Клас Arrays, частина 2

1. Метод Arrays.fill()

Дуже часто у Java-програмістів при роботі з масивами виникає завдання: заповнити масив однаковими значеннями. Можна, звісно, написати цикл і просто у циклі присвоїти кожній комірці масиву певне значення:

int[] x = new int[100];
for (int i = 0; i < x.length; i++)
x[i] = 999;

А можна просто викликати метод Arrays.fill(), який робить точно те саме: заповнює переданий масив переданим значенням. Ось як це виглядає:

Arrays.fill(ім'я, значення)

І код із прикладу вище можна зробити трохи компактніше і зрозуміліше:

int[] x = new int[100];
Arrays.fill(x, 999);

А ще за допомогою методу Arrays.fill() можна заповнити певним значенням не весь масив, а його частину:

Arrays.fill(ім'я, перший, останній, значення)

Де перший і останній — це номери першої та останньої комірок, які потрібно заповнити.

Приклад:

int[] x = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

Arrays.fill(x, 3, 7, 999);


String str = Arrays.toString(x);

"[1, 2, 3, 999, 999, 999, 999, 8, 9, 10]"

Метод Arrays.fill() працює лише з одномірними масивами. Якщо в нього передати двовимірний масив, він буде оброблений як одномірний, з усіма наслідками, що з цього випливають.

2. Метод Arrays.copyOf()

Як ви вже знаєте, розмір контейнера масиву після його створення змінити не можна.

А якщо дуже хочеться?

Ну, якщо дуже хочеться, то можна:

• Створити новий масив потрібної довжини
• Скопіювати в нього всі елементи з першого масиву.

Саме це, до речі, й робить метод Arrays.copyOf(). Ось як виглядає його виклик:

тип[] ім'я2 = Arrays.copyOf(ім'я, довжина);

Цей метод не змінює існуючий масив, замість цього він створює новий масив і копіює в нього елементи старого масиву.

Якщо елементи не помістилися (довжина менша за довжину існуючого масиву), то зайві значення ігноруються.

Якщо довжина нового масиву більша за довжину старого, осередки заповнюються нулями.

Приклад:

int[] x = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

int[] x2 = Arrays.copyOf(x, 5);
String str2 = Arrays.toString(x2);

int[] x3 = Arrays.copyOf(x, 15);
String str3 = Arrays.toString(x3);

"[1, 2, 3, 4, 5]"

"[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 0, 0, 0, 0, 0]"

3. Метод Arrays.copyOfRange()

А що робити, якщо ви хочете отримати масив довжиною 5 з масиву довжини 10, але щоб у ньому були не перші 5 елементів, а 5 останніх?

Саме для цього випадку вам знадобиться ще один метод класу Arrays – метод Arrays.copyOfRange() Ось як виглядає його виклик:

тип[] ім'я2 = Arrays.copyOfRange(ім'я, перший, останній);

Цей метод теж створює новий масив, але заповнює його даними із довільного місця вихідного масиву. Де перший і останній — це номери першої та останньої комірок, які мають бути у новому масиві.

Приклад:

int[] x = {11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20};

int[] x2 = Arrays.copyOfRange(x, 5, 10);
String str2 = Arrays.toString(x2);

int[] x3 = Arrays.copyOfRange(x, 5, 15);
String str3 = Arrays.toString(x3);

"[16, 17, 18, 19, 20]"

"[16, 17, 18, 19, 20, 0, 0, 0, 0, 0]"

4. Метод Arrays.sort()

Ну і найцікавіше — сортування. У програмуванні сортувати масиви доводиться дуже часто. Три найчастіші дії при роботі з масивами:

• Сортування масиву
• Пошук мінімального (або максимального) елемента масиву
• Визначення індексу елемента в масиві (пошук елемента в масиві)

І саме тому розробники Java включили в клас Arrays метод sort(). Ось як виглядає його виклик:

Arrays.sort(ім'я);

Цей метод сортує переданий масив за зростанням.

Приклад:

int[] x = {11, -2, 3, 0, 999, -20, 8, -20, 99, -20};

Arrays.sort(x);

String str = Arrays.toString(x);

"[-20, -20, -20, -2, 0, 3, 8, 11, 99, 999]"

Круто, так? Викликав один метод, і ось у вас ще й відсортований масив. Красота.

До речі, сортувати можна не тільки весь масив, а й частину масиву. Ось як виглядає його виклик:

Arrays.sort(ім'я, перший, останній);

Де перший і останній — це номери першої та останньої ячейок, яких має торкнутися сортування.

Приклад:

int[] x = {11, -2, 3, 0, 999, -20, 8, -20, 99, -20};

Arrays.sort(x, 4, 8);
String str = Arrays.toString(x);

"[11, -2, 3, 0, -20, -20, 8, 999, 99, -20]"

У Java для сортування масивів використовується найшвидший алгоритм сортування — QuickSort. Швидкість його сортування залежить від розміру масиву і розраховується за формулою N*Log(N).

Сортування масиву зі 1000 елементів міститиме близько 3_000 порівнянь ячейок масиву. Сортування масиву з мільйона елементів міститиме близько 6 мільйонів порівнянь.

5. Метод Arrays.binarySearch()

Ну і останній з найцікавіших методів класу Arrays вміє шукати задане значення в масиві. Це не звичайний пошук, а так званий бінарний пошук. Суть його ось у чому:

• Попередньо масив сортується
• Потім середній елемент масиву порівнюється з шуканим (з тим, який ми шукаємо).
• Якщо шуканий більший за середній, пошук продовжується в правій половині масиву.
• Якщо шуканий елемент менший за середній, пошук продовжується в лівій половині масиву

Завдяки тому, що масив відсортований, можна за одне порівняння відсіяти половину масиву. Потім на наступному кроці відсіяти ще половину і т. д.

Такий підхід робить бінарний пошук дуже швидким. У масиві з мільйона(!) елементів він може знайти індекс потрібного елемента всього за 20 порівнянь. Мінусом такого підходу є те, що масив попередньо потрібно відсортувати, а сортування теж займає час.

Ось як виглядає його виклик:

int index = Arrays.binarySearch(ім'я, значення);

Де ім'я — це ім'я масиву, який потрібно передати вже відсортованим (наприклад, за допомогою функції Arrays.sort()). значення — це той елемент, який шукається в масиві. Метод повертає результат — індекс шуканого елемента в масиві (номер комірки масиву).

Приклади:

int[] x = {11, -2, 3, 0, 999, -20, 8, -20, 99, -20};
Arrays.sort(x);

int index1 = Arrays.binarySearch(x, 0);
int index2 = Arrays.binarySearch(x, -20);
int index3 = Arrays.binarySearch(x, 99);
int index4 = Arrays.binarySearch(x, 5);

{-20, -20, -20, -2, 0, 3, 8, 11, 99, 999}

Якщо шуканих елементів у масиві декілька, просто повернеться номер одного з них (немає гарантій, що це буде, наприклад, найперший або навпаки — найостанніший з однакових елементів).

Якщо елемент у масиві не знайдено, індекс буде від’ємним.

6. Посилання на Oracle документацію по класу Arrays

Якщо вам дуже цікаво, повністю інформацію про клас Arrays і всі його методи ви можете прочитати в офіційній документації на сайті Oracle:

https://docs.oracle.com/en/java/javase/14/docs/api/java.base/java/util/Arrays.html

Можете прочитати, наприклад, про методи Arrays.mismatch() та Arrays.compare(). Може, знайдете в них для себе щось корисне.

І нехай вас не бентежить кількість методів – там у кожного методу є 5-10 копій, які відрізняються лише типом параметрів.