Javaの配列・リスト操作【プログラミング初心者向け教材】

プログラミング
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プログラミングで文字列操作と同じくらいよく扱うのが、配列やリストの操作です。

複数のデータを管理する配列やリストには、様々な種類があり、用途に応じて使い分けることが重要となります。

本記事では、Javaの配列・リストについて、種類と操作方法をまとめました。

プログラミング初心者の方の学習や、忘れてしまった方の復習として、参考にしていただければ幸いです。

記載しているプログラムは、Java8を使って動作確認をしています。

JavaScriptの配列・リスト操作

配列・リスト操作として、以下の内容をとりあげます。

  • 配列・リストの種類
  • 配列・リストの作成
  • 配列・リストから値を取得する
  • 配列・リストの長さ(要素数)を取得する
  • 配列・リストに要素を追加する
  • 配列・リストから要素を削除する
  • 配列・リストをコピーする
  • 配列・リストをループさせる
  • 配列・リストの順番を入れ替える
  • 配列・リスト同士を結合する
  • 配列・リストを検索する

配列・リストの種類

複数のデータを管理する配列やリストは、プログラミング言語によって様々なデータ構造がサポートされています。

Javaでは、以下の4種類を扱うことができます。

  • 配列:intのプリミティブやStringのオブジェクトを管理する。インデックスは番号で管理される。最初に宣言した長さで固定となる。
  • List:Listインタフェースから派生するArrayListやLinkedListなどがある。順番を保持していてインデックスで管理される。
  • Map:Mapインタフェースから派生するHashMapやTreeMapなどがある。keyとvalueで管理される。Mapの種類により順序が保証されるものとされないものがある。
  • Set:Setインタフェースから派生するHashSetやTreeSetなどがある。重複する要素は持たず、1つとなる。順序は保証しない。

今回は配列に関する操作を中心にまとめていきます。
List、Map、Setについては、各インタフェースが提供する操作を中心にまとめていきます。

配列・リストの作成

配列の作成方法は、変数の宣言時に初期値を指定する方法としない方法があります。

String[] a = {"Hello", "Java"};
System.out.println(Arrays.asList(a)); // -> [Hello, Java]
String[] a2 = new String[2];
a2[0] = "Hello";
a2[1] = "Java";
System.out.println(Arrays.asList(a2)); // -> [Hello, Java]

Listの作成方法は、該当クラスをnewする、Arrays.asListで作成する方法があります。

List l = new ArrayList<>();
System.out.println(l); // -> []
List l2 = Arrays.asList();
System.out.println(l2); // -> []

Mapの作成方法は、該当クラスをnewします。

Map<Integer, String> m = new HashMap<>();
System.out.println(m); // -> {}

Setの作成方法は、該当クラスをnewします。

Set s = new HashSet<>();
System.out.println(s); // -> []

配列・リストから値を取得する

配列から値を取得するには、取得したい要素のインデックスを指定します。

a[0] = "Hello";
a[1] = "Java";
r = a[1];
System.out.println(r); // -> Java

Listから値を取得するには、getに取得したい要素のインデックスを指定します。

l = Arrays.asList("Hello", "Java");
r = l.get(1);
System.out.println(r); // -> Java

Mapから値を取得するには、getに取得したいkeyを指定します。

m = new HashMap<>();
m.put(1, "Hello");
m.put(2, "Java");
r = m.get(2);
System.out.println(r); // -> Java

Setから直接任意の値は取得できないため、ループで取り出す、Listに変換するなどにより取得します。

配列・リストの長さ(要素数)を取得する

配列の長さを取得するには、lengthを使います。

a[0] = "Hello";
a[1] = "Java";
rn = a.length;
System.out.println(rn); // -> 2

Listの長さを取得するには、sizeを使います。

l = Arrays.asList("Hello", "Java");
rn = l.size();
System.out.println(rn); // -> 2

Mapの長さを取得するには、sizeを使います。

m = new HashMap<>();
m.put(1, "Hello");
m.put(2, "Java");
rn = m.size();
System.out.println(rn); // -> 2

