Java程序设计（Java9版）：第4章 简单复合类型
第4章 简单复合类型
4.1 数组
在C语言中，数据类型除了基本数据类型之外，还存在着大量复合数据类型。数组就是一类最简单且非常重要的复合数据类型，数组是具有相同类型变量的顺序存储的集合。几乎所有的程序设计语言都把数组设定为固有的类型，同样Java语言也有数组类型。与C语言一致，Java语言的数组也是通过数组名和下标来表示每个数组单元（也就是一个变量），数组下标从0开始。
在Java语言中，创建基本数据类型的变量与C语言格式一致，直接使用“数据类型 变量名”格式即可，比如“int i”即定义了一个int型变量i。由于创建复合数据类型的变量，相对创建基本数据类型的变量要复杂、计算机系统消耗要大，所以Java语言在创建复合数据类型的变量时要分两步完成。第一步先通过“数据类型 变量名”声明变量，只在栈内存中为变量名分配一个很小的空间，但是并没有开辟具体的数据空间；比如某一复合数据类型声明了变量a，如图2.44所示。第二步，通过new关键字在堆内存中开辟一个复合“数据类型”大小的存储空间，用于存储具体是数据实体；然后将该存储空间的地址赋值到变量名的栈存储空间内。
4.1.1 数组定义
数组是复合数据类型，所以分为数组变量声明与数组创建两步完成。
（1）声明数组名
一维数组的声明格式如下： 元素类型[] 数组名； 其中，“元素类型[]”是数组类型，比如“int[]”就是整数数组类型，这是与C语言不一样的；“数组名”就是数组类型定义的变量，与“数据类型 变量名”声明格式一致，而C语言的数组名则是常量。比如声明“int[]”型数组a，语句如下： int[] a; 实际上还有有一种声明数组的方法，就是大家熟悉的C语言格式，如下： 元素类型 数组名[]； Java保留此格式，可以使用但不建议使用，C#等语言不再支持这种古老格式，只支持第一种格式。
（2）开辟元素空间
通过new操作符在内存中为数组申请存储空间，格式如下：
数组名=new 元素类型[长度];new是Java关键字，作用类似与C语言的动态存储分配函数（比如malloc函数），可以从内存中为数组申请“长度”个存储空间，然后将这些存储空间的首地址赋值给数组名。注意，这里的地址不同于C语言的地址或指针，Java语言没有指针。 比如开辟5个int型元素类型的空间，如图2.45所示。
a=new int[5];实际上，可以将数组声明和开辟空间两步合并为：
元素类型[] 数组名=new 元素类型[长度];此外，Java语言允许使用int型变量来指定数组的长度，C语言是不允许的。 比如：
int size=5;
int a=new int[size];如果我们再声明一个整型数组b，并将数组a赋值给b，代码如下：
int[] b=a;如图2.46所示，数组b和数组a共享同一个数组实体。数组实体相当于一个人，而数组名a相当于这个人的姓名，数组名b相当于这个人的别名，两个名字均指向同一个实体人。数据实体只有一个，而该数据实体的名字可以有多个，每个名字只是引用了数据实体。这就是Java语言中的复合数据类型的变量被称为引用变量的原因。
在Java语言，内存是可以分为栈内存和堆内存。栈内存，存储基本类型的数据和引用变量；堆内存存放复合数据类型的数据实体。数组是引用类型，所以数组名存储在栈内存中，而数组元素存储在堆内存中。
4.1.2 数组操作
（1）数组初始化
数组初始化就是为数组的元素分配内存空间，并为每个数组元素指定初始值。数组初始化有静态初始化和动态初始化两种方式。 静态初始化时只需指定每个数组元素的初始值，并由系统决定数组长度，格式如下： 元素类型[] 数组名={值1,值2,…,值n}; 比如：int[] a={1,2,3,4,5,6}; 动态初始化，即是new的工作过程，根据指定的数组长度开辟内存空间，并为每个元素分配初始值。其中，对数组元素赋初值，即是为每个数组单元指定默认值。整型的默认值是0，小数型默认值是0.0，char型默认值是’\u0000’，复合数据类型的初始值是null。
（2）length属性
与C语言的数组不同的是，Java数组提供了length属性，表示数组元素的个数。比如“int a=new int[size];”，a.length的值就是5。通过length属性可以安全访问数组，可以避免访问数组出现越界问题。
（3）访问数组元素
与C语言一致，Java数组下标从0开始。一维数组下标范围：0~数组名.length-1。通过具体的数组下标即可访问数组元素。
例4-1：遍历数组。遍历数组就是访问数组的每一个元素，这是数组最常用的操作，编写程序ArrayTest.java，代码如下。
jshell> int[] a=new int[10];
a ==> int[10] { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }
jshell> for(int i=0;i<a.length;i++) //输出默认值
...> System.out.print(a[i]+" ");
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
jshell> for(int i=0;i<a.length;i++) //为每个元素赋值
