【Java SE】Arrays类

参考笔记：

Java中Arrays类(操作数组的工具)_java arrays-CSDN博客

Java——Arrays 类详解_java arrays类-CSDN博客

目录

1.Arrays类简介

2.Arrays.toString

2.1 使用示例

2.2 源码

3. Arrays.copyOf 

3.1 使用示例

3.2 源码

4.Arrays.sort

4.1 默认排序使用示例

4.2 定制排序使用实例

4.3 Arrays.sort使用的算法

5.Arrays.binarySearch

5.1 使用示例

5.2 源码

6.Arrays.fill

6.1 使用示例

6.2 源码

7. Arrays.equals

7.1 使用案例

7.2 源码

8. Arrays.deepEquals

9.Arrays.asList

9.1 使用细节和案例

1.Arrays类简介

① Arrays 类是 Java 语言中用于操作数组的一个工具类，提供了多种静态方法来处理数组，包括排序、搜索、填充、比较等操作

② Arrays 类位于 java.util.Arrays 中，该类所有的构造方法被设置为 private ，因此无法创建 Arrays 对象

③ Arrays 所有方法都是静态的，可以直接通过 "Arrays.方法" 调用

2.Arrays.toString

Arrays.toString(...)：返回任何类型数组的字符串形式

2.1 使用示例

import java.util.Arrays;
public class demo {public static void main(String[] args) {int[] arr = {1,2,3};System.out.println(Arrays.toString(arr));}
}

运行结果：

2.2 源码

底层是重载了多个 toString 方法，这里以 String toString(int[ ] a) 为例

public static String toString(int[] a) {if (a == null){//判断数组a是否为空，为空则返回字符串"null"return "null";}int iMax = a.length - 1;//数组a的最后一个元素索引if (iMax == -1){//如果iMax == -1，说明数组a的长度为0return "[]";}StringBuilder b = new StringBuilder();b.append('[');for (int i = 0; ; i++) {b.append(a[i]);//依次将数组的元素追加到字符串中if (i == iMax){//判断是否为最终一个元素，如果是最后一个元素，则返回最终的字符串return b.append(']').toString();}b.append(", ");}
}

3. Arrays.copyOf 

Arrays.copyOf（type[ ] original，int newLength）：拷贝任意类型数组，返回值是要拷贝的那个数组类型

original:  原数组

newLength: 指定新数组的长度

补充：也可以理解为从原数组 original 中复制 newLength 个元素到新数组中，如果 newLength 大于原数组的大小，则新数组中大于原数组大小的部分的元素都是类型默认值

3.1 使用示例

import java.util.Arrays;
public class demo {public static void main(String[] args) {int[] arr1 = {1,2,3,4};int arr1_len = arr1.length;int[] tmp1 = Arrays.copyOf(arr1,arr1_len); //指定tmp1数组的长度为arr1_len，并拷贝array数组并赋值到tmp1数组上System.out.println(tmp1.length);System.out.println(Arrays.toString(tmp1)); //打印tmp1数组,[1,2,3,4]System.out.println("-----------------------------");int[] arr2 = {4,5,6,7};int arr2_len = arr2.length;int[] tmp2 = Arrays.copyOf(arr2,2 * arr2_len); //指定tmp2数组的长度为2 * arr2_len，并拷贝array数组并赋值到tmp2数组上,System.out.println(tmp2.length);System.out.println(Arrays.toString(tmp2)); //打印tmp2数组,[4,5,6,7,0,0,0,0]System.out.println("-----------------------------");int[] arr3 = {9,10,11,12};int[] tmp3 = Arrays.copyOf(arr3,2);//指定tmp3数组的长度为2，则只会拷贝array数组的前2个元素到tmp3数组上System.out.println(tmp3.length);System.out.println(Arrays.toString(tmp3));//打印tmp3数组,[9,10]}
}

3.2 源码

4.Arrays.sort

注：学 Arrays.sort 之前，最好先学一下关于 Comparable、Comparator 接口，可以看到我写的另外一篇博客：【Java SE】Java比较器：Comparable、Comparator-CSDN博客

