Массивы (arrays) _ это упорядоченные наборы элементов одного типа. Элементами массива могут служить объекты простых и ссылочных типов, в том Числе и ссылки на другие массивы. Массивы сами по себе являются объектами и
наследуют класс Object. Объявление
int ia = new int;
Определяет массив с именем ia, который изначально указывает на набор из трех Элементов типа int.
В объявлении массива его размерность не указывается. Количество элементов массива задается при его создании посредством оператора new. Длина массива фиксируется в момент создания и в дальнейшем изменению не поддается. Впрочем, переменной типа массива (в нашем примере – ia) в любой момент может быть поставлен в соответствие новый массив с другой размерностью.
Доступ к элементам массива осуществляется по значениям их номеров-индексов.
Первый элемент массива имеет индекс, равный нулю (0), а последний – length – 1. Обращение к элементу массива выполняется посредством задания имени массива и значения индекса, заключенного в квадратные скобки, [ и ]. в предыдущем примере первым элементом массива ia будет ia, а последним – ia. При каждом обращении к элементу массива по индексу исполняющая система Java проверяет, находится ли значение индекса в допустимых пределах, и генерирует исключение типа ArraylndexOutOfBoundsException, если результат проверки ложен. 6 Выражение индекса должно относиться к типу int – только этим и ограничивается максимальное количество элементов массива.
Длину массива легко определить с помощью поля length объекта массива (которое неявно снабжено признаками publiс и final). Ниже приведен дополненный код прежнего примера, в котором предусмотрено выполнение Цикла, обеспечивающего вывод на экран содержимого каждого элемента массива ia:
for (int i = о; i < ia.length; i++)
system.out.println(i + ": " + ia[i]);
Массив нулевой длины (т.е. такой, в котором нет элементов) принято называть пустым. Обратите внимание, что ссылка на массив, равная значению null, и ссылка на пустой массив – это совершенно разные вещи. Пустой массив это реальный массив, в котором попросту отсутствуют элементы. Пустой массив представляет собой удобную альтернативу значению null при возврате из метода. Если метод способен возвращать null, прикладной код, в котором выполняется обращение к методу, должен сравнить возвращенное значение с null прежде, чем перейти к выполнению оставшихся операций. Если же метод возвращает массив (возможно, пустой), никакие дополнительные проверки не нужны – разумеется, помимо тех, которые касаются длины массива и должны выполняться в любом случае.
Допускается и иная форма объявления массива, в которой квадратные скобки задаются после идентификатора массива, а не после наименования его типа:
int ia = new int;
Прежний синтаксис, однако, считается более предпочтительным, поскольку описание типа в таком случае выглядит более компактным.
Модификаторы в объявлениях массивов
Правила употребления в объявлениях массивов тех или иных модификаторов обычны и зависят только от того, к какой категории относится массив – к полям или Локальным переменным. Существует единственная особенность, которую важно помнить, – модификаторы применяются к массиву как таковому, но не к его отдельным элементам. Если в объявлении массива указан признак final, это значит только то, что ссылка на массив не может быть изменена после его создания, но никак не запрещает возможность изменения содержимого отдельных элементов массива. Язык не позволяет задавать каких бы то ни было модификаторов (скажем, final или уоlatilе) для элементов массива.
Многомерные массивы
В Java поддерживается возможность объявления многомерных массивов (multidimensional arrays) (т.е. массивов, элементами которых служат другие массивы), Код, предусматривающий объявление двумерной матрицы и вывод на экран содержимого ее элементов, может выглядеть, например, так:
float mat = new float;
setupMatrix(mat);
for (int у = о; у < mat.length; у++) {
for (int х = о; х < mat[y].length; х++)
system.out.print(mat[y][x] + " ");
system.out.println();
При создании массива должна быть указана, по меньшей мере, его первая, "самая левая", размерность. Другие размерности разрешается не задавать – в этом случае их придется определить позже. Указание в операторе new единовременно всех размерностей – это самый лаконичный способ создания массива, позволяющий избежать необходимости использования дополнительных операторов new. Выражение объявления и создания массива mat, приведенное выше, равнозначно следующему фрагменту кода:
float mat = new float;
for (int у = о; у < mat.length; у++)
mat[y] = new float;
Такая форма объявления обладает тем преимуществом, что позволяет наряду с получением массивов с одинаковыми размерностями (скажем, 4 х 4) строить и массивы массивов различных размерностей, необходимых для хранения тех или иных последовательностей данных.
