5.2 進階陣列觀念
陣列本身若作為物件來操作的話，會有許多特性值得討論，這個小節中將討論一些 Java 中更進階的陣列觀念，並且我也將介紹 J2SE 5.0 中對 Arrays 類別所作的功能加強（JDK6 對於 Arrays 的加強，請查看第 21 章），以及如何使用 J2SE 5.0 新增的 foreach 語法來更簡便的循序存取陣列元素。
5.2.1 進階的陣列操作
藉由對陣列物件的進一步探討，您可以稍微瞭解 Java 對物件處理的一些作法，首先來看看一維陣列的參考名稱之宣告：
int[] arr = null;
在這個宣告中，arr 表示一個可以參考至 int 一維陣列物件的參考名稱，但是目前您將這個名稱參考至 null，表示這個名稱參考還沒有參考至實際的物件，在 Java 中，'=' 運算用於基本資料型態時，是將值複製給變數，但當它用於物件時，則是將物件指定給參考名稱來參考，您也可以將同一個物件指定給兩個參考名稱，當物件的值藉由其中一個參考名稱進行操作而變更時，另一個參考名稱所參考到的值也會更動，來看看範例 5.8 的示範。
範例 5.8 AdvancedArray.java
public class AdvancedArray {
public static void main(String[] args) {
int[] arr1 = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] tmp1 = arr1;
int[] tmp2 = arr1;
System.out.print("透過tmp1取出陣列值：");
for(int i = 0; i < tmp1.length; i++)
System.out.print(tmp1[i] + " ");
System.out.print("\n透過tmp2取出陣列值：");
for(int i = 0; i < tmp2.length; i++)
System.out.print(tmp2[i] + " ");
tmp1[2] = 9;
System.out.print("\n\n透過tmp1取出陣列值：");
for(int i = 0; i < tmp1.length; i++)
System.out.print(tmp1[i] + " ");
System.out.print("\n透過tmp2取出陣列值：");
for(int i = 0; i < tmp2.length; i++)
System.out.print(tmp2[i] + " ");
System.out.println();
}
}
執行結果：
透過tmp1取出陣列值：1 2 3 4 5
透過tmp2取出陣列值：1 2 3 4 5
透過tmp1取出陣列值：1 2 9 4 5
透過tmp2取出陣列值：1 2 9 4 5
在這個範例中，您藉由 tmp1 名稱改變了索引 2 的元素值，由於 tmp2 也參考至同一陣列物件，所以 tmp2 取出索引 2 的元素值是改變後的值，事實上在範例 5.8 中，有三個參考名稱參考至同一個陣列物件，也就是 arr1、tmp1 與 tmp2，如下圖所示：
圖 5.3 三個名稱參考至同一物件
所以您應該知道，如果取出 arr1 索引 2 的元素，元素值也會是 9。
在宣告 int[] arr 之後，arr 是一個一維陣列物件的參考名稱，所以它可以參考至任何長度的一維陣列物件，這邊使用範例 5.9 來作示範。
範例 5.9 AdvancedArray2.java
public class AdvancedArray2 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr1 = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] arr2 = {5, 6, 7};
int[] tmp = arr1;
System.out.print("使用tmp取出arr1中的元素：");
for(int i = 0; i < tmp.length; i++)
System.out.print(tmp[i] + " ");
tmp = arr2;
System.out.print("\n使用tmp取出arr2中的元素：");
for(int i = 0; i < tmp.length; i++)
System.out.print(tmp[i] + " ");
System.out.println();
}
}
在範例 5.9 中，tmp 可以參考至擁有5個元素的一維陣列，也可以參考至擁有 3 個元素的一維陣列，執行結果如下：
使用tmp取出arr1中的元素：1 2 3 4 5
使用tmp取出arr2中的元素：5 6 7
您瞭解到在 Java 中陣列是一個物件，而使用 '=' 指定時是將物件指定給陣列名稱來參考，也就是相當於圖 5.3 中改變名稱所綁定的物件，而不是將陣列進行複製，如果您想將整個陣列的值複製給另一個陣列該如何作呢？您可以使用迴圈，將整個陣列的元素值走訪一遍，並指定給另一個陣列相對應的索引位置，範例 5.10 示範了進行陣列複製的方法。
範例 5.10 ArrayCopy.java
public class ArrayCopy {
public static void main(String[] args) {
int[] arr1 = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] arr2 = new int[5];
for(int i = 0; i < arr1.length; i++)
arr2[i] = arr1[i];
for(int i = 0; i < arr2.length; i++)
System.out.print(arr2[i] + " ");
System.out.println();
}
}
執行結果：
1 2 3 4 5
另一個進行陣列複製的方法是使用 System 類別所提供的 arraycopy() 方法，其語法如下：
System.arraycopy(來源, 起始索引, 目的, 起始索引, 複製長度);
範例 5.11 改寫了範例 5.10，使用 System.arraycopy() 進行陣列複製，執行結果與範例 5.10 是相同的。