默认排序规则：

        String：按照字符串中字符的 ASCII 值进行比较
        Character：按照字符的 ASCII 值来进行比较
        数值类型对应的包装类以及 BigInteger、BigDecimal ：按照它们对应的数值大小进行比较
        Boolean：true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例
        Date、Time等：后面的日期时间比前面的日期时间大

① Arrays.sort（type[ ] a）：对整个 a 数组进行默认排序

② Arrays.sort（type[ ] a，int fromIndex，int toIndex）：对 a 数组索引在 [fromIndex，toIndex) 的元素进行默认排序

③ Arrays.sort（ T[ ]  a，Comparator <? super T> c）：指定比较器 Comparator，对整个 a 数组进行定制排序

④ Arrays.sort（ T[ ]  a，int fromIndex，int toIndex，Comparator <? super T> c）：指定比较器 Comparator，对 a 数组索引在 [fromIndex，toIndex) 的元素进行定制排序

4.1 默认排序使用示例

import java.util.Arrays;
public class demo {public static void main(String[] args) {//1：Arrays.sort（type[ ] a）：int[] arr1 = {-1,10,300,4};Arrays.sort(arr1);//从小到大排序System.out.println(Arrays.toString(arr1));//[-1,4,10,300]//2：Arrays.sort（type[ ] a，int fromIndex，int toIndex）：int[] arr2 = {100,10,5,1};Arrays.sort(arr2,0,2);System.out.println(Arrays.toString(arr2));//[10,100,5,1]}
}

4.2 定制排序使用实例

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;public class demo {public static void main(String[] args) {//方式1.使用匿名内部类传入比较器 Comparator 接口Integer[] arr = {-1,100,4444,23};System.out.println("arr降序排序前："+Arrays.toString(arr));//对arr实现降序排序Arrays.sort(arr, new Comparator<Integer>() {@Overridepublic int compare(Integer o1, Integer o2) {if(o1 > o2){return -1;//返回任何小于0的整数都可以}return 1;//返回任何大于0的整数都可以}});System.out.println("arr降序排序后："+Arrays.toString(arr));//[4444,100,23,-1]System.out.println("--------------------------------");//方式2.定制比较器类实现 Comparator 接口StudentAgeComparator sc = new StudentAgeComparator();Student s1 = new Student("小马", 55);Student s2 = new Student("蔡徐坤", 24);Student s3 = new Student("ftt", 17);Student s4 = new Student("jack", 30);Student[] personList  = {s1,s2,s3,s4};System.out.println("personList按年龄降序排序前：");Arrays.stream(personList).forEach(student -> System.out.println(student));//对personList数组按对象的年龄降序排序Arrays.sort(personList,sc);System.out.println("personList按年龄降序排序后：");Arrays.stream(personList).forEach(student -> System.out.println(student));}
}//定制比较器类,按学生的年龄降序排序
class StudentAgeComparator implements Comparator<Student>{@Overridepublic int compare(Student s1, Student s2) {if (s1.age > s2.age){return -1;}else if (s1.age < s2.age){return 1;}else {return 0;}}
}class Student{public String name;public int age;public Student(){}public Student(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}@Overridepublic String toString() {return "Student{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +'}';}
}

运行结果

Debug追溯

这里以上面的代码 Debug 一下看看 Arrays.sort 底层是如何用到我们指定的比较器 Comparator 来进行排序的，如下 GIF 所示：

可以看到，Arrays.sort 底层最终会调用 TimSort 类的 binarySort 方法，该方法中，

if (c.compare(pivot, a[mid]) < 0)right = mid;

c 即为我们传入的比较器 StudentAgeComparator

4.3 Arrays.sort使用的算法

① 基本类型数组（如 int[ ], char[ ] 等）：

对于基本数据类型数组，Arrays.sort( ) 方法使用了一种名为 Dual-Pivot Quicksort 的排序算法这是一种改进的快速排序算法，由 Vladimir Yaroslavskiy 提出。它在平均情况下具有 O(n log n) 的时间复杂度，在实践中通常表现良好