Инициализация массивов
При создании массива каждый его элемент получает значение, предусмотренное по умолчанию и зависящее от типа массива: нуль (0) – для числовых типов, ‘\u0000′ _ для char, false – для boolean и null – для ссылочных типов. Объявляя массив ссылочного типа, мы на самом деле определяем массив переменных этого типа. Рассмотрим следующий фрагмент кода:
Attr attrs = new Attr;
for (int i = о; i < attrs.length; i++)
attrs[i] = new Attr(names[i], values[i]);
После выполнения первого выражения, содержащего оператор new, переменная attrs получит ссылку на массив из 12 переменных, которые инициализированы значением null, Объекты Attr как таковые будут созданы только в процессе про хождения цикла.
Массив может инициализироваться (одновременно с объявлением) посредством конструкции в фигурных скобках, в которой перечислены исходные Значения его элементов:
String dangers = { "Львы", "Тигры", "Медведи" };
Следующий фрагмент кода даст тот же результат:
String dangers = new String; dangers = "Львы";
dangers = "Тигры";
dangers = "Медведи";
Первая форма, предусматривающая задание списка инициализаторов в фигурных скобках, не требует явного использования оператора new – он вызывается косвенно исполняющей системой. Длина массива в этом случае определяется Количеством значений-инициализаторов. Допускается и возможность явного задания оператора new, но размерность все равно следует опускать она, как и раньше, определяется исполняющей системой:
String dangers = new String { "Львы", "Тигры", "Медведи" };
Подобную форму объявления и инициализации массива разрешается применять в любом месте кода, например в выражении вызова метода:
printStringsCnew String { "раз", "два", "три" });
Массив без названия, который создается таким образом, называют анонимным (anonymous).
Массивы массивов могут инициализироваться посредством вложенных последовательностей исходных значений. Ниже приведен пример объявления массива, содержащего несколько первых строк так называемого треугольника Паскаля, где каждая строка описана собственным массивом значений.
int pascalsTriangle = {
{ 1, 4, 6, 4, 1 },
Индексы многомерных массивов следуют в порядке от внешнего к внутренним. Так, например, pascalsTriangle = " + arr); }
Упрощенный вариант цикла для вывода массива таков:
For(int inn: arr) { System.out.println("arr[" + inn + "] = " + arr); }
Удалить массив в Java можно так:
Длину массива в Java получаем так:
int arrLength = arr.length;
int firstElem = arr;
int lastElem = arr;
Как в Java задать массив переменной длины? Никак. Когда вы определяете массив, тогда и задаёте его длину, изменить её в дальнейшем нельзя. В таких случаях используют коллекции, например: Vector, ArrayList и др.
Итак, перемнной длина массива быть не может. Но можно использовать переменную при определении массива. Если так:
int cd;
int ab = new int;//Error.
то получим ошибку, длина массива не может быть переменной.
Надо задать значение cd:
int cd = 10;
int ab = new int;
Теперь нормально. Если после определения массива изменить переменную cd, то это не повлияет на массив, т.е. его длина не изменится. Пример:
Int cd = 10; int ab = new int; cd = 12;// Это можно arrLength = ab.length; System.out.println("ab array length = " + arrLength); //Выводит: ab array length = 10 ab=4;// А вот здесь ошибка
Получим ошибку:
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 11
Максимальный индекс нашего массива равен 9-ти. Изменение значения переменной cd не влияет на массив, ведь он уже определен и его длина есть константа.
Переменные можно использовать для обращения к элементам массива:
Int var = 1;
int elem = arr;
var = 2;
elem = arr;
Пример массива символов в Java и его вывода:
Char charArr = {"S", "B", "P"}; for(int inn = 0; inn < charArr.length; inn++) { System.out.println("charArr[" + inn + "] = " + charArr); }
Заполнить массив можно с помощью статического метода fill.