範例 5.11 ArrayCopy2.java
public class ArrayCopy2 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr1 = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] arr2 = new int[5];
System.arraycopy(arr1, 0, arr2, 0, arr1.length);
for(int i = 0; i < arr2.length; i++)
System.out.print(arr2[i] + " ");
System.out.println();
}
}
在 JDK6 中，也為 Arrays 類別新增了陣列複製的 copyOf() 方法，詳情請查看第 21 章。
5.2.2 Arrays 類別
對陣列的一些基本操作，像是排序、搜尋與比較等動作是很常見的，在 Java 中提供了 Arrays 類別可以協助您作這幾個動作，Arrays 類別位於 java.util 套件中，它提供了幾個方法可以直接呼叫使用。
表 5.2 Arrays 類別提供的幾個方法說明
| 名稱 | 說明 |
|---|---|
| sort() | 幫助您對指定的陣列排序，所使用的是快速排序法 |
| binarySearch() | 讓您對已排序的陣列進行二元搜尋，如果找到指定的值就傳回該值所在的索引，否則就傳回負值 |
| fill() | 當您配置一個陣列之後，會依資料型態來給定預設值，例如整數陣列就初始為 0，您可以使用Arrays.fill()方法來將所有的元素設定為指定的值 |
| equals() | 比較兩個陣列中的元素值是否全部相等，如果是將傳回true，否則傳回 false |
範例 5.12 示範了使用 Arrays 來進行陣列的排序與搜尋。
範例 5.12 ArraysMethodDemo.java
import java.util.Scanner;
import java.util.Arrays;
public class ArraysMethodDemo {
public static void main(String[] args) {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
int[] arr = {93, 5, 3, 55, 57, 7, 2 ,73, 41, 91};
System.out.print("排序前: ");
for(int i = 0; i < arr.length; i++)
System.out.print(arr[i] + " ");
System.out.println();
Arrays.sort(arr);
System.out.print("排序後: ");
for(int i = 0; i < arr.length; i++)
System.out.print(arr[i] + " ");
System.out.print("\n請輸入搜尋值: ");
int key = scanner.nextInt();
int find = -1;
if((find = Arrays.binarySearch(arr, key)) > -1) {
System.out.println("找到值於索引 " +
find + " 位置");
}
else
System.out.println("找不到指定值");
}
}
執行結果：
排序前: 93 5 3 55 57 7 2 73 41 91
排序後: 2 3 5 7 41 55 57 73 91 93
請輸入搜尋值: 7
找到值於索引 3 位置
範例 5.13 示範了使用 Arrays 來進行陣列的填充與比較。
範例 5.13 ArraysMethodDemo2.java
import java.util.Arrays;
public class ArraysMethodDemo2 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr1 = new int[10];
int[] arr2 = new int[10];
int[] arr3 = new int[10];
Arrays.fill(arr1, 5);
Arrays.fill(arr2, 5);
Arrays.fill(arr3, 10);
System.out.print("arr1: ");
for(int i = 0; i < arr1.length; i++)
System.out.print(arr1[i] + " ");
System.out.println("\narr1 = arr2 ? " +
Arrays.equals(arr1, arr2));
System.out.println("arr1 = arr3 ? " +
Arrays.equals(arr1, arr3));
}
}
執行結果：
arr1: 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
arr1 = arr2 ? true
arr1 = arr3 ? false
請注意到，您不可以用 '==' 來比較兩個陣列的元素值是否相等，'==' 使用於物件比對時，是用來測試兩個物件名稱是否參考至同一個物件，也就是測試兩個名稱是不是綁定至同一個物件，範例 5.14 是這個觀念的實際示範。
範例 5.14 TestArrayValue.java
public class TestArrayValue {
public static void main(String[] args) {
int[] arr1 = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] arr2 = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] tmp = arr1;
System.out.println(arr1 == tmp);
System.out.println(arr2 == tmp);
}
}