② 引用类型数组（如 Integer[ ], String[ ] 等）：

对于引用类型数组，Arrays.sort( ) 方法则使用 Timsort 算法。这是一种混合排序算法，结合了归并排序和插入排序的优点。Timsort 是为了优化对部分有序数据的排序而设计的，具有 O(n log n) 的时间复杂度，在实际应用中表现出色

5.Arrays.binarySearch

Arrays.binarySearch为二分查找算法。在已排序的数组中查找指定的某个元素，返回在数组中的索引

① Arrays.binarySearch(type[ ] a，type key)：在整个数组 a 中查找元素 key，返回其索引。未找到时返回的是一个特定的负数，为 - (low + 1) 

② Arrays.binarySearch(type[ ] a，int fromIndex，int toIndex，type key)：在数组 a 索引为[fromIndex，toIndex) 的元素中查找元素 key，返回其索引

5.1 使用示例

import java.util.Arrays;
public class demo {public static void main(String[] args) {int[] arr1 = {11, 22, 33, 44};int index1 = Arrays.binarySearch(arr1, 44);System.out.println("index of 44: " + index1);//3int[] arr2 = {11, 22, 33, 44};int index2 = Arrays.binarySearch(arr2,0,1,44);System.out.println("index of 44: " + index2);//返回的是一个负数，在[0,1)区间没找到44}
}

5.2 源码

流程图

 binarySearch0源码

binarySearch0 就是传统的二分查找算法，比较简单

private static int binarySearch0(int[] a, int fromIndex, int toIndex,int key) {int low = fromIndex;//左边界int high = toIndex - 1;//右边界面while (low <= high) {int mid = (low + high) >>> 1;//相当于mid = (low + high) / 2int midVal = a[mid];//中间元素值if (midVal < key)low = mid + 1;else if (midVal > key)high = mid - 1;elsereturn mid;}return -(low + 1); // 没有找到不是直接返回负一，返回一个特定的负数
}

6.Arrays.fill

① Arrays.fill (type[ ] a，type val)：将 a 数组中的所有元素赋值为 val 

② Arrays.fill (type[ ] a，int fromIndex，int toIndex，type val)：将 a 数组中索引为 [fromIndex，toIndex) 的元素赋值为 val 

6.1 使用示例

import java.util.Arrays;
public class demo {public static void main(String[] args) {//1：Arrays.fill (type[ ] a，type val)：将a数组中的所有元素赋值为valint[] arr = new int[10];Arrays.fill(arr, 5);Arrays.stream(arr).forEach(i -> System.out.print(i + " "));System.out.println();System.out.println("-------------------");//2：Arrays.fill (type[ ] a，int fromIndex，int toIndex，type val)：将a数组中索引为[fromIndex，toIndex)的元素赋值为valArrays.fill(arr,0,5,4);Arrays.stream(arr).forEach(i -> System.out.print(i + " "));}
}

6.2 源码

public static void fill(int[] a, int val) {for (int i = 0, len = a.length; i < len; i++)a[i] = val;
}public static void fill(int[] a, int fromIndex, int toIndex, int val) {rangeCheck(a.length, fromIndex, toIndex);for (int i = fromIndex; i < toIndex; i++)a[i] = val;
}

7. Arrays.equals

Arrays.equals (type[ ] a，type[ ] a2)：返回值为 boolean ；判断一维数组 a 与 一维数组 a2 的内容是否完全相同，两个数组的 type 需要一致

7.1 使用案例

import java.util.Arrays;
public class demo {public static void main(String[] args) {int[] arr1 = {1,2,3,4};int[] arr2 = {1,2,3,4};int[] arr3 = {100,99};System.out.println(Arrays.equals(arr1, arr2));//trueSystem.out.println(Arrays.equals(arr1, arr3));//false}
}

7.2 源码

public static boolean equals(int[] a, int[] a2) {if (a==a2)//地址相同，内容一定相同return true;if (a==null || a2==null)//如果有一个为空，则返回falsereturn false;int length = a.length;if (a2.length != length)//长度不同，则返回falsereturn false;for (int i=0; i<length; i++)//逐个比较if (a[i] != a2[i])return false;return true;
}

