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Java 陣列完整指南：宣告、初始化、遍歷與常見演算法

編輯：Java 相關知識

陣列特性速覽

固定長度：建立後不可變更大小
型別單一：僅能儲存同一資料型別（基本型別或物件參考）
索引從 0 開始：越界拋出 ArrayIndexOutOfBoundsException
記憶體連續：存取效率極高，適合大量同質資料

宣告與建立

語法形式

// 形式一：指定長度
int[] arr = new int[5];

// 形式二：靜態初始化（推薦）
int[] arr = {3, 5, 1, 7};
int[] arr = new int[]{3, 5, 1, 7};  // 等價寫法

// 錯誤示範
int[] arr;
arr = {1,2,3};  // 編譯錯誤：必須合併宣告與初始化

記憶體圖解

int[] arr = new int[5]; 在堆中分配連續 5 個 int 空間（各 4 bytes），棧中變數 arr 持有參考指向該陣列物件。陣列本身是參考型別，屬於 Object 子類別，擁有 length 屬性。

初始化細節

基本型別陣列：自動填入預設值（0、false、\u0000）
物件參考陣列：自動填入 null
動態賦值：arr[0] = 1; arr[1] = 2;

遍歷方式

// 傳統 for 迴圈
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    System.out.println(arr[i]);
}

// 增強 for 迴圈（唯讀遍歷）
for (int val : arr) {
    System.out.println(val);
}

常見異常與防範

異常	原因	防範
ArrayIndexOutOfBoundsException	索引 < 0 或 >= length	嚴格檢查邊界，使用 `arr.length`
NullPointerException	陣列參考為 null	使用前檢查 `arr != null`

實用演算法實作

1. 尋找最大值

public static int getMax(int[] arr) {
    int max = arr[0];
    for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
        if (arr[i] > max) max = arr[i];
    }
    return max;
}

2. 選擇排序

public static void selectSort(int[] arr) {
    for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
        for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
            if (arr[i] > arr[j]) {
                int temp = arr[i];
                arr[i] = arr[j];
                arr[j] = temp;
            }
        }
    }
}

3. 氣泡排序

public static void bubbleSort(int[] arr) {
    for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < arr.length - i - 1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

4. 二分搜尋（前提：已排序）

public static int binarySearch(int[] arr, int key) {
    int low = 0, high = arr.length - 1;
    while (low <= high) {
        int mid = (low + high) >>> 1;  // 避免溢位
        if (arr[mid] == key) return mid;
        else if (arr[mid] < key) low = mid + 1;
        else high = mid - 1;
    }
    return -1;  // 未找到
}

5. 陣列反轉

public static void reverse(int[] arr) {
    for (int left = 0, right = arr.length - 1; left < right; left++, right--) {
        int temp = arr[left];
        arr[left] = arr[right];
        arr[right] = temp;
    }
}

二維陣列

本質是「陣列的陣列」，每行長度可不同（鋸齒陣列）。

// 靜態初始化
int[][] matrix = {
    {12, 34, 45, 89},
    {34, 56, 78, 10},
    {1, 3, 6, 4}
};

// 動態建立（每行長度不同）
int[][] jagged = new int[3][];
jagged[0] = new int[]{23, 4, 5};
jagged[1] = new int[]{2};
jagged[2] = new int[]{4, 5, 78, 56, 90};

// 雙層遍歷
for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
    for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {
        System.out.print(matrix[i][j] + " ");
    }
    System.out.println();
}