第 5 章 陣列與字串

1. 第5章　陣列與字串 Java 2 程式設計入門與應用

2. 目錄 • 5-1　陣列 • 5-2　排序與搜尋 • 5-3　字元與字串陣列 • 溫故知新 • 自我突破習題

3. 5-1　陣列 • 5-1.1　陣列的意義 • 5-1.2　一維陣列的宣告 • 5-1.3　一維陣列初始值的設定 • 5-1.4　二維陣列的宣告 • 5-1.5　二維陣列初始值的設定

4. 前言： • 陣列（Array）是一群由相同型態的元素所集合而成的特殊型態，當程式需要一系列具有相同型態的多項資料時，便可以利用陣列來存取資料，有別於每個變數只能儲存一個資料的特性。

5. 5-1.1　陣列的意義 • 變數是指程式中可以用來儲存資料空間的名稱，使用者可以用它來存放任何數值、文字……等資料，如同每個人有一個名字一樣，當程式中需要使用某變數時，可以用此名稱來稱呼它。 • 若程式中需要一系列具有相同型態的多項資料時，如果一個一個加以設定成變數的話，對於量小的資料，可能還好，但對於量大的資料，可能吃不消，光是定義變數名稱，就得想好幾個。這時如果使用陣列來代表這一系列的多項資料，便輕鬆多了！ • 其實，可以將陣列想成電腦中一塊連續的記憶體，這塊連續記憶體被分成許多相同大小的小空間，每個小空間會依照順序從0開始給予一個編號，日後若需要某個小空間的資料，就可以用編號來存取該小空間的資料。

6. 一維陣列： • 依照排列的方式，陣列分為一維陣列和多維陣列。 • 一維陣列是指這些小空間是以直線的方式排列，而且每個小空間都依序編號來區別，此順序編號稱為索引值（Index），而陣列中每一個小空間所存放的資料稱為元素（Element）。

7. 多維陣列： • 而多維陣列是指二維陣列、三維陣列、四維陣列……等，以二維陣列來說，二維陣列是指這些小空間會以兩個編號來區別。

9. 5-1.2　一維陣列的宣告 • 在程式中想要使用陣列儲存資料時，必須先為陣列命名，以便在程式中呼叫。 • 陣列命名的原則與變數都是一樣的，而且資料型別也與變數相同，所以如果對變數的命名方式與變數資料型別都了解的話，可以直接應用在陣列中。 • 在Java中，只要在陣列名稱前面加上資料型別的名稱（資料的型別與變數的型別一樣，有位元組、短整數、整數、長整數、浮點數、倍精度浮點數、布林、字元等），就達到宣告的動作。

10. 以下是宣告一維陣列的語法： • 在宣告陣列時，如果不指定初始值，就要利用關鍵字new配置記憶體空間給該陣列，其語法如下： • 上述語法中的陣列名稱只要依照變數的命名規則命名即可，比較特別的是，利用new配置記憶體空間時，必須在資料型別後面加上[]，並在[]中填上此陣列的大小（Size），例如：int X[]=new int[7]，就表示陣列名稱為X，而有7個整數元素的陣列。

11. 以下是宣告不同資料型別的一維陣列，其程式碼如下：以下是宣告不同資料型別的一維陣列，其程式碼如下： • 指定陣列的資料型別後，陣列內各元素都是相同的資料型別，例如：short b[]=new short[11]，表示系統連續分配了11個單位的短整數空間給b陣列，若一個短整數佔用2 Bytes，則short b[]=new short[11]就是分配了22 Bytes。

12. 以下是同樣資料型別的陣列一起放在資料型別的後面，宣告的程式碼如下：以下是同樣資料型別的陣列一起放在資料型別的後面，宣告的程式碼如下： • 除了將多個陣列一行一行分別宣告以外，也可以將多個同樣資料型別的陣列一起放在資料型別的後面，並以逗號,分隔；但若是不同資料型別的陣列要在同一行宣告，則要以分號;分隔，例如：

