Ch.10 陣列

假設在一個程式中,您要儲存 10 個人的年齡,如果您只學過簡單的變數宣告,在您的想法中應該建立個別的變數來記錄這十個值。舉例來說:

int
int
int
int
int
int
int
ageOne = 27;
ageTwo = 12;
ageThree = 82;
ageFour = 70;
ageFive = 54;
ageSix = 6;
ageSeven = 1;
int ageEight = 30;
int ageNine = 34;
int ageTen = 42;
                            

如果您需要儲存 1,000 個或是 10,000 個年齡呢?當變數的數目增加時,光是撰寫變數宣告就足以讓您花上半天的時間,且程式變得難以處理及冗長。

Java 程式語言可以讓您利用一維陣列( One-dimensional arrays ),把多個相同型態( Type )的變數聚集起來。當您擁有一堆相關的資料(就如同數個人的年齡),陣列就很有用,您不再需要建立個別的變數來儲存每一個資料。

• 宣告一維陣列參考

陣列在 Java 中實際上是一個物件,對於任何物件,您必須宣告一個參考名稱以參考至物件,底下為宣告一維陣列參考的語法:

type[] array_identifier;
                            

其中:

• type 表示儲存在陣列中的值為基本資料型態或是物件型態。
• [] 用來告知編譯器,您所宣告的是一維陣列參考。
• array_identifier 是您指派給陣列的名稱。

舉個實例來看,以下的程式碼為宣告一個名為 status 的 char 一維陣列,及一個名為 ages 的 int 一維陣列

char[] status;
int[] ages;
                            

以下的程式碼宣告了一個名為 score 的 Integer 陣列:

Integer[] scores;
                            

當您宣告一個陣列參考名稱時,編譯器及 JVM 並不知道陣列的大小,您只是宣告一個名稱,這個名稱尚未參考至任何的陣列物件。

• 實例化一維陣列

您可以使用 new 關鍵字來建立一維陣列,建立時必須指定陣列的長度,實例化陣列物件的語法為:

其中:

• array_identifier 是您宣告的一維陣列參考名稱。
• type 用來表示儲存在陣列中的元素之所屬型態。
• length 用來表示陣列的大小(元素的數目)。

以下的程式碼用來建立一維 char 陣列與一維 int 陣列,並分別指定給 status 與 ages 一維陣列參考名稱:

status = new char[20];
ages = new int[5];
                            

以下的程式碼用來建立一維 Integer 陣列實例,並指定給score 名稱參考:

scores = new Integer[5];
                            

陣列中的每一個成員稱為元素( Element )。如果您宣告一個大小為 100 的 int 型態陣列,則有 100 個元素。當您實體化陣列物件時,每一個元素都會被初始化為您所指定之型態的預設初始值,如表 10-1 所示:

資料型態	初始值
byte	0
short	0
int	0
long	0L
float	0.0F
double	0.0D
char	\u0000
boolean	false
Object	null

表 10-1 陣列元素初始值

\u0000 為 Unicode 字元集中的空字元,而對於物件陣列,例如之前所宣告的 scores 陣列,陣列中每一個元素的初始值都是 null,也就是每一個元素都可看作一個參考名稱,而目前所有元素都還沒參考至物件實例。

圖10-1 陣列的元素的預設初值

• 存取一維陣列元素

陣列中的每一個特定元素,可以透過它在陣列中的位置或是索引( Index )來存取,設定特定值給陣列元素的語法如下:

array_identifier[index] = value;
                            

其中:

• array_identifier 是陣列的名稱。
• index 表示該值將被放置在陣列中的位置。
• value 為要指派至陣列 index 位置的值。

您可以在指定運算子( Assignment operator )的右側放置陣列的名稱及索引值(放在括弧中[ ])來取得陣列的值,以下是從陣列中取出值的程式範例:

char s = status[0];
int age = ages[1];
Integer score = scores[2];
                            

以下則是設定陣列之元素值的程式範例:

status[0] = '3';
ages[1] = 19;
scores[2] = new Integer(10);
                            

必須特別注意的是,陣列的索引值是從 0 開始,如果陣列長度是 5,則第一個元素是在索引 0 的位置,最後一個元素是在索引 4 的位置。

程式碼 10-1 示範了如何宣告一維陣列參考、實例化一維陣列、顯示陣列元素初值,並示範了如何使用索引指定來存取陣列元素。

public class OneDimArray{
    public static void main(String[] args){
        char[] status = new char[4];
        int[] ages = new int[2];

        System.out.println("陣列元素初值:");
        System.out.print("status: " + status[0]);
        System.out.print(" " + status[1]);
        System.out.print(" " + status[2]);
        System.out.println(" " + status[3]);

        System.out.print("ages: " + ages[0]);
        System.out.println(" " + ages[1]);

        status[0] = 'J';
        status[1] = 'a';
        status[2] = 'v';
        status[3] = 'a';

        ages[0] = 1;
        ages[1] = 2;

        System.out.println("\n 設定陣列元素:");
        System.out.print("status: " + status[0]);
        System.out.print(" " + status[1]);
        System.out.print(" " + status[2]);
        System.out.println(" " + status[3]);

        System.out.print("ages: " + ages[0]);
        System.out.println(" " + ages[1]);
    }

}
                            

程式碼 10-1 OneDimArray.java

執行結果如下:

圖10-2 程式碼 10-1 的執行結果

• 宣告、實例化及初始化一維陣列

如果在宣告陣列的時候,您已經知道想在陣列中所存放的值為何,則可以在同一行程式碼中,對陣列進行宣告、實例化及設定初值,以下為結合宣告、實例化及設定值的語法:

type[] array_identifier = {,分隔的值或運算式} ;
                            

