1 数组
在生活中，我们可能会碰到如下的场景。现在需要统计某公司员工的工资情况，例如计算平均工资、最高工资等。假设该公司有50名员工，在Java中，我们可以使用一个数组来记住这50名员工的工资。数组是指一组数据的集合，数组中的每个数据被称作元素。在数组中可以存放任意类型的元素，但同一个数组里存放的元素类型必须一致。
1.1 数组的定义
在Java中，可以使用以下格式来定义一个数组。如下
数据类型[] 数组名 = new 数据类型[元素个数或数组长度];
int[] x = new int[100];
上述语句就相当于在内存中定义了100个int类型的变量，第一个变量的名称为x[0]，第二个变量的名称为x[1]，以此类推，第100个变量的名称为x[99]，这些变量的初始值都是0。为了更好地理解数组的这种定义方式，可以将上面的一句代码分成两句来写，具体如下：
int[] x; // 声明一个int[]类型的变量
x = new int[100]; // 创建一个长度为100的数组
接下来，通过两张内存图来详细地说明数组在创建过程中内存的分配情况。
第一行代码 int[] x; 声明了一个变量x，该变量的类型为int[]，即一个int类型的数组。变量x会占用一块内存单元，它没有被分配初始值。内存中的状态如下图所示。
第二行代码 x = new int[100]; 创建了一个数组，将数组的地址赋值给变量x。在程序运行期间可以使用变量x来引用数组，这时内存中的状态会发生变化，如下图所示。
在上图中描述了变量x引用数组的情况。该数组中有100个元素，初始值都为0。数组中的每个元素都有一个索引(也可称为角标)，要想访问数组中的元素可以通过“x[0]、x[1]、……、x[98]、x[99]”的形式。需要注意的是，数组中最小的索引是0，最大的索引是“数组的长度-1”。在Java中，为了方便我们获得数组的长度，提供了一个length属性，在程序中可以通过“数组名.length”的方式来获得数组的长度，即元素的个数。
接下来，通过一个案例来演示如何定义数组以及访问数组中的元素
/*
定义数组容器
定义数组容器，要素，强制数据类型的语言
必须有数据类型，大小，大小就是存储数据的个数
定义数组的公式：
数据类型[] 变量名 = new 数据类型[存储元素的个数]
数据类型：数组中存储元素的数据类型
[]表示数组的意思
变量名 自定义的标识符
new 创建引用类型的关键字
数据类型：数组中存储元素的数据类型
[]表示数组的意思
元素个数：就是数组中可以存储多少个数据（恒定，定长）
*/
public class HelloWorld{
public static void main(String[] args){
int[] arr; //声明变量
arr = new int[3]; //创建数组对象
System.out.println("arr[0]=" + arr[0]); //访问数组中的第一个元素
System.out.println("arr[0]=" + arr[1]); //访问数组中的第二个元素
System.out.println("arr[0]=" + arr[2]); //访问数组中的第三个元素
System.out.println("数组的长度是：" + arr.length); //访问数组中的第三个元素
}
}
在上述代码中声明了一个int[]类型变量arr，并将数组在内存中的地址赋值给它。通过角标来访问数组中的元素，通过length属性访问数组中元素的个数。从打印结果可以看出，数组中的三个元素初始值都为0，这是因为当数组被成功创建后，数组中元素会被自动赋予一个默认值，根据元素类型的不同，默认初始化的值也是不一样的。具体如下表所示。
如果在使用数组时，不想使用这些默认初始值，也可以显式地为这些元素赋值。接下来通过一个程序来学习如何为数组的元素赋值
public class HelloWorld{
public static void main(String[] args){
int[] arr = new int[4]; //创建数组对象
arr[0] = 1;
arr[1] = 2;
System.out.println("arr[0]=" + arr[0]); //访问数组中的第一个元素
System.out.println("arr[0]=" + arr[1]); //访问数组中的第二个元素
System.out.println("arr[0]=" + arr[2]); //访问数组中的第三个元素
System.out.println("arr[0]=" + arr[3]); //访问数组中的第四个元素
System.out.println("数组的长度是：" + arr.length); //访问数组中的第三个元素
}
}
运行结果如下
在上述代码中，第3行代码定义了一个数组，此时数组中每个元素都为默认初始值0。第2、3行代码通过赋值语句将数组中的元素arr[0]和arr[1]分别赋值为1和2，而元素arr[2]和arr[3]没有赋值，其值仍为0，因此打印结果中四个元素的值依次为1、2、0、0。
在定义数组时只指定数组的长度，由系统自动为元素赋初值的方式称作动态初始化。
在初始化数组时还有一种方式叫做静态初始化，就是在定义数组的同时就为数组的每个元素赋值。数组的静态初始化有两种方式，具体格式如下：
类型[] 数组名 = new 类型[]{元素，元素，……};
类型[] 数组名 = {元素，元素，元素，……};
上面的两种方式都可以实现数组的静态初始化，但是为了简便，建议采用第二种方式。接下来通过一段代码来演示数组静态初始化的效果
public class HelloWorld{
public static void main(String[] args){
int[] arr = {1,2,3,4}; //静态初始化