13. 5-1.3　一維陣列初始值的設定 • 當宣告一維陣列名稱X後，就可以一一表示陣列內的各元素，第1個元素以X[0]表示，第2個元素以X[1]表示，第3個元素以X[2]表示，第4個元素以X[3]表示，第5個元素以X[4]表示，第6個元素以X[5]表示，第7個元素以X[6]表示。

14. 下圖是宣告內含7個元素的一維陣列後，陣列內各元素表示的示意圖：下圖是宣告內含7個元素的一維陣列後，陣列內各元素表示的示意圖： • 跟變數一樣，宣告陣列以後，也可以指定陣列的初始值，在尚未指定初始值前，每個陣列元素的初始值皆預設為0或false（布林）。 • 與變數最大的不同是，變數只是代表一個資料，所以其初始值只要指定一個就可以了，但陣列是代表一系列具有相同型態的多項資料，所以要指定陣列的初始值時，要一一指定陣列內各元素的初始值。

15. 指定陣列初始值的語法如下： • 不過如果這樣一行一行寫，實在是太麻煩了，所以通常會在陣列名稱後面加上={}，在{}內依序寫上各元素的初始值，並以逗號,分隔每個元素即可；此時可以省略陣列大小的設定，編譯程式會根據初始值的個數自動判斷陣列的大小，其語法如下：

16. 下面是宣告陣列初始值的程式碼如下：

17. 宣告陣列後，可能會使用到下列的功能： • 取得陣列的大小：利用陣列的length函式可以取得陣列的大小，也就是陣列的元素個數，其語法如下： • 改變陣列的大小：在Java中只要重新配置記憶體位置，即可動態修改陣列的大小，而修改陣列的大小後，陣列中的元素內容會被清空，預設為0或false（布林），例如下面的程式碼將陣列大小5修改為8：

18. 例如下面的程式碼：

20. 上述的程式碼分析如下： • 第4行宣告整數陣列x，並設定初始值，所以不需要利用關鍵字new就可以自動配置記憶體，而第5行利用x.length取得陣列大小時，總共有5個陣列元素。 • 第7~9行利用迴圈顯示陣列x中的每個元素內容，因為陣列的第一個索引值為0，陣列大小為x.length，所以第7行指定計次變數i的初始值為0，並設定條件表示式為i< x.length。 • 第10行利用關鍵字new修改陣列x的大小為3，就是只能儲存3個元素，所以第4行設定的陣列初始值已經被清空了！ • 第13~17行的迴圈是用來反覆要求使用者輸入整數。 • 第14行是反覆要求使用者輸入整數，此敘述內含計次變數i，所以第1次執行迴圈時，會顯示“請輸入第1個整數”；第2次執行迴圈時，會顯示“請輸入第2個整數”……。第16行是反覆將使用者輸入的數指定給x[i]，所以第1次執行迴圈時，會將所輸入的整數指定給x[0]；第2次執行迴圈時，會將所輸入的整數指定給x[1]，以此類推。 • 第18~19行的迴圈是用來反覆顯示使用者輸入的整數，第18行是指定計次變數i的初始值和條件表示式，而第19行是迴圈內要反覆執行的敘述，意即反覆顯示各元素的值，也就是x[0]、x[1]、x[2]……等值。

21. 完成後，執行程式的畫面顯示如下： • 由上面的例子可以發現，利用迴圈來設計陣列初值指定作業，就可以不必撰寫冗長的程式碼。

26. 5-1.4　二維陣列的宣告 • 在5-1.2和5-1.3節中介紹的陣列都只是一維的，事實上，陣列可以是多維（Multi-Dimension）的，例如：二維、三維、四維、……，甚至多達數十維，比較常見的是二維陣列。

27. 何時需要使用二維陣列來表示資料呢？ • 簡單的說，如果資料可以以表格方式來呈現的話，就可以使用二維陣列來表示表格內的所有資料，例如：有一學生成績表格，內含5個學生的成績資料，每位學生有學號、國文、英文、數學、自然、社會等資料，可以整理成如下的表格：

