Java高效删除数组元素技巧

编程并不是一个机械性的工作，而是需要有思考，有创新的工作，语法是固定的，但解决问题的思路则是依靠人的思维，这就需要我们坚持学习和更新自己的知识。今天golang学习网就整理分享《Java高效删除数组元素方法解析》，文章讲解的知识点主要包括，如果你对文章方面的知识点感兴趣，就不要错过golang学习网，在这可以对大家的知识积累有所帮助，助力开发能力的提升。

本文旨在详细阐述如何在Java中高效地从一个整型数组中删除指定数值的所有元素，同时严格遵循不使用列表（List）或任何直接删除数组元素方法的约束。我们将深入分析常见编程误区，并提供一种基于写入指针（write-pointer）的优化策略，通过遍历原始数组并选择性地复制非目标元素来构建一个新数组，最终实现内存和性能上的平衡。

引言：Java数组元素删除的挑战

在Java中，数组是固定大小的数据结构，一旦创建，其长度便无法改变。这意味着我们不能像在动态集合（如ArrayList）中那样直接“删除”一个元素。当我们需要从数组中移除特定元素时，实际上是创建了一个不包含这些元素的新数组。这个过程需要我们手动管理元素的复制和新数组的构建。

本教程将专注于解决一个特定问题：从一个int数组中删除所有等于某个指定值的元素，且不允许使用java.util.List或其他提供直接删除功能的API。这要求我们采用更底层、更手动的方式来处理数组操作。

常见误区分析

在尝试手动删除数组元素时，开发者常会遇到一些逻辑陷阱。一个典型的错误尝试可能如下所示：

import java.util.Arrays;
import java.util.Scanner;

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        System.out.print("Array size: ");
        int sizeInput = scan.nextInt();

        int[] original = new int[sizeInput];
        System.out.print("Array itself: ");
        for (int i = 0; i < sizeInput; i++) {
            original[i] = scan.nextInt();
        }

        System.out.print("Number to be deleted: ");
        int dNumber = scan.nextInt();

        int[] newArr = new int[original.length]; // 错误：新数组长度固定为原数组长度

        // 错误的删除逻辑
        for (int i = 0; i < original.length - 1; i++) { // 错误：循环边界可能导致最后一个元素被忽略
            int sum = 0; // 错误：sum变量在此处的作用不明确且每次循环都被重置
            if (original[i] == dNumber) {
                newArr[i] = original[i + 1]; // 错误：直接用下一个元素覆盖当前位置，导致重复或跳过
                sum = sum + 1; // 错误：sum没有正确反映新数组的写入位置
            } else if (original[i] != dNumber) {
                newArr[i] = original[i + sum]; // 错误：sum在此处无法正确计算偏移量
            }
        }
        System.out.println(Arrays.toString(newArr));
        scan.close();
    }
}

上述代码存在几个关键问题：

1. 新数组长度问题：newArr被初始化为与original数组相同的长度。如果删除的元素数量少于original.length，newArr的末尾将包含默认值（对于int是0），这不是我们期望的结果。
2. 循环边界问题：for (int i = 0; i < original.length - 1; i++) 会导致循环无法处理original数组的最后一个元素。
3. 索引错位与重复：当original[i] == dNumber时，newArr[i] = original[i + 1]会将下一个元素直接复制到当前newArr的位置。这可能导致：
   • 如果original[i+1]也是要删除的元素，它仍会被复制。
   • 如果original[i]被删除，original[i+1]被复制到newArr[i]，那么在后续迭代中，original[i+1]（现在是original[i]）又会被再次处理，可能导致重复。
4. sum变量的误用：sum变量的逻辑混乱，每次循环都被重置，且其在newArr[i] = original[i + sum]中的使用未能正确地作为新数组的写入指针。它没有正确追踪新数组中下一个可用位置。