Массив - это структура данных, в которой хранятся величины одинакового типа. Доступ к отдельному элементу массива осуществляется с помощью целого индекса. Например, если а - массив целых чисел, то значение выражения а [ i ] равно i-му целому числу в массиве. Массив объявляется следующим образом: сначала указывается тип массива, т.е тип элементов, содержащихся в массиве, за которым ставится пара пустых квадратных скобок, а затем - имя переменной. Например, вот как объявляется массив, состоящий из целых чисел: int a; Однако этот оператор лишь объявляет переменную а, не инициализируя ее настоящим массивом. Чтобы создать массив, нужно применить оператор new . int a = new int [ 100 ] ; Этот оператор создает массив, состоящий из 100 целых чисел. Элементы этого массива нумеруются от 0 до 99 (а не от 1 до 100). После создания массив можно заполнять, например, с помощью цикла. int а = new int [ 100 ] ; for (int i = 0 ; i < 100 ; i++ ) a[ i] = i; //Заполняет массив числами от 0 до 99 Если вы попытаетесь обратиться к элементу а (или любому другому элементу, индекс которого выходит за пределы диапазона от 0 до 99), создав массив, состоящий из 100 элементов, программа прекратит работу, поскольку возникнет исключительная ситуация, связанная с выходом индекса массива за пределы допустимого диапазона. Чтобы подсчитать количество элементов в массиве, используйте метод имя Массива.length . Например, for (int i = 0 ; i < a. length; i++ , System. out. println (a[ i] ) ) ; После создания массива изменить его размер невозможно (хотя можно, конечно, изменять отдельные его элементы). Если в ходе выполнения программы необходимо часто изменять размер массива, лучше использовать другую структуру данных, называемую списком массивов (array list). Массив можно объявить двумя способами: int a; или int a ; Большинство программистов на языке Java предпочитают первый стиль, поскольку в нем четче отделяется тип массива int (целочисленный массив) от имени переменной.
Рис.3.1. Копирование массива
Например, показанные ниже операторы, результаты работы которых изображены на рис. 3.2, создают два массива, а затем копируют последние четыре элемента первого массива во второй. Копирование начинается со второй позиции в исходном массиве, а копируемые элементы помещаются в целевой массив, начиная с третьей позиции.
int
smallPrimes =
{
2
,
3
,
5
,
7
,
11
,
13
}
;
int
luckyNumbers =
{
1001
,
1002
,
1003
,
1004
,
1005
,
1006
,
1007
}
;
System.
аrrаусору(smallPrimes,
2
,
luckyNumbers,
3
,
4
)
;
for
(int
i =
0
;
i <
luckyNumbers.
length;
i++
)
System.
out.
println
(i +
": "
+
luckyNumbers[
i]
)
;
Выполнение этих операторов приводит к следующему результату.
0
:
1001
1
:
1002
2
:
1003
3
:
5
4
:
7
5
:
11
6
:
13
Рис. 3.2. Копирование элементов массива
Массив в языке Java значительно отличается от массива в языке C++. Однако он практически совпадает с указателем на динамический массив. Это значит, что оператор
int
a =
new
int
[
100
]
;
//Java
эквивалентен оператору
int
*
=
new
int
[
100
]
;
//C++,
а не
int
a[
100
]
;
//C++
В языке Java оператор пo умолчанию проверяет диапазон изменения индексов. Кроме того, в языке Java нет арифметики указателей - нельзя увеличить указатель а, чтобы обратиться к следующему элементу массива.
Ссылка на перво
Массив (англ. array) представляет собой мощный инструмент, позволяющий работать с большим количеством данных. Очевидно, что если вам в процессе работы вашего кода где-то нужно сохранить, к примеру, 100 значений, то делать для этого такое же количество переменных как минимум неразумно. Массив позволяет хранить большое количество значений под одним именем и обращаться к ним по соответствующему индексу. Понятие массивов является краеугольным камнем в изучении курса Java для начинающих. Ведь они являются основой для многих структур данных.