28. 以下是宣告二維陣列的語法： • 如果利用一維陣列來儲存這些資料的話，可能需要6個陣列，例如：id[]、chinese[]、english[]、math[]、nature[]、society[]，而只需1個二維陣列就可以將所有的資料儲存起來。 • 宣告二維陣列時，只要在二維陣列名稱前面加上資料型別名稱，就達到宣告的動作，資料型別有位元組、短整數、整數、長整數、浮點數、倍精度浮點數、布林、字元等。 • 二維陣列與一維陣列相同，如果不指定初始值，就要利用關鍵字new配置記憶體空間給該陣列，其語法如下：

29. 利用關鍵字new配置記憶體空間時，須在資料型別後面加上[][] ： • 上述語法中的陣列名稱只要依照變數命名規則來命名即可，比較特別的是，利用new配置記憶體空間時，必須在資料型別後面加上[][]，並在[][]中分別填上列數和行數。

30. 以上述表格為例，可以宣告二維陣列如下： • 宣告此grade陣列後，可得知第一個（可以想成列）索引值範圍為0~4，第二個（可以想成行）索引值範圍為0~5，此陣列內含5*6個元素的資料。

32. 5-1.5　二維陣列初始值的設定 • 當宣告二維陣列名稱後，就可以一一指定陣列內的各元素。 • 下圖是宣告二維陣列後，陣列內各元素表示的示意圖：

33. 下面舉例，宣告二維陣列名稱grade，可分別指定陣列內元素的值：下面舉例，宣告二維陣列名稱grade，可分別指定陣列內元素的值： • 若以下列成績表格為例，當宣告二維陣列名稱grade後，就可以分別指定陣列內元素的值，例如：grade[0][0]=10001，grade[0][1]=94，grade[0][2]=61，grade[0][3]=61，grade[0][4]=98，grade[0][5]=68，grade[1][0]=10002，grade[1][1]=85，grade[1][2]=92，……。

34. 宣告二維陣列同時指定所有陣列元素的值，其語法如下：宣告二維陣列同時指定所有陣列元素的值，其語法如下： • 宣告二維陣列時也可以同時指定所有陣列元素的值，只要在二維陣列名稱後加上={}，並在{}內依序寫上各元素的初始值即可，其語法如下：

35. 如果以上述成績表格為例，可以宣告二維陣列並指定初始值如下：如果以上述成績表格為例，可以宣告二維陣列並指定初始值如下：

37. 二維陣列與一維陣列相似，可能會使用到下列幾項功能：二維陣列與一維陣列相似，可能會使用到下列幾項功能： • 取得陣列的列數：利用length函式可以取得陣列的列數，其語法如下： • 取得某列的元素個數：利用length函式可以取得二維陣列中某列的元素個數，其語法如下： • 改變陣列的大小：利用關鍵字new可以修改陣列的大小，而陣列中的元素內容會被清空，預設為0或false（布林），例如下面的程式碼將5列6行的陣列修改為8列8行的陣列：

38. 以下範例應用二維陣列，將三次成績的總平均計算出來，其程式碼如下：以下範例應用二維陣列，將三次成績的總平均計算出來，其程式碼如下： • 以下這個範例就是應用二維陣列，讓使用者依序輸入4個學生的學號、第一次月考成績、第二次月考成績和期末考成績的資料，然後將三次成績的總平均計算出來，以二維陣列儲存並顯示這個成績表，其程式碼如下：

41. 上述應用二維陣列計算三次總平均的程式碼分析如下-1：上述應用二維陣列計算三次總平均的程式碼分析如下-1： • 第5行宣告二維陣列變數，因為有4個學生，每個學生將記錄5種資料（包含總平均），所以可以宣告int grade[][]=new int[4][5];。 • 第8~23行的迴圈是用來反覆要求使用者輸入資料，第8行指定計次變數i的初始值和條件表示式（有四個學生，所以可以設定初始值從0到grade.length），而第9~22行是迴圈內要反覆執行的敘述。 • 第9~22行會反覆要求使用者輸入資料，第1次執行迴圈時，i=0，所以會將使用者輸入的資料（也就是第0+1個學生的資料）依序指定給grade[0][0]、grade[0][1]、grade[0][2]和grade[0][3]，並將計算出此學生成績的總平均指定給grade[0][4]；第2次執行迴圈時，i=1，所以會將使用者輸入的資料（也就是第1+1個學生的資料）依序指定給grade[1][0]、grade[1][1]、grade[1][2]和grade[1][3]，並將計算出此學生成績的總平均指定給grade[1][4]，以此類推。 • 第24行是顯示成績表的標題列，利用"\t"可以在顯示的資料後面產生一個水平定位點，以便與成績等資料對齊。

