Массивы. Часть 1 – Введение.

Массив – это упорядоченная совокупность, или пронумерованный список, значений ссылка на который выполняется по общему имени. Это могут быть как примитивные значения, так и объекты или даже другие массивы, однако все значения массива должны принадлежать одному типу. Тип массива идентичен типу содержащихся в нем значений.

Массивы относятся к ссылочным типам данных, собственно как и все остальные типы, кроме примитивных. Напомню еще раз, что в Java все является объектом, исключение составляют лишь примитивные типы.

Массивы могут быть одномерными и многомерными.

Процесс создания массива можно разделить на три этапа:

• Объявление (declaration)
• Создание (instantation)
• Инициализация  (initialization)

Объявление (declaration) массива

На этом этапе определяется только переменная типа ссылка (reference) на массив, содержащая тип массива. Для этого записывается имя типа элементов массива, квадратными скобками указывается, что объявляется ссылка на массив, а не простая переменная, и перечисляются имена переменных ссылочного типа, например:

int[] numbers; // numbers ссылка на массив int-ов
String[] str; // str ссылка на массив строк
byte[][] twoBytes; // twoBytes ссылка на двумерный массив байтов
char[] letters, digits; //letters и digits ссылки на массивы символов

По существу объявление массивов, точно такая же операция как и объявление любых других типов данных, правда имеющая немного свой синтаксис, так как это все таки массивы.

Java поддерживает еще один синтаксис объявления переменных типа массив, обеспечивающий совместимость с С и С++. Согласно этому синтаксису, одна или несколько пар квадратных скобок следуют за именем переменной, а не за именем типа:

byte arrayOfBytes[]; // То же, что и byte[] arrayOfBytes
byte arrayOfArrayOfBytes[][]; // То же, что и byte[][] arrayOfArrayOfBytes
byte[] arrayOfArrayOfBytes[]; // То же, что и byte[][] arrayOfArrayOfBytes

Однако зачастую такой синтаксис сбивает с толку, поэтому его следует избегать. В следующем примере, легко спутать что имелось в виду:

float rates[], maxRate; // может хотели объявить два массива?

Такой синтаксис не рекомендуется использовать, так как уже говорилось, что он сбивает  с толку, кроме того, в соглашения по оформлению Java кода, рекомендуется синтаксис, который был приведен первым, то есть квадратные скобки следуют сразу за типом объявляемого массива.

В данном случае объявлены массив значений типа float с именем rates и переменная типа float – maxRate.

То есть, если квадратные скобки стоят сразу после типа объявляемого массива, то все переменные которые объявлены в этой строке являются ссылками на массивы объявляемого типа, а если же скобки стоят справа от переменной, то только она является ссылкой на массив объявленного типа.

Следует понимать, что данная операция объявления массива еще не создает массив, а только объявляет переменную являющуюся ссылкой на него, которую без инициализации нельзя использовать в программе, так как компилятор выдаст ошибку, что переменная массива не инициализирована.

Пока объявленная переменная массива не определена, она может содержать (если вы присвоите) значение null. И только после определения она будет содержать ссылку на конкретный объект.

Указать длину массива при объявлении переменной массива невозможно, поскольку размер является строго функцией объекта массива, а не ссылки на него.

Важно понимать разницу между ссылкой на массив (имя переменной массива) и самим массивом, то есть объектом, на который указывает эта ссылка.

Создание (instantation) массива

На этом этапе указывается количество элементов массива, называемое его размером, выделяется место для массива в оперативной памяти, переменной-ссылке присваивается оператором = адрес массива. Все эти действия производятся оператором new за которым следует тип элементов массива. Например:

letters = new char[10]; // создали массив char-ов размеров в 10 элементов

Но стоит еще раз заметить, что до этого переменная letters, должна быть объявлена как массив. Чтобы было более понятно, это можно представить вот так:

char[] letters; // объявили letters как ссылку на массив символов char
letters = new char[10]; // создали массив char-ов размеров в 10 элементов

При создании массива с таким синтаксисом все элементы массива автоматически инициализируются значениями по умолчанию. Это false для значений boolean, '\u0000'  для значений char, 0 для целых значений, 0.0 для значений с плавающей точкой и null для объектов или массивов.

