1][2][3]); // 输出: 24// 遍历三维数组
for (int[][] matrix : cube2) {for (int[] row : matrix) {for (int num : row) {System.out.print(num + " ");}System.out.println();}System.out.println("--- Next Matrix ---");
}

1.5 数组类(Arrays)

Java提供了java.util.Arrays类来操作数组。

1.5.1 常用方法
import java.util.Arrays;int[] arr = {5, 2, 9, 1, 5, 6};// 排序
Arrays.sort(arr);
System.out.println(Arrays.toString(arr)); // [1, 2, 5, 5, 6, 9]// 二分查找(数组必须有序)
int index = Arrays.binarySearch(arr, 5);
System.out.println("5的索引: " + index); // 2或3(取决于第一个找到的5)// 填充
Arrays.fill(arr, 0);
System.out.println(Arrays.toString(arr)); // [0, 0, 0, 0, 0, 0]// 比较
int[] arr2 = {1, 2, 3};
int[] arr3 = {1, 2, 3};
System.out.println(Arrays.equals(arr2, arr3)); // true// 复制数组
int[] arrCopy = Arrays.copyOf(arr2, arr2.length);
int[] arrCopyRange = Arrays.copyOfRange(arr2, 1, 3);

1.6 复制数组

1.6.1 系统复制方法
// 使用System.arraycopy()
int[] source = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] destination = new int[5];
System.arraycopy(source, 0, destination, 0, source.length);// 使用Arrays.copyOf()
int[] copy1 = Arrays.copyOf(source, source.length);
int[] copy2 = Arrays.copyOf(source, 3); // 只复制前3个元素// 使用clone()
int[] clone = source.clone();
1.6.2 手动复制
int[] original = {10, 20, 30, 40, 50};
int[] manualCopy = new int[original.length];for (int i = 0; i < original.length; i++) {manualCopy[i] = original[i];
}

二、Java集合框架

Java集合框架位于java.util包中，提供了多种数据结构和算法。

2.1 集合框架概述

接口实现类特点
Collection-所有集合的根接口
ListArrayList, LinkedList, Vector, Stack有序，可重复
SetHashSet, LinkedHashSet, TreeSet无序，不可重复
QueuePriorityQueue, ArrayDeque队列接口
DequeArrayDeque, LinkedList双端队列
MapHashMap, LinkedHashMap, TreeMap, Hashtable键值对存储

2.2 列表类(List)

2.2.1 ArrayList
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;// 创建ArrayList
List<String> names = new ArrayList<>();// 添加元素
names.add("Alice");
names.add("Bob");
names.add(1, "Charlie"); // 在索引1处插入// 访问元素
System.out.println(names.get(0)); // Alice// 遍历
for (String name : names) {System.out.println(name);
}// 删除元素
names.remove(0); // 按索引删除
names.remove("Bob"); // 按对象删除// 大小
System.out.println("Size: " + names.size());// 检查包含
System.out.println(names.contains("Charlie"));
2.2.2 LinkedList
import java.util.LinkedList;LinkedList<Integer> numbers = new LinkedList<>();// 添加元素
numbers.add(10);
numbers.addFirst(5); // 添加到头部
numbers.addLast(15); // 添加到尾部// 获取元素
System.out.println("First: " + numbers.getFirst());
System.out.println("Last: " + numbers.getLast());// 删除元素
numbers.removeFirst();
numbers.removeLast();// 转换为数组
Integer[] arr = numbers.toArray(new Integer[0]);

2.3 集合类(Set)

2.3.1 HashSet
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;Set<String> uniqueNames = new HashSet<>();// 添加元素
uniqueNames.add("Alice");
uniqueNames.add("Bob");
uniqueNames.add("Alice"); // 重复元素不会被添加// 遍历
for (String name : uniqueNames) {System.out.println(name);
}// 检查是否存在
System.out.println(uniqueNames.contains("Bob"));// 删除元素
uniqueNames.remove("Alice");
2.3.2 TreeSet
import java.util.TreeSet;TreeSet<Integer> sortedNumbers = new TreeSet<>();// 添加元素(自动排序)
sortedNumbers.add(5);
sortedNumbers.add(2);
sortedNumbers.add(8);
sortedNumbers.add(1);// 遍历(有序)
for (int num : sortedNumbers) {System.out.println(num); // 输出: 1, 2, 5, 8
}// 获取子集
System.out.println(sortedNumbers.subSet(2, 6)); // [2, 5]

2.4 映射类(Map)