...> a[i]=i+1;
jshell> for(int i=0;i<a.length;i++)
...> System.out.print(a[i]+" ");
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
jshell> 习惯上，人们也将定义数组后，第1次为数组元素显式赋值的过程称为数组初始化。
4.1.3 简单应用
例4-2：前面通过程序Fib.java求解Fibonacci数列过程中，存在一个问题，无法保存这个数列的每一项。可以通过一维数组来保存Fibonacci数列的每一项，编写程序如下。
jshell> int n=12;
n ==> 12
jshell> int[] fib=new int[n];
fib ==> int[12] { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }
jshell> fib[0]=fib[1]=1;
$13 ==> 1
jshell> for(int i=2;i<fib.length;i++)
...> fib[i]=fib[i-1]+fib[i-2]; //第i项等于前两项之和
jshell> for(int i=0;i<fib.length;i++)
...> System.out.print(fib[i]+" ");
1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144
jshell> 4.1.4 二维数组
二维数组是一维数组的扩展，可以把二维数组看作特殊的一维数组，其每一个元素是一个一维数组。一维数组和二维数组使用较多，多维数组很少使用，所只讲解到二维数组。二维数组定义格式如下：
数组元素类型[][] 数组名=new 数组元素类型[长度1][长度2];例4-3：用二维数组很容易解决杨辉三角问题。杨辉三角如下所示：
1
1 1
1 2 1
1 3 3 1
1 4 6 4 1
1 5 10 10 5 1
.. .. .. .. .. .. ..杨辉三角是个二维图形，可以使用二维数组存储。很容易发现杨辉三角的规则：第一列和斜边都为1；其他元素值等于上一行的同列元素与前一列的元素之和，用数组表示为a[i][j]=a[i-1][j]+a[i-1][j-1]。按照这个思路编写程序Young.java：首先定义一个10行10列的二维数组，然后对第1列和对角线赋值1，再按a[i][j]=a[i-1][j]+a[i-1][j-1]公式对其他元素进行赋值。具体代码如下。
jshell> int n=10
n ==> 10
jshell> int[][] y=new int[n][n];//数组维数可以是变量
y ==> int[10][] { int[10] { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, ... 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 } }
jshell> for(int i=0;i<n;i++)
...> y[i][0]=y[i][i]=1;//初始化第1列和对角线
jshell> for(int i=2;i<n;i++)
...> for(int j=1;j<i;j++)
...> y[i][j]=y[i-1][j-1]+y[i-1][j];
jshell> for(int i=0;i<n;i++){
...> for(int j=0;j<=i;j++)
...> System.out.printf("%5d",y[i][j]);
...> System.out.println();
...> }
1
1 1
1 2 1
1 3 3 1
1 4 6 4 1
1 5 10 10 5 1
1 6 15 20 15 6 1
1 7 21 35 35 21 7 1
1 8 28 56 70 56 28 8 1
1 9 36 84 126 126 84 36 9 1
jshell> 4.1.5 Java5的foreach
在VB语言中有foreach循环语句，方便对数据集合遍历，C#语言也继承了foreach循环语句。Java 5增加了for循环功能扩展，实现了foreach循环功能，格式如下：
for( 元素类型 元素变量名：数组名或集合名){
循环体语句;
}例4-4：比较普通的for循环与foreach循环。
jshell> String[] str={"Java","C#","PHP","C++"};//字符串数组
str ==> String[4] { "Java", "C#", "PHP", "C++" }
jshell> for(String s:str)
...> System.out.print(s+" ");
Java C# PHP C++
jshell> for(int i=0;i<str.length;i++)
...> System.out.print(str[i]+" ");
Java C# PHP C++
jshell> 显然遍历数组时foreach循环更方便。