В Java размер массива фиксирован. Созданный массив нельзя увеличить или уменьшить. Желаемый размер создаваемого массива задается неотрицательным целым числом. Но в любое время переменной типа массива может быть сопоставлен новый массив другого размера. То есть может быть присвоена ссылка на другой массив того же типа что и объявленная переменная.

Индексы массивов всегда начинаются с 0.

Первые две операции: объявление и создание массива можно объединить в один оператор. Например:

char[] letters = new char[10];

Этот оператор эквивалентен двум приведенным выше.

После данной операции переменная letters будет уже содержать ссылку на массив и если попробовать вывести ее значение то мы получим значение, что то вроде [C@659e0bfd. А все элементы массива, как уже говорилось будут содержать значения по умолчанию для объявленного типа.

Создать массив можно только при помощи оператора new, но ссылку на уже существующий массив можно присвоить другой ссылке того же типа. Например:

int[] a = new int[4];
int[] b =a;

Но надо иметь в виду, что переменные a и b указывают на один и тот же массив. По началу это может сбивать с толку, но если помнить что мы имеем дело с ссылочными типами данных, то все становится на свои места. Если этот момент не понятен, то чуть позже мы все это разберем на примерах.

Следует, так же, еще раз упомянуть, что ссылке (переменной массива) можно присвоить "пустое" значение null, не указывающее ни на какой адрес оперативной памяти:

a=null;

После этого массив, на который указывала данная ссылка, теряется, если на него не было других ссылок.

Размер или длину массива можно получить при помощи константы length, которая определена для каждого массива и возвращает его длину. Мы ей уже не раз пользовались в примерах когда работали с аргументами переданной в командной строке.

Можно создавать и использовать массивы нулевой длины (пустой массив). Например:

boolean[] bits = new boolean[0];

Инициализировать такой массив нельзя, так как у него просто нет элементов которые можно инициализировать. Сразу же возникает вопрос, а на кой ляд они тогда вообще нужны эти пустые массивы? Но они нужны и даже очень полезны!

Пустой массив принято использовать в тех местах программы, где заранее неизвестно, будут элементы или нет. Если элементы будут, то возвращается непустой массив, если элементов нет - пустой массив. Примером может служить массив строк который передается в метод main() и содержит аргументы командной строки, а если их нет, то возвращается пустой массив.

Пустой массив лучше, чем null, потому что не требует отдельного if'а для обработки. То же верно для списков и других коллекций. Именно поэтому существуют методы Collections.emptyList, emptySet, emptyMap.

Инициализация (initialization) массива

На этом этапе элементы массива получают начальные значения. Инициализировать элементы массива значениями можно несколькими способами:

1. Присвоить каждому элементу массива конкретное значение (это можно сделать например в цикле, но до этого массив уже должен быть объявлен и создан)
2. Инициализировать массив при помощи перечисления значений его элементов в фигурных скобках (это можно сделать как на этапе объявления, так и на этапе создания, но синтаксис при этом разный)

Обращается к конкретному элементу массива можно по его индексу, который начинается с нуля, как это уже говорилось.

Индексы можно задавать любыми целочисленными выражениями, кроме типа long, например a[i+j] , a[i%5] , a[++i] . Исполняющая система Java следит за тем, чтобы значения этих выражений не выходили за границы длины массива. Если же выход все же произойдет интерпретатор Java в таком случае прекратит выполнение программы и выведет на консоль сообщение о выходе индекса массива за границы его определения (ArrayIndexOutOfBoundsException).