其中:

• type 用來表示儲存在陣列中元素之型態。
• []用來告知編譯器,此宣告為一維陣列。
• array_identifier 是所使用的陣列名稱。
• {,分隔的值或運算式}表示一連串您想要儲存在陣列內的值,或一連串的運算式,這些運算式會將其運算的結果儲存在陣列內。

以下的程式碼結合陣列的宣告、實例化及初始化:

int[] ages = {19, 42, 92, 33, 46};
char[] name = {'J', 'a', 'v', 'a'};
                            

如果是使用類別名稱來宣告陣列,您也可以設定每一個物件的值,只需要利用建構式將參考儲存在陣列中,以下的程式碼示範 Integer 物件陣列的宣告、實例化及初始化:

Integer[] scores = {new Integer(1),new Integer(2), new Integer(3)};
                            

圖10-3 初始化後各元素的值或所參考之物件

程式碼 10-2 示範如何宣告、實例化及初始化一維陣列。

public class OneDimArray2{
    public static void main(String[] args){
        int[] ages = {19, 42, 92, 33, 46};
        char[] name = {'J', 'a', 'v', 'a'};
        Integer[] scores = {new Integer(1),
                new Integer(2),
                new Integer(3)};

        System.out.println("陣列元素初值:");
        System.out.print("ages: " + ages[0]);
        System.out.print(" " + ages[1]);
        System.out.print(" " + ages[2]);
        System.out.print(" " + ages[3]);
        System.out.println(" " + ages[4]);

        System.out.print("name: " + name[0]);
        System.out.print(" " + name[1]);
        System.out.print(" " + name[2]);
        System.out.println(" " + name[3]);

        System.out.print("scores: " +
                scores[0].intValue());
        System.out.print(" " +
                scores[1].intValue());
        System.out.println(" " +
                scores[2].intValue());
    }
}
                            

程式碼 10-2 OneDimArray2.java

您可以看到,對於物件陣列,您可以在指定陣列名稱與索引值之後,直接再加上 . 運算子來操作所參考的物件,執行的結果如圖 10-4 所示:

圖10-4 程式碼 10-2 的執行結果

事實上您也可以在使用 new 關鍵字建立陣列實例時,一併初始化陣列元素:

int[] ages = new int[] {19, 42, 92, 33, 46};
                            

這個語法其實作用類似於以下的寫法:

int[] ages = {19, 42, 92, 33, 46};
                            

• length 屬性

因為您所建立的陣列是物件,所以它們可以擁有自己的屬性及方法的集合,所有的陣列物件都擁有 length 屬性,其代表了陣列的長度。

您可以在陣列名稱之後加上 . 運算子,之後接著 length 屬性來取得陣列的長度值,例如下面的程式碼片段將顯示陣列的長度 5:

int[] ages = {32, 22, 43, 11, 55};
System.out.println(ages.length);
                            

一個陣列的長度也可以視為它的邊界( Bounds )之一,在存取陣列元素時不可以超過它的邊界,由於陣列的索引是從 0 開始,所以最大索引應該是它的長度減去一,舉例來說,如果 ages 陣 列的 長度是 5,則 陣列 的邊界是 ages[0] 與 ages[4],如果您打算存取陣列邊界外的元素,例如您打算存取 ages[5] ,則您將會得到錯誤訊息,程式會丟出 ArrayIndexOutOfBoundsException 例外。

• 使用迴圈存取陣列元素

逐一存取陣列的值是令人厭煩的,因為您需要撰寫每一行程式來存取在陣列中每一個元素。然而您可以使用迴圈來反覆設定陣列中每一個元素的值,以下的例子說明如何利用迴圈來從陣列的開始到結束逐一設定初值。

int[] myArray;
myArray = new int[10];
for(int count = 0; count < myArray.length; count++) {
    myArray[count] = count;
}
                            

這個例子中,每一個在 myArray 中的元素都已經被填入與 count 相同的值,例如:myArray[0]的值為 0,myArray[1]的值為 1,其它依此類推。

程式碼 10-3 示範了如何使用廻圈來設定陣列的元素值,以及如何在下一次迴圈時顯示陣列中所有元素的值。

public class OneDimArray3{
    public static void main(String[] args){
        int[] myArray;
        myArray = new int[10];
        for (int count = 0;
             count < myArray.length;
             count++){
            myArray[count] = count;
        }

        System.out.print("myArray: ");
        for (int count = 0;
             count < myArray.length;
             count++){
            System.out.print(myArray[count] + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}
                            

程式碼 10-3 OneDimArray3.java

執行結果如下:

圖10-5 程式碼 10-3 的執行結果

• 使用 foreach 語法取得陣列元素

從 JDK 5.0 開始新增了 foreach 語法,又稱之為 Enhanced for loop,您可以將這個語法使用於陣列的循序存取上,語法如下:

for(type element : array) {
    deal with element;
}
                            

• type 宣告的元素型態必須與陣列的元素型態相同。
• array 是您想要循序走訪的元素。
• 每一次的迴圈,都會將下一個陣列元素設定給 element 。

舉個例子來說,您可以將程式碼 10-3 中的第 12 到 16 行改以foreach 語法來顯示陣列元素。

public class OneDimArray4{
    public static void main(String[] args){
        int[] myArray;
        myArray = new int[10];
        for (int count = 0;
             count < myArray.length;
             count++){
            myArray[count] = count;
        }

        System.out.print("myArray: ");
        for(int element : myArray) {
            System.out.print(element + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}
                            

程式碼 10-4 OneDimArray4.java

程式的語法簡潔了許多,而執行結果與程式碼 10-3 是相同的,您可以參考圖 10-5 的畫面。