2.4.1 HashMap
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;Map<String, Integer> ageMap = new HashMap<>();// 添加键值对
ageMap.put("Alice", 25);
ageMap.put("Bob", 30);
ageMap.put("Charlie", 25);// 获取值
System.out.println(ageMap.get("Alice")); // 25// 遍历
for (Map.Entry<String, Integer> entry : ageMap.entrySet()) {System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
}// 检查键是否存在
System.out.println(ageMap.containsKey("Bob"));// 检查值是否存在
System.out.println(ageMap.containsValue(30));// 删除条目
ageMap.remove("Charlie");
2.4.2 TreeMap
import java.util.TreeMap;TreeMap<Integer, String> rankMap = new TreeMap<>();// 添加键值对(按键排序)
rankMap.put(3, "Bronze");
rankMap.put(1, "Gold");
rankMap.put(2, "Silver");// 遍历(按键有序)
for (Map.Entry<Integer, String> entry : rankMap.entrySet()) {System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
}// 获取子映射
System.out.println(rankMap.subMap(1, 3)); // {1=Gold, 2=Silver}

2.5 队列类(Queue)

2.5.1 PriorityQueue
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Queue;Queue<String> priorityQueue = new PriorityQueue<>();// 添加元素(按自然顺序排序)
priorityQueue.add("Orange");
priorityQueue.add("Apple");
priorityQueue.add("Banana");// 查看但不移除头部
System.out.println(priorityQueue.peek()); // Apple// 移除并返回头部
System.out.println(priorityQueue.poll()); // Apple
System.out.println(priorityQueue.poll()); // Banana
2.5.2 ArrayDeque
import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;Deque<Integer> deque = new ArrayDeque<>();// 添加元素
deque.addFirst(1); // 添加到头部
deque.addLast(3);  // 添加到尾部
deque.offerFirst(0); // 另一种添加到头部的方式
deque.offerLast(4);  // 另一种添加到尾部的方式// 查看元素
System.out.println(deque.peekFirst()); // 0
System.out.println(deque.peekLast());  // 4// 移除元素
System.out.println(deque.pollFirst()); // 0
System.out.println(deque.pollLast());  // 4

2.6 堆栈类(Stack)

虽然Java有Stack类，但推荐使用Deque接口的实现类作为堆栈。

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();// 压栈
stack.push(10);
stack.push(20);
stack.push(30);// 查看栈顶
System.out.println(stack.peek()); // 30// 弹栈
System.out.println(stack.pop()); // 30
System.out.println(stack.pop()); // 20

2.7 集合工具类(Collections)

java.util.Collections提供了许多有用的集合操作方法。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;List<Integer> numbers = new ArrayList<>();
numbers.add(5);
numbers.add(2);
numbers.add(8);
numbers.add(1);// 排序
Collections.sort(numbers);
System.out.println(numbers); // [1, 2, 5, 8]// 反转
Collections.reverse(numbers);
System.out.println(numbers); // [8, 5, 2, 1]// 洗牌(随机排序)
Collections.shuffle(numbers);
System.out.println(numbers);// 最大值/最小值
System.out.println("Max: " + Collections.max(numbers));
System.out.println("Min: " + Collections.min(numbers));// 不可变集合
List<Integer> immutableList = Collections.unmodifiableList(numbers);
// immutableList.add(10); // 抛出UnsupportedOperationException

三、完整案例代码

3.1 数组操作完整示例

import java.util.Arrays;public class ArrayDemo {public static void main(String[] args) {// 一维数组示例int[] oneDArray = {5, 2, 9, 1, 5, 6};System.out.println("原始数组: " + Arrays.toString(oneDArray));Arrays.sort(oneDArray);System.out.println("排序后: " + Arrays.toString(oneDArray));int index = Arrays.binarySearch(oneDArray, 5);System.out.println("5的索引: " + index);// 二维数组示例int[][] twoDArray = {{1, 2, 3},{4, 5, 6},{7, 8, 9}};System.out.println("\n二维数组:");for (int[] row : twoDArray) {for (int num : row) {System.out.print(num + " ");}System.out.println();}// 数组复制示例int[] copy = Arrays.copyOf(oneDArray, oneDArray.length);System.out.println("\n数组复制: " + Arrays.toString(copy));// 手动复制int[] manualCopy = new int[oneDArray.length];for (int i = 0; i < oneDArray.length; i++) {manualCopy[i] = oneDArray[i];}System.out.println("手动复制: " + Arrays.toString(manualCopy));}
}

