Java之数组的定义
目录
1. 数组的基本概念
1.1 为什么要使用数组
1.2 什么是数组
1.3 数组的创建及初始化
1.3.1 数组的创建
1.3.2 数组的初始化
1.4 数组的使用
1.4.1 数组中元素访问
1.4.2 遍历数组
2. 数组是引用类型
2.1 初始JVM的内存分布
2.2 基本类型变量与引用类型变量的区别
2.3 再谈引用变量
2.4 认识 null
3. 数组的应用场景
3.1 保存数据
3.2 作为函数的参数
3.3 作为函数的返回值
3.3.1获取斐波那契数列的前N项
3.3.2返回数组，array指向tmpArr指向的对象
3.3.3数组每个元素扩大二倍
4. 数组练习
4.1 数组转字符串
4.2 数组拷贝
4.3 求数组中元素的平均值
4.4 查找数组中指定元素(顺序查找)
4.5 查找数组中指定元素(二分查找)
4.6 数组排序(冒泡排序)
4.7 数组逆序
5. 二维数组
5.1二维数组的创建和初始化
5.2二维数组的输出
5.3不规则二维数组
1. 数组的基本概念
1.1 为什么要使用数组
假设现在要存5个学生的考试成绩，并对其进行输出，写出如下代码：
public class TestStudent{
public static void main(String[] args){
int score1 = 70;
int score2 = 80;
int score3 = 85;
int score4 = 60;
int score5 = 90;
System.out.println(score1);
System.out.println(score2);
System.out.println(score3);
System.out.println(score4);
System.out.println(score5);
}
}上述代码没有任何问题，但不好的是：如果有20名同学成绩呢，需要创建20个变量吗？有100个学生的成绩那不得要创建100个变量。仔细观察这些学生成绩发现：所有成绩的类型都是相同的，那Java中存在可以存储相同类型多个数据的类型吗？这就是本节要将的数组。
1.2 什么是数组
数组：可以看成是相同类型元素的一个集合。在内存中是一段连续的空间。比如现实中的车库：
数组的特点
1. 数组中存放的元素其类型相同
2. 数组的空间是连在一起的
3. 每个空间有自己的编号，其实位置的编号为0，即数组的下标。
1.3 数组的创建及初始化
1.3.1 数组的创建
T[] 数组名 = new T[N];
T：表示数组中存放元素的类型
T[]：表示数组的类型
N：表示数组的长度
int[] array1 = new int[10]; // 创建一个可以容纳10个int类型元素的数组
double[] array2 = new double[5]; // 创建一个可以容纳5个double类型元素的数组
String[] array3 = new String[3]; // 创建一个可以容纳3个字符串元素的数组1.3.2 数组的初始化
数组的初始化主要分为动态初始化以及静态初始化。
1. 动态初始化：在创建数组时，直接指定数组中元素的个数
int[] array = new int[10];
2. 静态初始化：在创建数组时不直接指定数据元素个数，而直接将具体的数据内容进行指定
语法格式： T[] 数组名称 = {data1, data2, data3, ..., datan};
int[] array1 = new int[]{0,1,2,3,4,5};
double[] array2 = new double[]{1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0};
String[] array3 = new String[]{"hell0", "world", "!!!"};【注意事项】
- 静态初始化虽然没有指定数组的长度，编译器在编译时会根据{}中元素个数来确定数组的长度。
- 静态初始化时, {}中数据类型必须与[]前数据类型一致。
- 静态初始化可以简写，省去后面的new T[]。
1.虽然省去了new T[], 但是编译器编译代码时还是会还原
int[] array1 = {0,1,2,3,4,5};
//int[] array1 =new int[]{0,1,2,3,4,5};
double[] array2 = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0};
//double[] array2 = new double[]{1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0};
String[] array3 = {"hello", "world", "!!!"};
//String[] array3 = new String[]{"hello", "world", "!!!"};2.数组也可以按照如下C语言个数创建
该种定义方式不太友好，容易造成数组的类型就是int的误解
[]如果在类型之后，就表示数组类型，因此int[]结合在一块写意思更清晰
int arr[] = {1, 2, 3};3.注意省略格式不可以拆分, 否则编译失败
//正确形式
int[] array1;
array1 = new int[10];
int[] array2;
array2 = new int[]{10, 20, 30};
//错误形式
int[] array3;
array3 = {1, 2, 3};- 如果没有对数组进行初始化，数组中元素有其默认值
如果数组中存储元素类型为基类类型，默认值为基类类型对应的默认值
- 如果数组中存储元素类型为引用类型，默认值为null
1.4 数组的使用