Рассмотрим пример первого способа инициализации:

int[] ar = new int[2];
ar[0]=1;
ar[1]=2;

Второй способ инициализации можно реализовать по разному.

Инициализацию массива можно совместить с этапом создания, но до этой операции массив уже должен быть объявлен. Например:

int[] ar; // объявление массива
ar = new int[]{1,2}; // создание и инициализация

До создания и инициализации массива ar он уже был объявлен.

Так же инициализировать массив можно на этапе его объявления следующим синтаксисом:

int[] ar = {1,2}; // объявление, создание и инициализация массива

Внимание! Этот синтаксис инициализации массива работает только при объявлении массива и совмещает сразу все три операции объявление, создание и инициализацию. Если массив уже объявлен, то такой синтаксис использовать нельзя. Компилятор выдаст ошибку. То есть:

int[] ar; // объявление массива
ar = {1,2}; // ОШИБКА!!! создание и инициализация массива

Такое действо не прокатит.

Так же можно инициализировать на этапе объявления и чуть чуть по другому:

int[] ar = new int[]{1,2}; // объявление, создание и инициализация

Хотя этот синтаксис более длинный. Если вы заметили, то данный синтаксис это тоже совмещение всех трех операций: объявления, создания и инициализации.

В Java предусмотрен синтаксис, который поддерживает анонимные массивы (они не присваиваются переменным и, следовательно, у них нет имен). Иногда массив нужно задействовать лишь один раз (например, передать его методу), следовательно, вы не хотите тратить время на присваивание его переменной, поэтому можно сразу же использовать результат оператора new. Например:

System.out.println(new char[] { 'H', 'e', 'l', 'l', 'o' });

Синтаксис инициализации массивов с помощью фигурных скобок называется литеральным, поскольку для инициализации используется массив-литерал.

Важно понимать что массивы-литералы создаются и инициализируются во время выполнения программы, а не во время ее компиляции. Рассмотрим следующий массив-литерал:

int[] perfectNumbers = {6, 28};

Он компилируется в такой байт-код Java:

int[] perfectNumbers = new int[2];
perfectNumbers[0] = 6;
perfectNumbers[1] = 28;

Поэтому если вам нужно разместить в Java программе много данных, лучше не включать их непосредственно в массив, поскольку компилятору Java придется создавать много байткодов инициализации массива, а затем интерпретатору Java нужно будет кропотливо выполнять весь этот код. В таких случаях лучше сохранять данные во внешнем файле и считывать их в программу во время ее выполнения.

Однако тот факт, что Java инициализирует массив во время выполнения программы, имеет важные последствия. Это означает, что элементы массива-литерала являются произвольными выражениями, вычисляемыми во время выполнения программы, а не постоянными выражениями, вычисляемыми компилятором. Например:

Point[] points = { circle1.getCenterPoint(), circle2.getCenterPoint() };

Теперь немножко попрактикуемся.

В хорошо нам известном методе main(), как раз и используется возможность возврата массива нулевой длины если в командной строке нет аргументов, что позволяет избежать использования оператора if для проверки на null, дабы избежать ошибки во время исполнения программы.

То есть мы сразу можем использовать массив в цикле, правда соблюдая правила чтобы не выйти за пределы максимального индекса.

В начале программы мы выводим значение длины массива, а затем в первом цикле последовательно выводим все значения элементов массива. Второй цикл делает то же самое, но извращенным способом.

Второй пример я привет чтобы порадовать ваш мозг расширить ваше сознание  вам не было скучно знали как можно делать, но как не нужно, ну и чисто в учебно-образовательных целях. Может на досуге разберетесь как работает второй цикл.

Данная программа генерирует следующий вывод:

В первом случае мы не вводили ни каких аргументов, поэтому получили массив нулевой длины, который не был обработан в циклах, поскольку не удовлетворяет условиям циклов.

Во втором случае мы передали аргументы в командной строке и следовательно массив был обработан в циклах.