在範例 5.14 中，雖然 arr1 與 arr2 中的元素值是相同的，但實際上 arr1 與 arr2 是參考至不同的兩個陣列物件，您將 arr1 指定給 tmp 來參考，由於 tmp 與 arr1 是參考同一陣列物件，如圖 5.4 所示：
圖 5.4 arr1 與 tmp 是參考至同一物件
所以進行 'arr1==tmp' 比較時會顯示 true，而 tmp 與 arr2 是參考至不同陣列物件，所以進行 'arr2==tmp' 比較時會顯示 false，執行結果如下：
true
false
在 J2SE 5.0 中對對 Arrays 類別作了不少的修改與功能新增，由此可見陣列操作在程式中的重要性，這邊介紹 Arrays 中新增的兩個方法：deepEquals() 與 deepToString()。
表 5.3 Arrays 類別新增的兩個方法說明
| 名稱 | 說明 |
|---|---|
| deepEquals() | 對陣列作深層比較，簡單的說，您可以對二維仍至三維以上的陣列進行比較是否相等 |
| deepToString() | 將陣列值作深層輸出，簡單的說，您可以對二維仍至三維以上的陣列輸出其字串值 |
範例 5.15 是個簡單示範，它對三個二維陣列進行深層比較與深層輸出。
範例 5.15 NewArraysDemo.java
import java.util.Arrays;
public class NewArraysDemo {
public static void main(String args[]) {
int[][] arr1 = {{1, 2, 3},
{4, 5, 6},
{7, 8, 9}};
int[][] arr2 = {{1, 2, 3},
{4, 5, 6},
{7, 8, 9}};
int[][] arr3 = {{0, 1, 3},
{4, 6, 4},
{7, 8, 9}};
System.out.println("arr1 內容等於 arr2 ? " +
Arrays.deepEquals(arr1, arr2));
System.out.println("arr1 內容等於 arr3 ? " +
Arrays.deepEquals(arr1, arr3));
System.out.println("arr1 deepToString()\n\t" +
Arrays.deepToString(arr1));
}
}
執行結果：
arr1 內容等於 arr2 ? true
arr1 內容等於 arr3 ? false
arr1 deepToString()
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
當然 Arrays 並不只有以上介紹的功能，總之，如果您之前對 Arrays 沒這麼的重視，現在您可以多關照它幾眼，如果您有陣列操作方面的相關需求，可以先查查 java.util.Arrays 的 API 文件說明，看看有沒有現成的方法可以使用。
5.2.3 foreach 與陣列
J2SE 5.0 新增了 foreach 的語法，又稱加強的 for 迴圈（Enhanced for Loop），其應用的對象之一是在陣列的循序存取上，foreach 語法如下：
for(type element : array) {
System.out.println(element)....
}
直接以實例的方式來說明會更容易瞭解這個語法如何使用，在 J2SE 5.0 之前您可以使用以下的方式來循序存取陣列中的元素：
int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
for(int i = 0; i < arr.length; i++)
System.out.println(arr[i]);
在 J2SE 5.0 中可以使用新的 foreach 語法這麼寫：
int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
for(int element : arr)
System.out.println(element);
每一次從 arr 中取出的元素，會自動設定給 element，您不用自行判斷是否超出了陣列的長度，注意 element 的型態必須與陣列元素的元素的型態相同。
如果是物件的話，作法也是類似，例如存取字串陣列的話，可以如下撰寫：
String[] names = {"caterpillar", "momor", "bush"};
for(String name : names)
System.out.println(name);
那麼二維陣列呢？基本上您要是瞭解陣列本身就是個物件，您自然就會知道如何存取，舉個例子：
int[][] arr = {{1, 2, 3},
{4, 5, 6},
{7, 8, 9}};
for(int[] row : arr) {
for(int element : row) {
System.out.println(element);
}
}
三維以上的陣列使用 foreach 的方式來存取也可以依此類推。
5.2.4 物件陣列
如果使用類別型態來宣告陣列，有幾個常見的有趣問題，在這邊先一步一步來看，首先請問您，以下產生幾個物件：
int[] arr = new int[3];
這個是很基本的問題，答案是一個一維陣列物件，由於元素型態是 int，所以每個元素值初始值是 0。那麼以下的宣告產生幾個物件：
int[][] arr = new int[2][3];
答案是 3 個，理由可以看看先前圖 5.1 的圖解就可以明白。現在再請問，以下產生幾個物件：
Integer[] arr = new Integer[3];
有的人會以為這樣會產生 3 個 Integer 的實例，但事實上不是，以上產生的是 1 個一維陣列，由於元素型態是 Integer，所以元素值全部參考至 null，如圖 5.5 所示：
圖 5.5 一維物件陣列示意圖
最後一個問題，請問以下的宣告產生幾個物件？
Integer[][] arr = new Integer[2][3];
不好想像嗎？這時畫個圖就很清楚了，如圖 5.6 所示：
圖 5.6 二維物件陣列示意圖
當您搞不清楚物件之間的配置關係時，畫圖是很好的表示方式，在上圖中，我們可以看到有3個物件，而由於元素型態是 Integer，所以六個元素參考名稱預設都是參考至 null。