3.2 集合操作完整示例

import java.util.*;public class CollectionDemo {public static void main(String[] args) {// List示例 - ArrayListList<String> names = new ArrayList<>();names.add("Alice");names.add("Bob");names.add("Charlie");names.add(1, "David"); // 在索引1处插入System.out.println("ArrayList内容:");for (String name : names) {System.out.println(name);}// List示例 - LinkedListLinkedList<Integer> numbers = new LinkedList<>();numbers.add(10);numbers.addFirst(5);numbers.addLast(15);System.out.println("\nLinkedList内容:");Iterator<Integer> iterator = numbers.iterator();while (iterator.hasNext()) {System.out.println(iterator.next());}// Set示例 - HashSetSet<String> uniqueNames = new HashSet<>();uniqueNames.add("Alice");uniqueNames.add("Bob");uniqueNames.add("Alice"); // 重复元素System.out.println("\nHashSet内容(去重):");for (String name : uniqueNames) {System.out.println(name);}// Set示例 - TreeSetTreeSet<Integer> sortedNumbers = new TreeSet<>();sortedNumbers.add(5);sortedNumbers.add(2);sortedNumbers.add(8);sortedNumbers.add(1);System.out.println("\nTreeSet内容(排序):");for (int num : sortedNumbers) {System.out.println(num);}// Map示例 - HashMapMap<String, Integer> ageMap = new HashMap<>();ageMap.put("Alice", 25);ageMap.put("Bob", 30);ageMap.put("Charlie", 25);System.out.println("\nHashMap内容:");for (Map.Entry<String, Integer> entry : ageMap.entrySet()) {System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());}// Map示例 - TreeMapTreeMap<Integer, String> rankMap = new TreeMap<>();rankMap.put(3, "Bronze");rankMap.put(1, "Gold");rankMap.put(2, "Silver");System.out.println("\nTreeMap内容(按键排序):");for (Map.Entry<Integer, String> entry : rankMap.entrySet()) {System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());}// Queue示例 - PriorityQueueQueue<String> priorityQueue = new PriorityQueue<>();priorityQueue.add("Orange");priorityQueue.add("Apple");priorityQueue.add("Banana");System.out.println("\nPriorityQueue内容(按字母顺序):");while (!priorityQueue.isEmpty()) {System.out.println(priorityQueue.poll());}// 堆栈示例 - 使用DequeDeque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();stack.push(10);stack.push(20);stack.push(30);System.out.println("\n堆栈内容(LIFO):");while (!stack.isEmpty()) {System.out.println(stack.pop());}// Collections工具类示例List<Integer> nums = new ArrayList<>();nums.add(5);nums.add(2);nums.add(8);nums.add(1);Collections.sort(nums);System.out.println("\n排序后的列表: " + nums);Collections.reverse(nums);System.out.println("反转后的列表: " + nums);System.out.println("最大值: " + Collections.max(nums));System.out.println("最小值: " + Collections.min(nums));}
}

四、数组与集合使用对比

以下是数组和集合的使用场景、优势劣势及代码示例的完整表格：

数据结构使用场景优势劣势代码示例
数组1. 数据量固定且已知（如月份天数、配置参数）
2. 需要高效随机访问（如图像处理像素数组）
3. 存储基本数据类型（如int[]、char[]）		1. 内存连续，访问效率高（时间复杂度O(1)）
2. 无额外开销，内存占用少
3. 直接支持基本类型，无需装箱/拆箱		1. 长度固定，无法动态扩展
2. 功能有限，缺乏排序、搜索等高级方法
3. 类型单一，所有元素必须相同类型		java // 声明并初始化整型数组 int[] numbers = {10, 20, 30}; // 访问元素 int first = numbers[0]; // 输出: 10 // 遍历数组 for (int i = 0; i < numbers.length; i++) { System.out.println(numbers[i]); }
集合（List）1. 数据量动态变化（如用户列表、日志记录）
2. 需要频繁插入/删除元素（如任务队列）
3. 存储对象类型（如String、自定义类）		1. 动态扩容，无需预先指定大小
2. 功能丰富，提供add()、remove()、sort()等方法
3. 类型灵活，支持泛型（可存储不同类型对象）		1. 内存不连续，访问效率略低（如LinkedList需遍历）
2. 额外开销，需存储元数据（如容量、负载因子）
3. 仅支持对象，基本类型需自动装箱（如Integer）		java // 创建ArrayList并添加元素 List<String> names = new ArrayList<>(); names.add("Alice"); names.add("Bob"); // 访问元素 String firstName = names.get(0); // 输出: Alice // 遍历集合 for (String name : names) { System.out.println(name); } // 删除元素 names.remove("Bob");
集合（Set）1. 需要去重（如标签系统、唯一ID集合）
2. 快速判断元素是否存在（如黑名单过滤）		1. 自动去重，无需手动检查
2. 查找效率高（如HashSet基于哈希表实现）		1. 无序存储，无法通过索引访问
2. 功能受限，不支持get(index)等操作		java // 创建HashSet并添加元素 Set<String> tags = new HashSet<>(); tags.add("Java"); tags.add("Python"); tags.add("Java"); // 自动去重，集合大小为2 // 判断元素是否存在 boolean hasJava = tags.contains("Java"); // 输出: true
集合（Map）1. 键值对存储（如字典、缓存系统）
2. 需要快速通过键查找值（如数据库索引）		1. 高效查找（如HashMap时间复杂度O(1)）
2. 结构灵活，支持自定义键类型		1. 键唯一，重复键会覆盖值
2. 无序存储（除非使用TreeMap）		java // 创建HashMap并添加键值对 Map<String, Integer> scores = new HashMap<>(); scores.put("Alice", 90); scores.put("Bob", 85); // 通过键获取值 int aliceScore = scores.get("Alice"); // 输出: 90 // 遍历键值对 for (Map.Entry<String, Integer> entry : scores.entrySet()) { System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue()); }