42. 上述應用二維陣列計算三次總平均的程式碼分析如下-2：上述應用二維陣列計算三次總平均的程式碼分析如下-2： • 第26~32行的迴圈會顯示使用者輸入的資料，以及計算總平均的資料。 • 第26行的grade.length表示grade陣列中有幾列資料，而第28行的grade[i].length則表示grade陣列第i列中有幾個元素。 • 第28~30行為內層迴圈，當第26行外層迴圈的計次變數等於0，內層迴圈第一次執行時，計次變數j=0，會顯示grade[0][0]元素的資料；內層迴圈第二次執行時，計次變數j=1，會顯示grade[0][1]元素的資料，以此類推。當外層迴圈第二次執行時，i=1，內層迴圈第一次執行時，計次變數j=0，會顯示grade[1][0]元素的資料，以此類推。 • 第29行敘述內含"\t"，可以在顯示的資料後面產生一個水平定位點，以便與其他各列資料對齊。

43. 完成後，執行程式的畫面顯示如下：

45. 5-2　排序與搜尋 • 5-2.1　排序 • 5-2.2　最大值和最小值 • 5-2.3　搜尋

46. 前言： • 排序是將資料由大到小或由小到大依序排列，而搜尋是指依條件，找到資料所在的位置。 • 當程式中有大量的資料時，常常會應用這兩個技巧將資料呈現出來。

47. 5-2.1　排序 • 排序（Sort）是將資料由小到大或由大到小依序排列，由小到大依序排列者稱為遞增排序，由大到小依序排列者稱為遞減排序。 • 何謂大？何謂小？如果是數值資料，則數值越大者越大；如果是字串資料，則中文字>小寫英文字母>大寫英文字母>數字，而中文字又以編碼越多者越大。 • 在Java中可以利用迴圈和條件判斷等技巧，撰寫程式來排序資料，也可使用內建的函式來排序。 • 依據不同特性的資料，分別有許多排序演算方法，較知名的排序方法如選擇排序法（Selection Sort）、交換排序法（Exchange Sort）、插入排序法（Insertion Sort）等。

48. 使用選擇排序法排序： • 選擇排序法其基本想法是指在有n個元素的陣列中，選擇出關鍵值最小的元素，然後在剩下的n-1個元素中再選出關鍵值最小的元素，重複這種程序，直到第n-1個回合，就可完成排序作業。

49. 選擇排序法有多種排序策略，下面就是選擇排序法策略的一種：選擇排序法有多種排序策略，下面就是選擇排序法策略的一種： • 第一回合：將第1位置的資料和其他位置的所有資料做比較。 • 當第1位置的資料大（小）於其他資料時，則兩個資料交換位置，使第1位置的資料永遠保持比較小（大）。 • 交換位置後，再將交換位置後的第1位置的資料與其他位置的資料相比較，直到所有的資料比較完。 • 第一回合比較完時，最小（大）的資料一定會出現在第1位置。 • 第二回合：因第1位置的資料已經是最小（大）的，所以將第2位置的資料與第3、4、……等位置的資料相比較。 • 當第2位置的資料比其他位置的資料大（小）時，就交換位置。 • 以此規則一直進行比較的動作。 • 當此範圍內有N個資料時，需進行N-1個回合，才能將所有的資料由小到大（由大到小）依序排列完成。

50. 下面範例利用選擇排序法的排序策略，將以下十個數字由小排到大，程式碼如下：下面範例利用選擇排序法的排序策略，將以下十個數字由小排到大，程式碼如下： • 下面這個範例將用選擇排序法的排序策略，將60、100、80、30、90、70、20、50、10、40等十個數字由小排到大，其程式碼如下：