4.1.6 Java8 增强型工具类Arrays
4.2 字符串
4.2.1 字符串变量
字符串是一类非常重要的数据。C语言是通过字符数组来存储字符串，并以“\0”作为字符串结束标志；对字符串的操作也是通过字符数组或字符指针来实现的；C语言有字符串常量的概念，字符串常量用一对双引号（”“）括起来，但是没有字符串变量的概念。可见C语言没有真正意义上的字符串数据类型，而Java语言中的字符串已经是一个完备的数据类型。Java提供了String类型来处理字符串数据，同C语言一致，字符串常量用一对双引号（”“）括起来。 本节简单认识一下String类型，关于具体的String类型将在第8章详细介绍。 例36：测试字符串类型数据简单用法。先定义一个字符串常量”Hello”，然后赋值给字符串变量s；字符串可以通过“+”运算实现字符串连接，代码如下。
jshell> String s="Hello"; //定义一个字符串变量
s ==> "Hello"
jshell> System.out.println(s)
Hello
jshell> System.out.printf("%s,World!\n",s);
Hello,World!
$26 ==> java.io.PrintStream@3e6fa38a
jshell> System.out.println(s+",world!")
Hello,world!
jshell> 4.2.2 遍历字符串
jshell> String s="Hello"; //定义一个字符串变量
s ==> "Hello"
jshell> for(int i=0;i<s.length();i++)
...> System.out.println(s.charAt(i))
H
e
l
l
o
jshell> 4.3枚举
C语言中具有枚举类型，Java语言一开始不具有枚举类型，直到Java 5才重新引入枚举类型enum。
4.3.1 枚举定义
所谓“枚举”即是这种类型的变量值只能是若干指定的值之一。枚举类型通过enum关键字定义，格式如下：
enum 枚举名{
枚举常量列表
}其中，枚举常量名要符合标识符规定，与一般常量不同的是可以将枚举常量名小写。枚举常量之间用逗号分割，例如：
enum Season{//季节
spring,summer,autumn,winter
}Season就是一个枚举类型，它有4个常量值，可以通过“枚举类型名.枚举常量名”形式访问枚举常量。 声明一个枚举类型的变量格式与一般声明变量格式相同，例如声明一个上面定义的Season枚举型变量：
Season season;枚举变量的值只能是枚举常量，比如：
season=Seaon.spring;可以将一个枚举类型定义在Java源文件中，编译后得到字节码文件。
4.3.2枚举与for循环
枚举类型有一个values()方法，可以返回一个枚举常量数组。Java 5之后，可以使用for遍历枚举数据，语法上与增强的for循环变量数组一致。
例37：通过下面程序EnumTest.java测试枚举类型简单用法，代码如下。
jshell> enum Season{//季节
...> spring,summer,autumn,winter
...> }
| created enum Season
jshell> Season season=Season.spring;//定义一个枚举变量，取值只能是枚举常量之一
season ==> spring
jshell> System.out.println(season);
spring
jshell> for(Season s:Season.values())//遍历输出枚举类型的常量
...> System.out.println(s);
spring
summer
autumn
winter
jshell>4.3.3枚举与switch
从Java 5开始，允许switch语句的表达式是枚举类型。 例38：下面程序定义了一个Color枚举类型，然后测试switch语句对枚举类型的支持，代码如下。
jshell> enum Color{//颜色
...> red,yellow,blue,white,black
...> }
| created enum Color
jshell> Color c=Color.blue;
c ==> blue
jshell> switch(c){
...> case red:
...> System.out.println("红色");
...> break;
...> case yellow:
...> System.out.println("黄色");
...> break;
...> case blue:
...> System.out.println("蓝色");
...> break;
...> case white:
...> System.out.println("白色");
...> break;
...> case black:
...> System.out.println("黑色");
...> break;
...> default:
...> System.out.println("其他颜色");
...> }
蓝色
jshell>