System.out.println("arr[0]=" + arr[0]); //访问数组中的第一个元素
System.out.println("arr[0]=" + arr[1]); //访问数组中的第二个元素
System.out.println("arr[0]=" + arr[2]); //访问数组中的第三个元素
System.out.println("arr[0]=" + arr[3]); //访问数组中的第四个元素
System.out.println("数组的长度是：" + arr.length); //访问数组中的第三个元素
}
}
运行结果如下
上述代码中采用静态初始化的方式为数组每个元素赋予初值，分别是1、2、3、4。需要注意的是，第3行代码千万不可写成int[] arr = new int[4]{1,2,3,4};，这样写编译器会报错。原因在于编译器会认为数组限定的元素个数[4]与实际存储的元素{1,2,3,4}个数有可能不一致，存在一定的安全隐患。
1.2 数组的遍历
在操作数组时，经常需要依次访问数组中的每个元素，这种操作称作数组的遍历。接下来通过一个案例来学习如何使用for循环来遍历数组
public class HelloWorld{
public static void main(String[] args){
int[] arr = {1,2,3,4,5}; //静态初始化定义数组
//使用for循环遍历数组的元素
for (int i = 0;i < arr.length;i++){
System.out.println(arr[i]);
}
}
}
运行结果如下
上述代码中，定义一个长度为5的数组arr，数组的角标为0 ~ 4。由于for循环中定义的变量i的值在循环过程中为0~4，因此可以作为索引，依次去访问数组中的元素，并将元素的值打印出来。
1.3 数组的最值问题
在操作数组时，经常需要获取数组中元素的最值。接下来通过一个案例来演示如何获取数组中元素的最大值
public class HelloWorld{
public static void main(String[] args){
int[] arr = {4,1,6,3,9,8}; //静态初始化定义一个数组
int max = arr[0]; //定义变量max用于记录最大数，首先假设第一个元素为最大值
//通过for循环遍历数组中的元素
for (int x = 0;x < arr.length;x++){
if (arr[x] > max){ //比较arr[x]是否大于max
max = arr[x]; //条件成立，将arr[x]的值赋值给max
}
}
System.out.println("max="+max); //打印最大值
}
}
运行结果
上述代码中，定义了一个临时变量max，用于记住数组的最大值。通过for 循环获取数组中的最大值，赋值给max变量。
首先假设数组中第一个元素arr[0]为最大值，然后使用for循环对数组进行遍历，在遍历的过程中只要遇到比max值还大的元素，就将该元素赋值给max。这样一来，变量max就能够在循环结束时记住数组中的最大值。需要注意的是，在for循环中的变量i是从1开始的，这样写的原因是程序已经假设第一个元素为最大值，for循环中只需要从第二个元素开始比较，从而提高程序的运行效率。
1.4 数组异常
数组越界异常
每个数组的索引都有一个范围，即0~length-1。在访问数组的元素时，索引不能超出这个范围，否则程序会报错，如下所示
public class HelloWorld{
public static void main(String[] args){
int[] arr = new int[4];
System.out.println("arr[4]="+arr[4]);
}
}
运行结果如下
上图运行结果中所提示的错误信息是数组越界异常ArrayIndexOutOfBoundsException，出现这个异常的原因是数组的长度为4，其索引范围为0~3，而上述代码中的第4行代码使用索引4来访问元素时超出了数组的索引范围。
所谓异常指程序中出现的错误，它会报告出错的异常类型、出错的行号以及出错的原因，关于异常在后面的章节会有详细地讲解。
空指针异常
在使用变量引用一个数组时，变量必须指向一个有效的数组对象，如果该变量的值为null，则意味着没有指向任何数组，此时通过该变量访问数组的元素会出现空指针异常，接下来通过一个案例来演示这种异常，如下所示
public class HelloWorld{
public static void main(String[] args){
int[] arr = new int[3];
System.out.println("arr[0]="+arr[0]);
//将变量arr置为null
arr = null;
System.out.println("arr[0]="+arr[0]);
}
}
运行结果
通过上图所示的运行结果可以看出，上述代码中第4、5行代码都能通过变量arr正常地操作数组。第6行代码将变量置为null，当第7行代码再次访问数组时就出现了空指针异常NullPointerException。
2 二维数组
在程序中可以通过一个数组来保存某个班级学生的考试成绩，试想一下，如果要统计一个学校各个班级学生的考试成绩，又该如何实现呢？这时就需要用到多维数组，多维数组可以简单地理解为在数组中嵌套数组。在程序中比较常见的就是二维数组，接下来针对二维数组进行详细地讲解。
2.1 二维数组的定义格式
二维数组的定义有很多方式，接下来针对几种常见的方式进行详细地讲解，具体如下：
第一种方式：
int[][] arr = new int[3][4];
上面的代码相当于定义了一个3*4的二维数组，即二维数组的长度为3，二维数组中的每个元素又是一个长度为4的数组，接下来通过一个图来表示这种情况，如下图所示。
第二种方式：
