Kotlin数组操作

Kotlin数组操作

数组(Array)是Kotlin中最基础的数据结构之一，用于存储固定大小的同类型元素集合。Kotlin提供了丰富的原生操作和扩展函数来处理数组。

数组基础

Kotlin中的数组由`Array`类表示，与Java不同，Kotlin数组是类型安全的。创建数组的主要方式有：

创建数组

// 方式1：使用arrayOf函数
val numbers = arrayOf(1, 2, 3, 4, 5)

// 方式2：使用Array构造函数
val squares = Array(5) { i -> (i + 1) * (i + 1) }

// 方式3：原生类型数组（避免装箱开销）
val byteArray = byteArrayOf(1, 2, 3)
val intArray = intArrayOf(4, 5, 6)

数组类型体系

classDiagram Array <|-- ByteArray Array <|-- ShortArray Array <|-- IntArray Array <|-- LongArray Array <|-- FloatArray Array <|-- DoubleArray Array <|-- BooleanArray Array <|-- CharArray class Array { +size: Int +get(index: Int): T +set(index: Int, value: T) }

核心操作

访问与修改

val languages = arrayOf("Kotlin", "Java", "Python")

// 通过索引访问
println(languages[0])  // 输出: Kotlin

// 修改元素
languages[1] = "C++"
println(languages.joinToString())  // 输出: Kotlin, C++, Python

// 安全访问
val index = 5
println(languages.getOrNull(index) ?: "Index out of bounds")

遍历数组

Kotlin提供多种遍历方式：

val colors = arrayOf("Red", "Green", "Blue")

// 方式1：for循环
for (color in colors) {
    println(color)
}

// 方式2：forEach高阶函数
colors.forEach { println(it.uppercase()) }

// 方式3：带索引遍历
colors.forEachIndexed { index, color ->
    println("$index: $color")
}

常用操作函数

Kotlin为数组提供了丰富的扩展函数：

转换操作

val nums = intArrayOf(1, 2, 3)

// map: 转换为新数组
val doubled = nums.map { it * 2 }  // 返回List<Int>
println(doubled)  // 输出: [2, 4, 6]

// filter: 过滤元素
val evens = nums.filter { it % 2 == 0 }
println(evens)  // 输出: [2]

聚合操作

val prices = doubleArrayOf(12.5, 8.0, 9.99)

// 求和
val total = prices.sum()
println("Total: $total")  // 输出: Total: 30.49

// 最大值/最小值
println("Max: ${prices.max()}")  // 输出: Max: 12.5
println("Min: ${prices.min()}")  // 输出: Min: 8.0

排序操作

val randomNumbers = intArrayOf(3, 1, 4, 1, 5, 9)

// 升序排序（不修改原数组）
val sortedAsc = randomNumbers.sorted()
println(sortedAsc)  // 输出: [1, 1, 3, 4, 5, 9]

// 降序排序（修改原数组）
randomNumbers.sortDescending()
println(randomNumbers.toList())  // 输出: [9, 5, 4, 3, 1, 1]

多维数组

Kotlin支持创建多维数组来处理矩阵等数据结构：

// 创建二维数组
val matrix = Array(3) { IntArray(3) { 0 } }

// 初始化矩阵
for (i in 0..2) {
    for (j in 0..2) {
        matrix[i][j] = i + j
    }
}

// 打印矩阵
matrix.forEach { row ->
    println(row.joinToString())
}
/* 输出:
0, 1, 2
1, 2, 3
2, 3, 4
*/

性能考虑

Kotlin数组操作的时间复杂度：

常见操作复杂度

操作	时间复杂度
随机访问	O(1)
线性搜索	O(n)
排序	O(n log n)
复制	O(n)

数学表示：对于长度为$n$的数组，搜索操作平均需要$\frac{n}{2}$次比较。

实际应用案例

案例1：成绩统计

fun analyzeScores(scores: IntArray) {
    val average = scores.average()
    val passed = scores.count { it >= 60 }
    val distribution = scores.groupBy { it / 10 * 10 }
    
    println("平均分: $average")
    println("及格人数: $passed")
    distribution.forEach { (range, list) ->
        println("$range-${range+9}分: ${list.size}人")
    }
}

// 使用示例
val testScores = intArrayOf(85, 92, 78, 45, 67, 89, 53, 91)
analyzeScores(testScores)

案例2：图像处理

处理图像的像素矩阵：

fun applyGrayscale(pixels: Array<IntArray>) {
    for (row in pixels.indices) {
        for (col in pixels[row].indices) {
            val color = pixels[row][col]
            val gray = (0.299 * (color shr 16 and 0xFF) + 
                       0.587 * (color shr 8 and 0xFF) + 
                       0.114 * (color and 0xFF)).toInt()
            pixels[row][col] = (gray shl 16) or (gray shl 8) or gray
        }
    }
}

最佳实践

• 优先使用原生类型数组（如`IntArray`）以减少内存开销
• 对大型数组使用`forEach`而非传统`for`循环，可获得更好的FP支持
• 需要频繁增删元素时考虑使用`List`而非数组
• 使用`contentEquals`比较数组内容而非`==`运算符

参见

• Kotlin集合操作
• Kotlin性能优化技巧
• 函数式编程与数组处理