这些问题共同导致了输出结果中出现不应有的重复元素（如[1, 3, 3, 4, 0]中的第二个3）以及原始数组末尾元素的丢失或被零填充。

核心策略：基于写入指针的高效删除

解决上述问题的关键在于引入一个独立的“写入指针”（或称“新数组索引”），它只在新数组中放置了一个有效元素时才向前移动。而原始数组的遍历指针则始终向前移动。

基本原理：

1. 创建一个与原始数组相同长度的临时数组（或者直接在原始数组上操作，但通常推荐创建新数组以避免副作用）。
2. 初始化一个写入指针j为0，它将指向新数组中下一个可写入的位置。
3. 遍历原始数组的每一个元素。
4. 对于原始数组中的每个元素，检查它是否是要删除的值。
   • 如果不是要删除的值，则将其复制到新数组的j位置，然后将j递增。
   • 如果是要删除的值，则跳过它，不进行任何操作，j也保持不变。
5. 遍历结束后，j的值就是新数组中有效元素的数量。
6. 使用Arrays.copyOf方法将临时数组截断为实际包含有效元素的长度。

这种方法确保了新数组只包含我们需要的元素，并且没有多余的空位或默认值。

实现示例与代码解析

以下是采用写入指针策略的完整Java代码示例：

import java.util.Arrays;
import java.util.Scanner;

public class ArrayElementDeletion {

    public static void main(String[] args) {
        Scanner scan = new Scanner(System.in);

        // 1. 获取数组大小
        System.out.print("请输入数组大小: ");
        int sizeInput = scan.nextInt();

        // 2. 创建并填充原始数组
        int[] original = new int[sizeInput];
        System.out.print("请输入数组元素（空格分隔）: ");
        for (int i = 0; i < sizeInput; i++) {
            original[i] = scan.nextInt();
        }

        // 3. 获取要删除的数字
        System.out.print("请输入要删除的数字: ");
        int dNumber = scan.nextInt();

        // 4. 执行删除操作
        int[] result = deleteElements(original, dNumber);

        // 5. 打印结果
        System.out.println("原始数组: " + Arrays.toString(original));
        System.out.println("删除 " + dNumber + " 后的数组: " + Arrays.toString(result));

        scan.close();
    }

    /**
     * 从数组中删除所有指定值的元素，返回一个新数组。
     * 不使用List或直接删除方法。
     *
     * @param original 原始整型数组。
     * @param valueToDelete 要删除的整数值。
     * @return 删除了指定元素后的新数组。
     */
    public static int[] deleteElements(int[] original, int valueToDelete) {
        // 创建一个与原始数组同等长度的临时数组。
        // 理论上，新数组的长度不会超过原始数组。
        int[] newArr = new int[original.length];

        // 写入指针，表示newArr中下一个可写入的位置。
        int writePointer = 0;

        // 遍历原始数组
        for (int element : original) {
            // 如果当前元素不是要删除的值
            if (element != valueToDelete) {
                // 将其复制到新数组的writePointer位置
                newArr[writePointer] = element;
                // 写入指针向前移动一位
                writePointer++;
            }
            // 如果是，则跳过，writePointer不变
        }

        // 使用Arrays.copyOf将newArr截断为实际包含有效元素的长度。
        // writePointer此时就是新数组的实际长度。
        return Arrays.copyOf(newArr, writePointer);
    }
}

代码解析：

1. deleteElements方法签名：定义一个静态方法，接收原始数组和要删除的值作为参数，返回一个处理后的新数组。
2. int[] newArr = new int[original.length];：首先创建一个与原始数组长度相同的临时数组。这是为了确保有足够的空间来存储所有可能保留的元素。
3. int writePointer = 0;：这是核心。writePointer是新数组的索引，它只会在一个元素被成功复制到newArr时递增。
4. for (int element : original)：使用增强型for循环遍历original数组中的每一个元素。这种方式简洁且不易出错。
5. if (element != valueToDelete)：这是判断条件。如果当前element不等于我们要删除的valueToDelete。
6. newArr[writePointer] = element;：将非目标元素复制到newArr中writePointer指向的位置。
7. writePointer++;：只有当一个元素被成功复制后，writePointer才递增，指向新数组的下一个空闲位置。
8. return Arrays.copyOf(newArr, writePointer);：循环结束后，writePointer的值就是新数组的实际有效长度。Arrays.copyOf(array, newLength)方法会创建一个新的数组，将原数组从索引0开始的newLength个元素复制过去。这有效地“截断”了newArr，移除了末尾可能存在的默认值（0）。