8. Arrays.deepEquals

Arrays.deepEquals(Object[ ] a1，Object[ ] a2) ：用于比较两个多维数组 a1、a2 的内容是否完全相同

使用案例

import java.util.Arrays;public class demo {public static void main(String[] args) {int[][] array1 = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};int[][] array2 = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};int[][] array3 = {{1, 2, 3}, {4, 5, 7}};// 比较相同的二维数组boolean isEqual1 = Arrays.deepEquals(array1, array2);System.out.println("array1 和 array2 相等? " + isEqual1); // 输出: true// 比较不同的二维数组boolean isEqual2 = Arrays.deepEquals(array1, array3);System.out.println("array1 和 array3 相等? " + isEqual2); // 输出: false}
}

9.Arrays.asList

Arrays.asList( ) 方法是 Arrays 类的一个静态方法。它可以将传入的数据转换为一个固定大小的列表 List

    public static <T> List<T> asList(T... a) {return new ArrayList<>(a);}

    9.1 使用细节和案例

    ① 形参是 (T.. a) 表示可以接收 0 个或者多个类型为 T(String、八大包装类型、自定义类型) 的参数，编译器会将传入的实参转换为T[ ] a 数组，当然也可以直接传入一个 T[ ] 数组

    ② 返回的 List 的运行类型是 java.util.Arrays.ArrayList，是 Arrays 类的一个内部类，并不是平时经常使用的 java.util.ArrayList。这里要注意区分，很容易弄混

    验证

    import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
public class demo {public static void main(String[] args) {//1：传入多个数据List<String> list1 = Arrays.asList("小马","唱跳rap篮球");//2：直接传入数组Integer[] arr1 = {1,2,3};List<Integer> list2 = Arrays.asList(arr1);System.out.println("list1的运行类型：" + list1.getClass());System.out.println("list2的运行类型：" + list2.getClass());//这里new的是java.util.ArrayListList<Object> list3 = new ArrayList<>();System.out.println("list3的运行类型：" + list3.getClass());}
}

    运行结果：

    ③ 返回的 List 不是一个全新的独立集合，而是对原始数组的包装视图：Wrapper View ，具体来说：

    • 共享存储空间：

      • 返回的 List 直接引用原数组的内存地址

      • 修改 List 中的元素 = 直接修改数组对应位置的元素，反之亦然

    • 固定大小特性

      • 由于数组长度不可变，因此返回的 List 会禁止结构性修改，比如不能使用 add 和 remove 来增加或删除元素，这与 java.util.ArrayList 是完全不一样的

    验证：共享存储空间

    import java.util.Arrays;
import java.util.List;public class demo {public static void main(String[] args) {Integer[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};//转换为列表List<Integer> list = Arrays.asList(arr);//修改列表中的元素list.set(0, 10);//打印修改后的列表和数组System.out.println("执行:list.set(0,10)");System.out.println("执行后的列表list: " + list); // 输出: 修改后的列表: [10, 2, 3, 4, 5]System.out.println("执行后的数组arr: " + Arrays.toString(arr)); // 输出: 修改后的数组: [10, 2, 3, 4, 5]System.out.println("------------------------------------------------");//修改数组中的元素arr[1] = 999;//打印修改后的列表和数组System.out.println("执行:arr[1] = 999");System.out.println("执行的列表list: " + list); // 输出: 修改后的列表: [10, 999, 3, 4, 5]System.out.println("执行后的数组arr: " + Arrays.toString(arr)); // 输出: 修改后的数组: [10, 999, 3, 4, 5]}
}

    运行结果： 

    验证：固定大小特性，即不能使用 add 和 remove，编译可以通过，但会报异常

    从控制台的异常信息可以看到，调用的是父类 AbstractList .add 方法，这里溯源一下，如下图：

    父类 AbstractList 的 add 方法只是简单的 throw 一个异常，因此在使用 add 方法时会发生异常。 remove 方法也是类似，这里就不再赘述了

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