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Java 陣列完整指南：一維、多維、初始化與經典算法

編輯：Java 程式設計入門

陣列基礎概念

陣列是有序數據集合，所有元素共享相同資料類型，透過統一陣列名與下標唯一確定元素。Java 陣列分一維與多維，本質上多維陣列是「陣列的陣列」。

§ 5.1 一維陣列

1. 宣告與記憶體分配

// 宣告（不分配記憶體）
int[] intArray;          // 推薦風格：類型後置 []
int intArray[];          // C 風格，不推薦

// 分配記憶體（必須用 new）
intArray = new int[3];   // 分配 3 個 int 空間

// 合併寫法
int[] intArray = new int[3];

關鍵差異： Java 宣告時不指定長度，長度在 new 時確定；C/C++ 宣告時須指定長度。

2. 元素存取與安全性

下標從 0 到 length-1，越界拋出 ArrayIndexOutOfBoundsException（C/C++ 未定義行為）。
每個陣列擁有 length 屬性（非方法），如 intArray.length。

3. 初始化方式

// 靜態初始化（大括號列表）
int[] a = {1, 2, 3, 4, 5};  // 系統自動計算長度

// 動態初始化（new + 索引賦值）
int[] b = new int[5];
for (int i = 0; i < b.length; i++) b[i] = i * 2;

Java 不要求陣列為 static 即可靜態初始化（C 需求）。

4. 經典範例

範例 5.1：逆序輸出

public class ArrayTest {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = new int[5];
        for (int i = 0; i < 5; i++) a[i] = i;
        for (int i = a.length - 1; i >= 0; i--)
            System.out.println("a[" + i + "] = " + a[i]);
    }
}

範例 5.2：費波那契數列

public class Fibonacci {
    public static void main(String[] args) {
        int[] f = new int[10];
        f[0] = f[1] = 1;
        for (int i = 2; i < 10; i++) f[i] = f[i-1] + f[i-2];
        for (int i = 1; i <= 10; i++) System.out.println("F[" + i + "] = " + f[i-1]);
    }
}

範例 5.3：氣泡排序（由小到大）

public class BubbleSort {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {30, 1, -9, 70, 25};
        int n = arr.length;
        for (int i = 0; i < n - 1; i++)
            for (int j = i + 1; j < n; j++)
                if (arr[i] > arr[j]) {
                    int t = arr[i]; arr[i] = arr[j]; arr[j] = t;
                }
        for (int v : arr) System.out.print(v + " "); // -9 1 25 30 70
    }
}

§ 5.2 多維陣列

1. 宣告與記憶體分配

// 二維陣列宣告
int[][] matrix;          // 推薦
int matrix[][];          // 不推薦

// 分配方式一：一次性指定所有維度
int[][] a = new int[2][3];  // 2 行 3 列

// 分配方式二：分步分配（Java 特有，C/C++ 不支援）
int[][] b = new int[2][];
b[0] = new int[3];
b[1] = new int[3];
// 甚至可建立不規則陣列（jagged array）：
int[][] c = new int[3][];
c[0] = new int[2];
c[1] = new int[4];
c[2] = new int[1];

2. 元素存取

arrayName[index1][index2]，各維下標獨立從 0 開始。

3. 初始化

// 靜態初始化
int[][] m = {{2, 3}, {1, 5}, {3, 4}}; // 3 行 2 列

// 動態初始化
int[][] n = new int[2][3];
for (int i = 0; i < 2; i++)
    for (int j = 0; j < 3; j++)
        n[i][j] = (i+1) * (j+1);

4. 經典範例：矩陣乘法

public class MatrixMultiply {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] a = new int[2][3];
        int[][] b = {{1,5,2,8}, {5,9,10,-3}, {2,7,-5,-18}};
        int[][] c = new int[2][4];

        // 初始化 A
        for (int i = 0; i < 2; i++)
            for (int j = 0; j < 3; j++)
                a[i][j] = (i+1) * (j+2);

        // 矩陣乘法 C = A × B
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            for (int j = 0; j < 4; j++) {
                c[i][j] = 0;
                for (int k = 0; k < 3; k++)
                    c[i][j] += a[i][k] * b[k][j];
            }
        }

        // 輸出結果
        System.out.println("*** Matrix A ***");
        printMatrix(a);
        System.out.println("*** Matrix B ***");
        printMatrix(b);
        System.out.println("*** Matrix C ***");
        printMatrix(c);
    }

    static void printMatrix(int[][] m) {
        for (int[] row : m) {
            for (int v : row) System.out.print(v + " ");
            System.out.println();
        }
    }
}

進階補充

陣列拷貝： System.arraycopy()、Arrays.copyOf()、clone()（淺拷貝）。
陣列工具類： java.util.Arrays 提供排序、查找、比較、填充、轉字串等靜態方法。
泛型陣列限制： 不能直接創建泛型陣列（new T[10] 非法），需用 List<T> 或 (T[]) new Object[size]（需謹慎）。
記憶體佈局： 一維陣列連續；多維陣列為連續引用陣列，各行記憶體不一定連續。

總結

Java 陣列以安全性（邊界檢查）、length 屬性、靈活的多維結構（支援不規則陣列）區別於 C/C++。熟練掌握宣告、初始化、遍歷與經典算法（費波那契、排序、矩陣運算）是 Java 基礎編程的核心技能。實際開發中，集合框架（ArrayList、LinkedList 等）常取代陣列以獲得動態擴容與豐富 API，但陣列在效能敏感、定長、原始類型存儲場景仍具不可替代優勢。