Setの長さを取得するには、sizeを使います。

s = new HashSet<>();
s.add("Hello");
s.add("Java");
rn = s.size();
System.out.println(rn); // -> 2

配列・リストに要素を追加する

配列は作成時に長さが固定となるため、そのまま追加することはできません。
新たな要素を加えるためには、別の配列を作成する必要があります。

Listに要素を追加するには、addを使います。
第1引数にインデックスを指定すると、任意の場所に追加することができます。

l = new ArrayList<>();
l.add("Hello");
l.add("Java");
System.out.println(l); // -> [Hello, Java]

Mapに要素を追加するには、putを使います。

m = new HashMap<>();
m.put(1, "Hello");
m.put(2, "Java");
System.out.println(m); // -> {1=Hello, 2=Java}

Setに要素を追加するには、addを使います。

s = new HashSet<>();
s.add("Hello");
s.add("Java");
System.out.println(s); // -> [Java, Hello]

配列・リストから要素を削除する

配列は作成時に長さが固定となるため、削除することはできません。

Listから要素を削除するには、removeを使います。
インデックスを指定しても良いし、値を指定しても削除できます。
removeAllでは指定したコレクションに含まれる要素を削除します。

l = new ArrayList<>();
l.add("Hello");
l.add("Java");
l.remove(0);
System.out.println(l); // -> [Java]

Mapから要素を削除するには、removeを使います。
keyのみ指定する方法と、keyとvalueの両方を指定する方法があります。

m = new HashMap<>();
m.put(1, "Hello");
m.put(2, "Java");
m.remove(1);
System.out.println(m); // -> {2=Java}

Setから要素を削除するには、removeを使います。
removeAllでは指定したコレクションに含まれる要素を削除します。

s = new HashSet<>();
s.add("Hello");
s.add("Java");
s.remove("Hello");
System.out.println(s); // -> [Java]

配列・リストをコピーする

配列をコピーするには、System.arraycopyを使います。

a[0] = "Hello";
a[1] = "Java";
String[] ra = new String[a.length];
System.arraycopy(a, 0, ra, 0, a.length);
System.out.println(Arrays.asList(ra)); // -> [Hello, Java]

Listをコピーするには、コンストラクタの引数に指定します。
この方法によるコピーは浅いコピーになります。

l = new ArrayList<>();
l.add("Hello");
l.add("Java");
List rl = new ArrayList<>(l);
System.out.println(rl); // -> [Hello, Java]

Mapをコピーするには、コンストラクタの引数に指定します。

m = new HashMap<>();
m.put(1, "Hello");
m.put(2, "Java");
Map<Integer, String> rm = new HashMap<>(m);
System.out.println(rm); // -> {1=Hello, 2=Java}

Setをコピーするには、コンストラクタの引数に指定します。

s = new HashSet<>();
s.add("Hello");
s.add("Java");
Set rs = new HashSet<>(s);
System.out.println(rs); // -> [Java, Hello]

配列・リストをループさせる

配列をループさせるには、拡張for文を使います。

a[0] = "Hello";
a[1] = "Java";
for (String item : a) {
    System.out.println(item); // -> Hello -> Java
}

Listをループさせるには、拡張for文forEachを使う方法があります。

l = new ArrayList<>();
l.add("Hello");
l.add("Java");
for (String item : l) {
    System.out.println(item); // -> Hello -> Java
}
l = new ArrayList<>();
l.add("Hello");
l.add("Java");
l.forEach(item -> {
    System.out.println(item); // -> Hello -> Java
});

Mapをループさせるには、拡張for文forEachを使う方法があります。

m = new HashMap<>();
m.put(1, "Hello");
m.put(2, "Java");
for (Map.Entry<Integer, String> entry : m.entrySet()) {
    System.out.println(entry.getKey() + " " + entry.getValue()); // -> 1 Hello -> 2 Java
}
m = new HashMap<>();
m.put(1, "Hello");
m.put(2, "Java");
m.forEach((key, value) -> {
    System.out.println(key + " " + value); // -> 1 Hello -> 2 Java
});