示例运行：

请输入数组大小: 5
请输入数组元素（空格分隔）: 1 2 3 4 5
请输入要删除的数字: 2
原始数组: [1, 2, 3, 4, 5]
删除 2 后的数组: [1, 3, 4, 5]

如果删除一个不存在的数字：

请输入数组大小: 3
请输入数组元素（空格分隔）: 1 2 3
请输入要删除的数字: 99
原始数组: [1, 2, 3]
删除 99 后的数组: [1, 2, 3]

如果删除所有数字：

请输入数组大小: 3
请输入数组元素（空格分隔）: 1 1 1
请输入要删除的数字: 1
原始数组: [1, 1, 1]
删除 1 后的数组: []

注意事项与最佳实践

• Java数组的“删除”本质：再次强调，Java中数组是固定长度的。所谓的“删除”操作，实际上总是涉及创建一个新数组并将所需元素复制过去。这意味着在进行此类操作时，会产生新的数组对象，并可能伴随一定的内存开销。

• 效率：上述基于写入指针的方法是高效的，它只需要对原始数组进行一次遍历（O(n)时间复杂度），并且只进行必要的元素复制。

• 内存使用：虽然创建了一个临时数组，但其大小不会超过原始数组。Arrays.copyOf在最后会创建一个大小恰当的最终数组，旧的临时数组和原始数组（如果不再引用）最终会被垃圾回收。

• 原地操作（In-place）：在某些场景下，如果允许修改原始数组，也可以通过类似写入指针的方式在原数组上进行操作，然后使用Arrays.copyOf截断原数组。但这会改变原始数组的内容，需要根据具体需求决定。

  public static int[] deleteElementsInPlace(int[] original, int valueToDelete) {
      int writePointer = 0;
      for (int readPointer = 0; readPointer < original.length; readPointer++) {
          if (original[readPointer] != valueToDelete) {
              original[writePointer] = original[readPointer];
              writePointer++;
          }
      }
      return Arrays.copyOf(original, writePointer);
  }

  这种方式在内存上更优，因为它避免了创建完整的临时newArr。

• 替代方案（如果允许）：如果项目允许使用java.util.List，那么使用ArrayList会是更简洁和灵活的选择。例如：

  import java.util.ArrayList;
  import java.util.Arrays;
  import java.util.List;
  
  // ...
  List<Integer> temp = new ArrayList<>();
  for (int element : original) {
      if (element != dNumber) {
          temp.add(element);
      }
  }
  int[] result = temp.stream().mapToInt(Integer::intValue).toArray();
  // ...

  然而，本教程的重点是解决不允许使用此类动态集合的特定约束。

总结

通过本教程，我们深入探讨了在Java中不使用List或直接删除方法来从数组中移除指定元素的问题。我们分析了常见错误代码的逻辑缺陷，并提出了一种健壮且高效的解决方案——基于写入指针的遍历与选择性复制策略。这种方法不仅解决了元素重复、缺失和数组长度不匹配的问题，而且通过Arrays.copyOf确保了最终数组的精确长度。理解这种底层操作机制对于掌握Java数组的特性和编写高效代码至关重要。

本篇关于《Java高效删除数组元素技巧》的介绍就到此结束啦，但是学无止境，想要了解学习更多关于文章的相关知识，请关注golang学习网公众号！