1.4.1 数组中元素访问
数组在内存中是一段连续的空间，空间的编号都是从0开始的，依次递增，该编号称为数组的下标，数组可以通过下标访问其任意位置的元素。比如：
int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
System.out.println(array[0]);
System.out.println(array[1]);
System.out.println(array[2]);
System.out.println(array[3]);
System.out.println(array[4]);
// 也可以通过[]对数组中的元素进行修改
array[0] = 100;
System.out.println(array[0]);【注意事项】
1. 数组是一段连续的内存空间，因此支持随机访问，即通过下标访问快速访问数组中任意位置的元素
2. 下标从0开始，介于[0, N）之间不包含N，N为元素个数，不能越界，否则会报出下标越界异常。
1.4.2 遍历数组
所谓 "遍历" 是指将数组中的所有元素都访问一遍, 访问是指对数组中的元素进行某种操作，比如：打印。
int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
System.out.println(array[0]);
System.out.println(array[1]);
System.out.println(array[2]);
System.out.println(array[3]);
System.out.println(array[4]);上述代码可以起到对数组中元素遍历的目的，但问题是：
1. 如果数组中增加了一个元素，就需要增加一条打印语句
2. 如果输入中有100个元素，就需要写100个打印语句
3. 如果现在要把打印修改为给数组中每个元素加1，修改起来非常麻烦。
通过观察代码可以发现，对数组中每个元素的操作都是相同的，则可以使用循环来进行打印。
int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
for(int i = 0; i < 5; i++){
System.out.println(array[i]);
}注意：在数组中可以通过 数组对象.length 来获取数组的长度
int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
for(int i = 0; i < array.length; i++){
System.out.println(array[i]);
}也可以使用 for-each 遍历数组
int[] array = {1, 2, 3};
for (int x : array) {
System.out.println(x);
}for-each 是 for 循环的另外一种使用方式. 能够更方便的完成对数组的遍历. 可以避免循环条件和更新语句写错.
也可以用Arrays.toString()来遍历
Arrays.sort(array);
String ret=Arrays.toString(array);
System.out.print(ret+" ");
System.out.println();2. 数组是引用类型
2.1 初始JVM的内存分布
内存是一段连续的存储空间，主要用来存储程序运行时数据的。比如：
1. 程序运行时代码需要加载到内存
2. 程序运行产生的中间数据要存放在内存
3. 程序中的常量也要保存
4. 有些数据可能需要长时间存储，而有些数据当方法运行结束后就要被销毁
因此JVM也对所使用的内存按照功能的不同进行了划分：
- 程序计数器 (PC Register): 只是一个很小的空间, 保存下一条执行的指令的地址
- 虚拟机栈(JVM Stack): 与方法调用相关的一些信息，每个方法在执行时，都会先创建一个栈帧，栈 帧中包含有：局部变量表、操作数栈、动态链接、返回地址以及其他的一些信息，保存的都是与方法执 行时相关的一些信息。比如：局部变量。当方法运行结束后，栈帧就被销毁了，即栈帧中保存的数据也 被销毁了。
- 本地方法栈(Native Method Stack): 本地方法栈与虚拟机栈的作用类似. 只不过保存的内容是Native 方法的局部变量. 在有些版本的 JVM 实现中(例如HotSpot), 本地方法栈和虚拟机栈是一起的
- 堆(Heap): JVM所管理的最大内存区域. 使用 new 创建的对象都是在堆上保存 (例如前面的 new int[]{1, 2,3} )，堆是随着程序开始运行时而创建，随着程序的退出而销毁，堆中的数据只要还有在使用，就不会被销毁。
- 方法区(Method Area): 用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据. 方法编译出的的字节码就是保存在这个区域
2.2 基本类型变量与引用类型变量的区别
基本数据类型创建的变量，称为基本变量，该变量空间中直接存放的是其所对应的值；
而引用数据类型创建的变量，一般称为对象的引用，其空间中存储的是对象所在空间的地址。
public static void func() {
int a = 10;
int b = 20;
int[] arr = new int[]{1,2,3};
}引用变量并不直接存储对象本身，可以简单理解成存储的是对象在堆中空间的起始地址。通过该地址，引用变量便可以去操作对象。有点类似C语言中的指针，但是Java中引用要比指针的操作更简单。
2.3 再谈引用变量
- 等号左边这个引用指向了等号右边这个引用指向的对象
- 通过其中任何一个修改这个对象的值，另一个引用去访问的时候，也被改变
例1.
