Scala 数组

在 Scala 中，数组（Array）是一种可变的、固定长度的序列数据结构，用于存储同一类型的元素。Scala 的数组基于 Java 的数组实现，但提供了更丰富的操作接口，结合了命令式和函数式编程特性。以下是对 Scala 数组的中文讲解，内容简洁清晰，涵盖定义、操作、特性及注意事项，适合初学者理解。

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1. 数组概述

• 定义：数组是固定长度的有序元素集合，元素通过索引（从 0 开始）访问，支持读写操作。
• 特点：
• 可变性：数组元素可以修改（与 Scala 的不可变集合如 List 不同）。
• 固定长度：创建后长度不可更改。
• 类型安全：所有元素必须是同一类型（如 Int, String）。
• 基于 Java 的 Array 类，但 Scala 提供更高级的 API。
• 用途：适合需要索引访问或修改元素的场景，如数据处理或算法实现。

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2. 数组的定义与初始化

Scala 数组使用 Array 类定义，支持多种初始化方式。

1. 使用 new Array

• 语法：

  val 数组名 = new Array[类型](长度)

• 示例：

  val numbers = new Array[Int](3) // 创建长度为 3 的 Int 数组
  numbers(0) = 1 // 设置元素
  numbers(1) = 2
  numbers(2) = 3
  println(numbers.mkString(", ")) // 输出: 1, 2, 3

2. 使用 Array() 构造器

• 直接指定初始值，长度由元素个数决定。
• 语法：

  val 数组名 = Array(元素1, 元素2, ...)

• 示例：

  val fruits = Array("apple", "banana", "orange")
  println(fruits(0)) // 输出: apple

3. 类型推断

• Scala 支持类型推断，省略类型声明：

  val mixed = Array(1, "Scala", true) // 推断为 Array[Any]
  println(mixed.mkString(", ")) // 输出: 1, Scala, true

4. 多维数组

• 使用 Array.ofDim 创建多维数组：

  val matrix = Array.ofDim[Int](2, 3) // 2x3 矩阵
  matrix(0)(0) = 1
  matrix(1)(2) = 5
  println(matrix(0)(0)) // 输出: 1

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3. 数组操作

Scala 数组支持丰富的操作，包括索引访问、修改、遍历和函数式方法。

1. 访问与修改

• 使用 (索引) 访问或修改元素：

  val arr = Array(10, 20, 30)
  println(arr(1)) // 输出: 20
  arr(1) = 25 // 修改
  println(arr(1)) // 输出: 25

2. 遍历数组

• for 循环：

  val arr = Array("a", "b", "c")
  for (x <- arr) println(x)
  // 输出:
  // a
  // b
  // c

• 索引遍历：

  for (i <- arr.indices) println(s"Index $i: ${arr(i)}")
  // 输出:
  // Index 0: a
  // Index 1: b
  // Index 2: c

• foreach 方法：

  arr.foreach(println) // 输出: a, b, c

3. 常用方法

• 长度：length 或 size 获取数组长度。

  val arr = Array(1, 2, 3)
  println(arr.length) // 输出: 3

• 连接：mkString 将数组元素拼接为字符串。

  println(arr.mkString(", ")) // 输出: 1, 2, 3

• 添加元素：数组长度固定，无法直接添加，但可创建新数组：

  val arr = Array(1, 2)
  val newArr = arr :+ 3 // 追加
  println(newArr.mkString(", ")) // 输出: 1, 2, 3

• 函数式操作：
• map：转换元素。
  scala val doubled = arr.map(_ * 2) println(doubled.mkString(", ")) // 输出: 2, 4, 6
• filter：筛选元素。
  scala val evens = arr.filter(_ % 2 == 0) println(evens.mkString(", ")) // 输出: 2
• sum, max, min：数值数组的聚合操作。
  scala println(arr.sum) // 输出: 6 println(arr.max) // 输出: 3

4. 数组排序

• 使用 sorted（创建新数组）或 sortInPlace（原地排序，Scala 3）。

  val arr = Array(3, 1, 2)
  val sorted = arr.sorted
  println(sorted.mkString(", ")) // 输出: 1, 2, 3

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4. 数组的特点

• 可变性：数组元素可修改，但长度固定。

  val arr = Array(1, 2, 3)
  arr(0) = 10 // 修改
  // arr = Array(4, 5) // 错误：不能重新赋值整个数组（除非用 var）

• 与集合的区别：
• 数组是可变的，适合命令式编程。
• 不可变集合（如 List）更适合函数式编程。
• 性能：数组基于 Java 数组，索引访问效率高（O(1)），适合高性能场景。

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5. 注意事项

• 固定长度：数组长度不可变，需用 List 或 Vector 处理动态长度需求。
• 类型安全：数组元素类型必须一致，否则推断为 Any：

  val mixed = Array(1, "Scala") // Array[Any]

• 越界检查：访问非法索引会抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException：

  val arr = Array(1, 2)
  // println(arr(2)) // 错误：索引越界

• 函数式替代：Scala 鼓励使用不可变集合（如 List）和函数式方法（如 map, filter）。
• Scala 2 vs Scala 3：
• Scala 3 引入 sortInPlace 等新方法，语法更简洁。
• 类型推断和错误提示更友好。
• 与 Java 数组：Scala 数组直接映射到 Java 数组，兼容 Java 库。

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6. 实践示例

综合示例，展示数组的创建和操作：

object ArrayDemo {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    // 创建数组
    val numbers = Array(3, 1, 4, 2)
    println(s"Original: ${numbers.mkString(", ")}") // 输出: 3, 1, 4, 2

    // 修改元素
    numbers(0) = 10
    println(s"Modified: ${numbers.mkString(", ")}") // 输出: 10, 1, 4, 2

    // 遍历
    println("For loop:")
    for (x <- numbers) println(x)

    // 函数式操作
    val doubled = numbers.map(_ * 2)
    println(s"Doubled: ${doubled.mkString(", ")}") // 输出: 20, 2, 8, 4

    // 排序
    val sorted = numbers.sorted
    println(s"Sorted: ${sorted.mkString(", ")}") // 输出: 1, 2, 4, 10

    // 多维数组
    val matrix = Array.ofDim[Int](2, 2)
    matrix(0)(0) = 1
    matrix(1)(1) = 4
    println(s"Matrix: ${matrix.map(_.mkString(", ")).mkString("; ")}")
    // 输出: 1, 0; 0, 4
  }
}

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7. 学习建议

• 实践：在 Scala REPL（运行 scala 命令）中测试数组操作，尝试 map, filter 和多维数组。
• 函数式思维：优先考虑不可变集合（如 List），仅在需要可变性时使用数组。
• 性能优化：数组适合高性能索引访问，但注意越界错误。
• 资源：
• 官方文档：https://www.scala-lang.org/
• Scala Exercises (https://www.scala-exercises.org/)
• 《Programming in Scala》by Martin Odersky

如果需要深入讲解某一方面（如多维数组或与 List 的对比）或更多示例，请告诉我！