Поскольку Java это, прежде всего, ООП, по сравнению с массивами в других языках программирования имеет одну отличительную особенность - они представляются в виде объектов. Помимо прочих преимуществ, это избавляет от нужды следить за очисткой памяти, поскольку она освобождается автоматически.
Одномерный массив представляется собой классический и является совокупностью связанных общим именем элементов, каждому из которых соответствует определенный индекс. Способ объявления массива приведен на рисунке ниже.
Вначале объявляется тип Java array, который определяет тип значений, хранящихся в нем. Это может быть любой допустимый в Далее идут имя массива и квадратные скобки, сообщающие компилятору, что данная переменная является массивом. Обратите внимание на важный факт. можно ставить как после базового типа массива, так и после имени массива. После знака равенства указывается оператор new, инициирующий выделение памяти под массив (так же, как и в случае с объектами), тип элементов, которые будут храниться в нем (должен быть совместим с базовым типом, объявленным ранее), и, наконец, их количество, указанное в квадратных скобках.
Нумерация элементов в Java array начинается с 0. Так, индекс первого элемента в данном массиве будет равен 0, а шестого - 5. Чтобы обратиться к конкретному элементу массива, например, пятому, достаточно указать имя массива и индекс элемента в квадратных скобках рядом с именем. Таким образом можно как присваивать значение элементу, так и извлекать его. Однако следует быть внимательным, поскольку если передать индекс, по которому не существует элемента, то возникнет ошибка.
Многомерные массивы представляют собой ряды одномерных, на которые ссылаются элементы других массивов. Иными словами, Наиболее простыми среди них являются двумерные. На их примере мы и попытаемся разобраться с понятием. Для наглядности на рисунке ниже приведены синтаксис и схема, описывающая структуру двумерного массива.
Как видим, синтаксис не особо отличается от одномерных массивов. Давайте разберем структуру. В первых скобках мы выделили место под 5 элементов. Эти элементы являются ничем иным как ссылками на отдельные массивы. При этом размер каждого из них определен числом во вторых скобках. По сути, аналогом двумерных массивов в математике являются матрицы. Обратите внимание, что помимо элементов, в памяти выделяется отдельное место, где хранится значение длины массива (length). Как правило, работа с многомерными массивами осуществляется посредством вложенных циклов for.
Двумерный массив является массивом массивов. Это мы уже выяснили. Но могут ли массивы, содержащиеся в нем, иметь разную длину? Ответ - да, могут. Для этого в Java предусмотрена возможность объявлять двумерный массив специальным образом. К примеру, мы хотим создать двумерный массив, который хранил бы в себе три одномерных массива длиной 2, 3 и 4 соответственно. Объявляется он следующим образом:
intarr = newint;
Обратите внимание, что мы не указали число во вторых скобках. Определение размера массивов в arr делается так:
Обращаясь к элементу под индексом 0, указывающему на первый массив, мы объявляем его с размерностью 2. Под элементом с индексом 1 будет храниться массив размерностью 3, и так далее. Все довольно просто.
Инициализировать массивы можно и непосредственно при их создании. Это довольно просто.
Обратите внимание на объявление массивов jerseyNumber и playerName.
В случае с двумерными массивами данное объявление выглядит так:
Для этого вместо оператора new открываются фигурные скобки, в которых через запятую идет перечисление всех элементов. Java в этом случае автоматически выделяет память под них и индексирует их соответствующим образом.
Для работы с такими сущностями, как массивы в Java, в пакете java.util имеется специальный класс Arrays, который предоставляет множество статических методов, значительно облегчающих операции с ними. Перечень основных методов представлен на рисунке ниже.
Разберем некоторые самые полезные Java array методы:
CopyOf (массив, длина) - возвращает копию переданного массива соответствующей длины. Если переданная длина больше оригинального массива, то все «лишние» элементы заполняются значением по умолчанию (0, если простой тип, и null , если ссылочный).
CopyOfRange (массив, первый индекс, последний индекс) - не указанный на рисунке, но полезный метод. Он копирует часть переданного массива, определенную соответствующими индексами, начиная с первого и заканчивая последним.