总结

通过本文的学习，我们掌握了Java中数组和集合的基本用法：

  1. 数组：

    • 固定大小，类型相同，连续内存
    • 支持一维、二维及更高维度
    • 使用Arrays类进行排序、搜索、复制等操作

  2. 集合框架：

    • List：有序可重复，常用实现有ArrayList和LinkedList
    • Set：无序不可重复，常用实现有HashSet和TreeSet
    • Map：键值对存储，常用实现有HashMap和TreeMap
    • Queue/Deque：队列和双端队列接口
    • 使用Collections工具类进行排序、反转等操作

数组和集合各有优缺点：

  • 数组简单高效，但大小固定
  • 集合大小可变，提供更多功能，但稍有性能开销

在实际开发中，应根据具体需求选择合适的数据结构。对于固定大小的数据，数组是更好的选择；对于需要动态增删的数据，集合更为合适。

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【Java工程师面试全攻略】Day10：系统性能优化全链路实践

【Java工程师面试全攻略】Day10：系统性能优化全链路实践

一、性能优化的多维视角 系统性能优化是区分普通开发者与高级工程师的关键能力指标。根据Google的研究&#xff0c;性能优化带来的用户体验改善可以直接转化为商业收益——页面加载时间每减少100ms&#xff0c;亚马逊的销售额就增加1%。今天我们将从全链路视角剖析性能优化的方…
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在kotlin中如何更好的理解 高阶函数

在kotlin中如何更好的理解 高阶函数

在 Kotlin 中&#xff0c;高阶函数的本质是「将函数作为商品流通的交易模式」。 核心需求&#xff1a;传统函数只能操作数据&#xff08;如数字、字符串&#xff09;&#xff0c;但实际开发中常需复用逻辑流程&#xff08;如「先校验参数&#xff0c;再执行操作」的流程适用于…
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15-C#的scottplot控件库绘制曲线图

15-C#的scottplot控件库绘制曲线图

C#的scottplot控件库绘制曲线图 1.使用Nuget 安装scottplot控件库2.绘制柱状图private void button54_Click(object sender, EventArgs e){double[] values { 5, 10, 7, 13, 22, 18, 33, 16 };formsPlot1.Plot.Add.Bars(values);formsPlot1.Refresh();}3.中文标题显示问题 for…
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使用jiaminghi/data-view-react， 本地调试能显示，发布就不显示|不成功（版本冲突）

使用jiaminghi/data-view-react， 本地调试能显示，发布就不显示|不成功（版本冲突）

你遇到的问题是&#xff1a; 使用 jiaminghi/data-view-react&#xff08;也就是 DataV 可视化组件库&#xff09;&#xff0c;本地调试没问题&#xff0c;但发布后打包上线却不显示图表/组件。 ✅ 常见原因&#xff08;很大概率命中&#xff09; 1. CSS 或字体资源路径丢失 …
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网络层：ip协议 与数据链路层

网络层：ip协议 与数据链路层

目录 网络层 引子与前置知识 一、协议格式 二、网段划分(重要) 三、特殊的IP地址 四、IP地址的数量限制 五、私有IP地址和公网IP地址 六、理解运营商和全球网络 七、路由 八、协议格式补充 数据链路层 一、以太网帧格式 二、局域网的通信原理 三、认识MTU 四、…
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