int[][] arr = new int[3][];
第二种方式和第一种类似，只是数组中每个元素的长度不确定，接下来通过一个图来表示这种情况，如下图所示。
第三种方式：
int[][] arr = {{1,2},{3,4,5,6},{7,8,9}};
上面的二维数组中定义了三个元素，这三个元素都是数组，分别为{1,2}、{3,4,5,6}、{7,8,9}，接下来通过一个图来表示这种情况
对二维数组中元素的访问也是通过角标的方式，如需访问二维数组中第一个元素数组的第二个元素，具体代码如下：
arr[0][1];
2.2 二维数组元素的访问
操作二维数组时，经常需要获取数组中元素的值。接下来通过一个案例来演示如何获取数组中元素值
/*
定义二维数组
数组中的数组，数组里面存储的还是数组
int[][] arr = new int[3][4];
[3] 表示：二维数组中，有三个一维数组
[4] 表示：三个以为数组，每个数组的长度是4
*/
public class HelloWorld{
public static void main(String[] args){
//定义二维数组
int[][] arr = {{1,2,3,4},{5,6,7,8},{9,10,11,12}};
System.out.println(arr);
System.out.println("二维数组的长度："+arr.length);
//获取二维数组的3个元素
System.out.println( arr[0] );
System.out.println( arr[1] );
System.out.println( arr[2] );
System.out.println("打印第一个一维数组的元素值");
System.out.println( arr[0][0] );
System.out.println( arr[0][1] );//访问的为二维数组中第1个一维数组的第2个元素
System.out.println( arr[0][2] );
System.out.println( arr[0][3] );
System.out.println("打印第二个一维数组的元素值");
System.out.println( arr[1][0] );
System.out.println( arr[1][1] );
System.out.println( arr[1][2] );
System.out.println( arr[1][3] );
System.out.println("打印第三个一维数组的元素值");
System.out.println( arr[2][0] );
System.out.println( arr[2][1] );
System.out.println( arr[2][2] );
System.out.println( arr[2][3] );
}
}
运行结果
2.3 二维数组元素遍历和累加和
数组的遍历及数组的元素累加和操作
public class HelloWorld{
public static void main(String[] args){
//一维数组的遍历和累加和
int[] arr = {10,20,30,40,50};
int sum = 0;
for (int i = 0;i < arr.length;i++){
sum += arr[i];
}
System.out.println("sum="+sum);
System.out.println("---------------------");
//二维数组的遍历和累加和
int[][] arr2 = { {1,2},{3,4,5},{6,7,8,9,10}};
int sum2 = 0;
for (int i = 0;i < arr2.length;i++){
for (int j = 0;j < arr2[i].length;j++){
sum2 += arr2[i][j];
}
}
System.out.println("sum2="+sum2);
System.out.println("---------------------");
}
}
运行效果
2.4 练习
接下来通过一个案例来熟悉二维数组的使用。例如要统计一个公司三个销售小组中每个小组的总销售额以及整个公司的销售额。如下所示
第一小组销售额为{11, 12}万元
第二小组销售额为{21, 22, 23}万元
第三小组销售额为{31, 32, 33, 34}万元。
public class HelloWorld{
public static void main(String[] args){
int[][] arr = new int[3][]; // 定义一个长度为3的二维数组
arr[0] = new int[] { 11, 12 }; // 为数组的元素赋值
arr[1] = new int[] { 21, 22, 23 };
arr[2] = new int[] { 31, 32, 33, 34 };
int sum = 0; // 定义变量记录总销售额
for (int i = 0; i < arr.length; i++) { // 遍历数组元素
int groupSum = 0; // 定义变量记录小组销售总额
for (int j = 0; j < arr[i].length; j++) { // 遍历小组内每个人的销售额
groupSum = groupSum + arr[i][j];
}
sum = sum + groupSum; // 累加小组销售额
System.out.println("第" + (i + 1) + "小组销售额为：" + groupSum + " 万元");
}
System.out.println("总销售额为: " + sum + " 万元");
}
}