Sort (массив) - сортирует элементы массива по возрастанию.
Fill (массив, значение) - заполняет переданный массив соответствующим значением.
BinarySearch (массив, значение) - возвращает индекс, под которым элемент с соответствующим значением находится в переданном отсортированном массиве. Если же такой элемент отсутствует, то возвращается отрицательное число.
Поскольку методы статические, то для их вызова не требуется создавать экземпляр класса Arrays. Они вызываются напрямую из него: Arrays.sort(arr).
Мы рассмотрели наиболее важные аспекты относительно массивов, и для тех, кто только приступает к изучению Java для начинающих, этого хватит для базового понимания такой сущности, как массив, и основных приемов работы с ним. Конечно, практика даст больше понимания работы данного инструмента. Поэтом не поленитесь сделать несколько упражнений, манипулируя массивами различными способами.
Вспомогательный класс Array Java используется уже в «боевых» условиях, поэтому для начала рекомендуется учиться производить все основные операции с массивами вручную.
Думаю, мало кто из готовящихся к своему первому интервью, при приеме на первую работу в должности (pre)junior программиста, ответит на этот вопрос отрицательно. Или хотя бы усомнится в положительном ответе. Конечно, такая простая структура данных с прямым доступом по индексу - никаких подвохов! Нет, в некоторых языках типа JavaScript или PHP массивы, конечно, реализованы очень интересно и по сути являются много большим чем просто массив. Но речь не об этом, а о «традиционной» реализации массивов в виде «сплошного участка памяти». В этом случае на основании индексов и размера одного элемента просто вычисляется адрес и осуществляется доступ к соответствующему значению. Что тут сложного?
Давайте разберемся. Например, на Java. Просим ничего не подозревающего претендента создать массив целых чисел n
x n
. Человек уверено пишет что-то в духе:
int g = new int[n][n];
Отлично. Теперь просим инициализировать элементы массива чем-нибудь. Хоть единицами, хоть суммой индексов. Получаем:
for(int i = 0; i < n; i++) {
for(int j = 0; j < n; j++) {
g[i][j] = i + j;
}
}
Даже чаще пишут
for(int i = 0; i < g.length; i++) {
for(int j = 0; j < g[i].length; j++) {
g[i][j] = i + j;
}
}
что тоже повод для беседы, но сейчас речь о другом. Мы ведь пытаемся выяснить, что человек знает и посмотреть, как он думает. По этому обращаем его внимание на тот факт, что значения расположены симметрично и просим сэкономить на итерациях циклов. Конечно, зачем пробегать все значения индексов, когда можно пройти только нижний треугольник? Испытуемый обычно легко соглашается и мудро выделяя главную диагональ старательно пишет что-то в духе:
for(int i = 0; i < n; i++) {
g[i][i] = 2* i;
for(int j = 0; j < i; j++) {
g[j][i] = g[i][j] = i + j;
}
}
Вместо g[i][i] = 2* i;
часто пишут g[i][i] = i + i;
или g[i][i] = i << 1;
и это тоже повод поговорить. Но мы идем дальше и задаем ключевой вопрос: На сколько быстрее станет работать программа?
. Обычные рассуждения такие: почти в 2 раза меньше вычислений индексов; почти в 2 раза меньше вычислений значений (суммирование); столько же присваиваний. Значит быстрее процентов на 30. Если у человека за плечами хорошая математическая школа, то можно даже увидеть точное количество сэкономленных операций и более аргументированную оценку эффективности оптимизации.
Теперь самое время для главного удара. Запускаем оба варианта кода на каком-нибудь достаточно большом значении n
(порядка нескольких тысяч), например, так .