public static void main(String[] args) {
int[] arr1={1,2,3,4};
int[] arr2={11,22,33,44};//此时没有人引用这个对象了，就会被系统回收
arr1[0]=99;
arr2=arr1;
arr2[0]=100;
System.out.println(Arrays.toString(arr1));
System.out.println(Arrays.toString(arr2));
}
结果
100 2 3 4例2.
public static void func() {
int[] array1 = new int[3];
array1[0] = 10;
array1[1] = 20;
array1[2] = 30;
int[] array2 = new int[]{1,2,3,4,5};
array2[0] = 100;
array2[1] = 200;
array1 = array2;//array1这个引用指向了array2这个引用指向的对象
array1[2] = 300;//array1[2]=array2[2]=300
array1[3] = 400;//array1[3]=array2[3]=400
array2[4] = 500;//array1[4]=array2[4]=500
for (int i = 0; i < array2.length; i++) {
System.out.println(array2[i]);
}
}
结果
100 200 300 400 5002.4 认识 null
null 在 Java 中表示 "空引用" , 也就是一个不指向对象的引用.
int[] arr = null;
System.out.println(arr[0]);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
at Test.main(Test.java:6)null 的作用类似于 C 语言中的 NULL (空指针), 都是表示一个无效的内存位置. 因此不能对这个内存进行任何读写操作. 一旦尝试读写, 就会抛出 NullPointerException.
注意: Java 中并没有约定 null 和 0 号地址的内存有任何关联.
3. 数组的应用场景
3.1 保存数据
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1, 2, 3};
for(int i = 0; i < array.length; ++i){
System.out.println(array[i] + " ");
}
}3.2 作为函数的参数
1. 参数传基本数据类型
public static void main(String[] args) {
int num = 0;
func(num);只是改变形参的指向，没有改变实参的指向
System.out.println("num = " + num);
}
public static void func(int x) {
x = 10;
System.out.println("x = " + x);
}
// 执行结果
x = 10
num = 0发现在func方法中修改形参 x 的值, 不影响实参的 num 值.
2. 参数传数组类型(引用数据类型）
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1, 2, 3};
func(arr);
System.out.println("arr[0] = " + arr[0]);
}
public static void func(int[] a) {
a[0] = 10;//传递的是引用，通过这个引用修改了原来的值
System.out.println("a[0] = " + a[0]);
}
// 执行结果
a[0] = 10
arr[0] = 10发现在func方法内部修改数组的内容, 方法外部的数组内容也发生改变.
因为数组是引用类型，按照引用类型来进行传递，是可以修改其中存放的内容的。
public static void func1(int[] array){
array=new int[]{15,16,17};//只是改变形参的指向，没有改变实参的指向
}
public static void func2(int[] array){
array[0]=999;//传递的是引用，通过这个引用修改了原来的值
}
public static void main(String[] args) {
int[] array1={1,2,3,4};
//func1(array1);//999 2 3 4
func2(array1);//1 2 3 4
System.out.println(Arrays.toString(array1));
}总结: 所谓的 "引用" 本质上只是存了一个地址. Java 将数组设定成引用类型, 这样的话后续进行数组参数传参, 其实只是将数组的地址传入到函数形参中. 这样可以避免对整个数组的拷贝(数组可能比较长, 那么拷贝开销就会很大).
当数组作为参数传递时，是值传递，只是测试的值是地址,两种情况：
- 形参修改指向 array=new int[10]; 只影响形参指向
- 形参修改指向对象的值 array[0]=9; 会影响到实参
3.3 作为函数的返回值
3.3.1获取斐波那契数列的前N项
public class TestArray {
//返回数组
public static int[] fib(int n){
if(n <= 0){
return null;
}
int[] array = new int[n];
array[0] = array[1] = 1;
for(int i = 2; i < n; ++i){
array[i] = array[i-1] + array[i-2];
}
return array;
}
public static void main(String[] args) {
int[] array = fib(10);
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
System.out.println(array[i]);
}
}
}3.3.2返回数组，array指向tmpArr指向的对象
public static int[] func(){
int[] tmpArr={10,11,12};//函数结束，tmpArr被回收
return tmpArr;
}
public static void main(String[] args) {
int[] array=func();//array指向tmpArr指向的对象
System.out.println(Arrays.toString(array));
}tmpArr指向{10,11,12}
函数结束，tmpArr被回收
array指向tmpArr指向的对象
3.3.3数组每个元素扩大二倍
public static int[] grow(int[] array){
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
array[i]= array[i]*2;
}
return array;
}
public static void main(String[] args) {
int[] array1={1,2,3,4,5};
int[] ret=grow(array1);
System.out.println(Arrays.toString(array1));
System.out.println(Arrays.toString(ret));
}相当于在同一个对象修改
public static void grow2(int[] array){
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
array[i]= array[i]*2;//相当于在同一个对象修改
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] array1={1,2,3,4,5};
grow2(array1);
System.out.println(Arrays.toString(array1));//array1指向的对象被修改
}public static int[] grow3(int[] array){
int[] tmpArray=new int[array.length];
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
tmpArray[i]= array[i]*2;//改了tmpArray指向的对象
}
return tmpArray;//返回tmpArray指向的对象
}
public static void main(String[] args) {
int[] array1={1,2,3,4,5};
int[] ret=grow3(array1);
System.out.println(Arrays.toString(array1));//array1指向的对象没有改
System.out.println(Arrays.toString(ret));
}4. 数组练习
4.1 数组转字符串
代码示例
import java.util.Arrays
int[] arr = {1,2,3,4,5,6};
String newArr = Arrays.toString(arr);
System.out.println(newArr);
// 执行结果
[1, 2, 3, 4, 5, 6]使用这个方法后续打印数组就更方便一些.
Java 中提供了 java.util.Arrays 包, 其中包含了一些操作数组的常用方法.
public static String myToString(int[] array){
if(array==null){
return null;
}
String ret="[";
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
ret+=array[i];
if(i!=array.length-1){
ret+=" ,";
}
}
ret=ret+"]";
return ret;
}
public static void main(String[] args) {
int[] array={1,2,3,4};
System.out.println(myToString(array));
System.out.println(myToString(null));
}4.2 数组拷贝
代码示例
1.普通方法
public static void main(String[] args) {
int[] array={1,2,3,4};
int[] array2=new int[array.length];
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
array2[i]=array[i];
}
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println(Arrays.toString(array2));2.Arrays.copyOf(数组，新的长度)
使用Arrays中copyOf方法完成数组的拷贝：
- copyOf方法在进行数组拷贝时，创建了一个新的数组
- arr和ret引用的不是同一个数组
public static void main(String[] args) {
int[] array={1,2,3,4};
//可以扩容，拷贝
int[] ret=Arrays.copyOf(array,array.length);
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println(Arrays.toString(ret));3.System.arraycopy(被拷贝数组，被拷贝数组的位置，拷贝数组，拷贝数组的位置，拷贝长度）
public static void main(String[] args) {
int[] array={1,2,3,4};
int[] copy=new int[array.length];
//指定区间拷贝
System.arraycopy(array,1,copy,0,array.length-1);
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println(Arrays.toString(copy));4.clone产生一个副本
public static void main(String[] args) {
int[] array1={1,2,3,4,5};
int[] array2=array1.clone();//克隆，就是产生一个副本
System.out.println(Arrays.toString(array1));
System.out.println(Arrays.toString(array2));
System.out.println("===============");
array2[0]=99;
System.out.println(Arrays.toString(array1));
System.out.println(Arrays.toString(array2));
}5.fill(局部/全部）填充
fill(数组，填充数字)；
fill(数组，开始位置，结束位置，填充数字）
public static void main(String[] args) {
int[] array3=new int[10];
//(局部/全部）填充
Arrays.fill(array3,1,3,-1);//[1,3)
System.out.println(Arrays.toString(array3));
}6.equals(数组，数组）,比较数组指向的内容
public static void main(String[] args) {
int[] array={1,2,3,4};
int[] array2={1,2,3,4};
System.out.println(Arrays.equals(array,array2));
}7.Arrays.copyOfRange(数组，开始位置，结束位置）
public static void main(String[] args) {
int[] array={1,2,3,4};
//范围拷贝
int[] ret=Arrays.copyOfRange(array,1,3);//[1,3)
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println(Arrays.toString(ret));
System.out.println("===============");
ret[0]=99;
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println(Arrays.toString(ret));
}
4.3 求数组中元素的平均值
给定一个整型数组, 求平均值
代码示例
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1,2,3,4,5,6};
System.out.println(avg(arr));
}
public static double avg(int[] arr) {
int sum = 0;
for (int x : arr) {
sum += x;
}
return (double)sum / (double)arr.length;
}
// 执行结果
3.54.4 查找数组中指定元素(顺序查找)
给定一个数组, 再给定一个元素, 找出该元素在数组中的位置.
代码示例
public static int find(int[] array,int val){
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
if(array[i]==val){
return i;
}
}
return -1;
}
public static void main(String[] args) {
int[] array1= {1,12,3,14};
int ret=find(array1,14);
System.out.println(ret);
}
// 执行结果
34.5 查找数组中指定元素(二分查找)
针对有序数组, 可以使用更高效的二分查找.
啥叫有序数组?
有序分为 "升序" 和 "降序"
如 1 2 3 4 , 依次递增即为升序.
如 4 3 2 1 , 依次递减即为降序.
以升序数组为例, 二分查找的思路是先取中间位置的元素, 然后使用待查找元素与数组中间元素进行比较：
- 如果相等，即找到了返回该元素在数组中的下标
- 如果小于，以类似方式到数组左半侧查找
- 如果大于，以类似方式到数组右半侧查找
代码示例
public static int binarySearch(int[] arr,int key){
int left=0;
int right=arr.length-1;
while(left<=right){
int mid=left+(right-left)/2;
if(arr[mid]>key){
right=mid-1;
}else if(arr[mid]可以看到, 针对一个长度为 10000 个元素的数组查找, 二分查找只需要循环 14 次就能完成查找. 随着数组元素个数越多, 二分的优势就越大.
4.6 数组排序(冒泡排序)
给定一个数组, 让数组升序 (降序) 排序.
算法思路
假设排升序：
1. 将数组中相邻元素从前往后依次进行比较，如果前一个元素比后一个元素大，则交换，一趟下来后最大元素就在数组的末尾
2. 依次从上上述过程，直到数组中所有的元素都排列好
代码示例
public static void bubbleSort(int[] arr){
for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
if(arr[j]>arr[j+1]){
int tmp=arr[j];
arr[j]=arr[j+1];
arr[j+1]=tmp;
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr={7,6,5,4,3,2,1};
bubbleSort(arr);
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}冒泡排序性能较低. Java 中内置了更高效的排序算法
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {9, 5, 2, 7};
Arrays.sort(arr);
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}关于 Arrays.sort 的具体实现算法, 我们在后面的排序算法课上再详细介绍. 到时候我们会介绍很多种常见排序算法.
4.7 数组逆序
给定一个数组, 将里面的元素逆序排列.
思路
设定两个下标, 分别指向第一个元素和最后一个元素. 交换两个位置的元素.
然后让前一个下标自增, 后一个下标自减, 循环继续即可.
public static void swap(int[] arr,int i,int j){
int tmp=arr[i];
arr[i]=arr[j];
arr[j]=tmp;
}
public static void reverse(int[] arr){
int left=0;
int right=arr.length-1;
while(left5. 二维数组
二维数组本质上也就是一维数组, 只不过每个元素又是一个一维数组.
基本语法
数据类型[][] 数组名称 = new 数据类型 [行数][列数] { 初始化数据 };
5.1二维数组的创建和初始化
public static void main(String[] args) {
int[][] array={{1,2,3},{4,5,6}};
int[][] array2=new int[][]{{1,2,3},{4,5,6}};
int[][] array3=new int[2][3];
}5.2二维数组的输出
public static void main(String[] args) {
int[][] array={{1,2,3},{4,5,6}};
System.out.println(Arrays.toString(array[0]));
System.out.println(Arrays.toString(array[1]));
System.out.println("==============");
for (int i = 0; i < 2; i++) {
for (int j = 0; j < 3; j++) {
System.out.print(array[i][j]+" ");
}
System.out.println();
}
System.out.println("==============");
for(int[] ret:array){
for(int x:ret){
System.out.print(x+" ");
}
System.out.println();
}
System.out.println("==============");
System.out.println(Arrays.deepToString(array));
}5.3不规则二维数组
public static void main(String[] args) {
//可以省略列
int[][] array=new int[2][];
*//*array[0]=new int[2];
array[1]=new int[4];*//*
array[0]=new int[]{11,22,33,44};
array[1]=new int[]{111,222,444,666,888};
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
for (int j = 0; j < array[i].length; j++) {
System.out.print(array[i][j]+" ");
}
System.out.println();
}
}