Setをループさせるには、iteratorforEachを使う方法があります。

s = new HashSet<>();
s.add("Hello");
s.add("Java");
Iterator iterator = s.iterator();
while(iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next()); // -> Java -> Hello
}
s = new HashSet<>();
s.add("Hello");
s.add("Java");
s.forEach(item -> {
    System.out.println(item); // -> Java -> Hello
});

配列・リストの順番を入れ替える

配列の要素をソートするには、Arrays.sortを使います。

a[0] = "Java";
a[1] = "Hello";
Arrays.sort(a);
System.out.println(Arrays.asList(a)); // -> [Hello, Java]

Listの要素をソートするには、Collections.sortを使う方法と、独自のComparatorを実装する方法があります。

l = new ArrayList<>();
l.add("Java");
l.add("Hello");
Collections.sort(l);
System.out.println(l); // -> [Hello, Java]

配列・リスト同士を結合する

配列の結合は、System.arraycopyを使う方法と、Streamを使う方法があります。

a[0] = "Java";
a[1] = "Hello";
String[] aa = {"A", "B", "C"};
ra = new String[a.length + aa.length];
System.arraycopy(a, 0, ra, 0, a.length);
System.arraycopy(aa, 0, ra, a.length, aa.length);
System.out.println(Arrays.asList(ra)); // -> [Java, Hello, A, B, C]
a[0] = "Java";
a[1] = "Hello";
String[] aaa = {"A", "B", "C"};
Stream stream = Stream.concat(Arrays.stream(a), Arrays.stream(aaa));
String[] raa = stream.toArray(String[]::new);
System.out.println(Arrays.asList(raa)); // -> [Java, Hello, A, B, C]

Listの結合は、addAllを使います。

l = new ArrayList<>();
l.add("Java");
l.add("Hello");
List ll = new ArrayList<>();
ll.add("A");
ll.add("B");
ll.add("C");
l.addAll(ll);
System.out.println(l); // -> [Java, Hello, A, B, C]

Mapの結合は、putAllを使います。

m = new HashMap<>();
m.put(1, "Hello");
m.put(2, "Java");
Map<Integer, String> mm = new HashMap<>();
mm.put(3, "A");
mm.put(4, "B");
mm.put(5, "C");
m.putAll(mm);
System.out.println(m); // -> {1=Hello, 2=Java, 3=A, 4=B, 5=C}

Setの結合は、addAllを使います。

s = new HashSet<>();
s.add("Hello");
s.add("Java");
Set ss = new HashSet<>();
ss.add("A");
ss.add("B");
ss.add("C");
s.addAll(ss);
System.out.println(s); // -> [Java, A, B, C, Hello]

配列・リストを検索する

配列から特定の値を検索するには、一旦Listに変換後containsを使います。

a[0] = "Java";
a[1] = "Hello";
rb = Arrays.asList(a).contains("Java");
System.out.println(rb); // -> true

Listから特定の値を検索するには、containsを使う方法とindexOfを使う方法があります。

l = new ArrayList<>();
l.add("Java");
l.add("Hello");
rn = l.indexOf("Java");
System.out.println(rn); // -> 0

Mapのkeyから特定の値を検索するには、containsKeyを使います。
Mapのvalueから特定の値を検索するには、containsValueを使います。

m = new HashMap<>();
m.put(1, "Hello");
m.put(2, "Java");
rb = m.containsKey(1);
System.out.println(rb); // -> true
rb = m.containsValue("Java");
System.out.println(rb); // -> true

Setから特定の値を検索するには、containsを使います。

s = new HashSet<>();
s.add("Hello");
s.add("Java");
rb = s.contains("Java");
System.out.println(rb); // -> true

配列・リストの操作はやりたい処理によって使うメソッドを変えよう

配列やリストの操作には、同じ結果を得られる方法が、処理を組み合わせることによって何通りもあります。

ですが、特にループの場合には、処理の仕方によってはパフォーマンスが悪いこともあります。

どんなメソッドを使うのかは、やりたい処理によって適宜変えられるように、日頃からたくさん引出しを持っておくことをおすすめします。

今回は、Javaの配列・リスト操作についてまとめました。

参考になれば幸いです。

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