Код с контролем времени
class A {
public static void main(String args) {
int n = 8000;
int g = new int[n][n];
long st, en;
// one
st = System.nanoTime();
for(int i = 0; i < n; i++) {
for(int j = 0; j < n; j++) {
g[i][j] = i + j;
}
}
en = System.nanoTime();
System.out.println("\nOne time " + (en - st)/1000000.d + " msc");
// two
st = System.nanoTime();
for(int i = 0; i < n; i++) {
g[i][i] = i + i;
for(int j = 0; j < i; j++) {
g[j][i] = g[i][j] = i + j;
}
}
en = System.nanoTime();
System.out.println("\nTwo time " + (en - st)/1000000.d + " msc");
}
}
под спойлер
program Time;
uses
Windows;
var
start, finish, res: int64;
n, i, j: Integer;
g: Array of Array of Integer;
begin
n:= 10000;
SetLength(g, n, n);
QueryPerformanceFrequency(res);
QueryPerformanceCounter(start);
for i:=1 to n-1 do
for j:=1 to n-1 do
g := i + j;
QueryPerformanceCounter(finish);
writeln("Time by rows:", (finish - start) / res, " sec");
QueryPerformanceCounter(start);
for i:=1 to n-1 do
for j:=1 to n-1 do
g := i + j;
QueryPerformanceCounter(finish);
writeln("Time by cols:", (finish - start) / res, " sec");
end.
Если есть необходимость копнуть глубже именно в реализацию Java, то просим соискателя понаблюдать за временем выполнения для небольших значений n
. Например, на ideone.com для n=117 «оптимизированный» вариант работает вдвое медленнее. Но для следующего значения n=118 он оказывается уже в 100 (сто) раз быстрее не оптимизированного! Предложите поэкспериментировать на локальной машине. Пусть поиграет с настройками.
Кстати, а всем понятно, что происходит?
Несколько слов в оправдание
Хочу сказать несколько слов в оправдание такого способа собеседования при найме. Да, я не проверяю знание синтаксиса языка и владение структурами данных. Возможно, при цивилизованном рынке труда это все работает. Но в наших условиях тотальной нехватки квалифицированных кадров, приходится оценивать скорее перспективную адекватность претендента той работе с которой он столкнется. Т.е. способность научиться, прорваться, разобраться, сделать.
По духу это похоже на «собеседованию» при наборе легионеров в древнем Риме. Будущего вояку сильно пугали и смотрели краснеет он или бледнеет. Если бледнеет, то в стрессовой ситуации у претендента кровь отливает от головы и он склонен к пассивной реакции. Например, упасть в обморок. Если же соискатель краснел, то кровь у него к голове приливает. Т.е. он склонен к активным действиям, бросаться в драку. Такой считался годным.
Ну и последнее. Почему я рассказал об этой задаче всем, а не продолжаю использовать её на собеседованиях? Просто, эту задачу уже «выучили» потенциальные соискатели и приходится использовать другие.
Собственно на этот эффект я обратил внимание именно в связи с реальной задачей обработки изображений. Ситуация была несколько запутанная и я не сразу понял почему у меня так просел fps после рефакторинга. А вообще таких чуднЫх моментов наверное много накопилось у каждого.
Пока лидирует версия, что «виноват» кэш процессора. Т.е. последовательный доступ в первом варианте работает в пределах хэша, который обновляется при переходе за определенную границу. При доступе по столбцам хэш вынужден постоянно обновляться и это занимает много времени. Давайте проверим эту версию в самом чистом виде. Заведем массив и сравним, что быстрее - обработать все элементы подряд или столько же раз обработать элементы массива со случайным номером? Вот эта программа - ideone.com/tMaR2S . Для 100000 элементов массива случайный доступ обычно оказывается заметно быстрее. Что же это означает?
Тут мне совершенно справедливо указали (Big_Lebowski), что перестановка циклов меняет результаты в пользу последовательного варианта. Пришлось для чистоты эксперимента поставить цикл для разогрева. Заодно сделал несколько повторов, чтобы вывести среднее время работы как советовал leventov. Получилось так ideone.com/yN1H4g . Т.е. случайный доступ к элементам большого массива на ~10% медленнее чем последовательный. Возможно и в правду какую-то роль может сыграть кэш. Однако, в исходной ситуации производительность проседала в разы. Значит есть еще что-то.
Постепенно в лидеры выходит версия про дополнительные действия при переходе от одной строки массива к другой. И это правильно. Осталось разобраться, что же именно там происходит.
Теги:
