JavaSE入门必读篇——详解数组

数组的概念

假设现在要存5个学生的javaSE考试成绩，并对其进行输出，我们也许会：

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);
  }
}

我们成功实现了，可是50个呢？500个呢？5000个呢？我们总不能把这么多变量依次定义吧，况且他们都是数据类型相同的变量，那么java是通过什么来方便我们的使用的呢？这就是本文章所要讲到的数组。

1.什么是数组呢？

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。

例如车库：1.每个车位都是用来停车的；2.车位是连在一起的；3.车位都有属于自己的编号

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

2.如何创建数组

数组的两种常见初始化方式：

• 1.动态初始化（指定长度）
• 2.静态初始化（指定内容）

具体语法如下：

1.动态初始化

数组存储的数据类型[ ] 数组名字 = new 数组存储的数据类型[数组长度];
数组存储的数据类型 数组名字[ ] = new 数组存储的数据类型[数组长度];//不建议使用

第一种列举方式实例如下：

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 double[3]; // 创建一个可以容纳3个字符串元素的数组

注：1.new：关键字，创建数组使用的关键字; 2.数组有定长特性，长度一旦指定，不可更改。
当我们定义长度而没有具体数值时，我们java会提供默认值赋值：


2.静态初始化

数据类型[] 数组名 = new 数据类型[]{元素1,元素2,元素3…};

示例如下：

int[] array1 = new int[]{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
double[] array2 = new double[]{1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0};
String[] array3 = new String[]{"hell", "Java", "!!!"};

**3.静态初始化省略模式**

我们最为常用的是静态初始化的省略方式：

数据类型[] 数组名 = {1,元素2,元素3…};

举例如下：

// 注意：虽然省去了new T[], 但是编译器编译代码时还是会还原
int[] array1 = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
double[] array2 = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0};
String[] array3 = {"hell", "Java", "!!!"};

注：该方法不可拆分定义

3.遍历数组

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。例如：

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]);

array[0] = 100;// 也可以通过[]对数组中的元素进行修改
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。

比如：

int[] array = {1, 2, 3};
System.out.println(array[3]); // 数组中只有3个元素，下标一次为：0 1 2，array[3]下标越界
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100
       at Test.main(Test.java:4)

遍历数组的三大方式

循环打印：

int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
for(int i = 0; i < 5; i++){
   System.out.println(array[i]);
}

int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
for(int i = 0; i < array.length; i++){       //数组名.length求数组长度
   System.out.println(array[i]);
}

** for-each 遍历数组：**

int[] array = {1, 2, 3};
for (int x : array) {
    System.out.println(x);
}

**转字符打印：** 

import java.util.Arrays;

public class text1 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array={1,2,3,4,5,6};
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
}

效果展示如下：

4.扩展：快速批量初始化

Arrays.fill 快速初始化，填充一个数组。
我们看jdk1.8帮助手册里的说明：

实例：

import java.util.Arrays;

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[5];
        Arrays.fill(arr, 1);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));  // [1, 1, 1, 1, 1]
    }
}

数组原理内存图

1. 内存概述

内存是计算机中的重要原件，临时存储区域，作用是运行程序。我们编写的程序是存放在硬盘中的，在硬盘中的程序是不会运行的，必须放进内存中才能运行，运行完毕后会清空内存。 Java虚拟机要运行程序，必须要对内存进行空间的分配和管理。
简单来概括就是以下四点：

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

2.Java虚拟机的内存划分

为了提高运算效率，就对空间进行了不同区域的划分，因为每一片区域都有特定的处理数据方式和内存管理方式。

• JVM内存划分
  

• 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。

• 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。

3.其存储方式图

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。

注：变量array保存的是数组内存中的地址，而不是一个具体数值，因此称为引用数据类型。

import java.util.Arrays;

public class text1 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array1={1,2,3,4,5,6};
        int[] array2=new int[6];
        array2=array1;
        System.out.println(Arrays.toString(array2));
        array2[1]=300;
        System.out.println(Arrays.toString(array1));
    }
}

请大家思考为什么会有这样的效果，可以私信博主呦！

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，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。

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)

二维数组

二维数组初始化

同一维数组一样，共有4总不同形式的定义方法：

int[][] array1 = new int[10][10];
int array2[][] = new int[10][10];
int array3[][] = { { 1, 1, 1 }, { 2, 2, 2 } };
int array4[][] = new int[][] { { 1, 1, 1 }, { 2, 2, 2 } };

注：二维数组定义不可省略行

不规则二维数组：

int[][] array = new int[3][];
array[0] = new int[1];
array[1] = new int[2];
array[2] = new int[3];

遍历二维数组

import java.util.Arrays;

public class text1 {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] array={{1,2,3},{2,4,5},{1,2}};
        System.out.println(Arrays.deepToString(array));

    }
}

数组常见异常

1. 数组越界异常

public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1,2,3};
System.out.println(arr[3])
}

报错信息如下：

数组的索引是0.1.2，没有3索引，因此我们不能访问数组中不存在的索引出现该异常必须修改！

2. 数组空指针异常

我们在认识null中已经简要说明，我们来看内存：

Java常用API

1. 输出数组 Arrays.toString()

 int[] array = { 1, 2, 3 };
 System.out.println(Arrays.toString(array));

2.数组复制copyOf（）

import java.util.Arrays;

public class text1 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array={1,2,3,4,5,6};
        int[] ret=Arrays.copyOf(array,array.length*2);//复制同时扩容
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        System.out.println(Arrays.toString(ret));

    }
}

效果如下：

3.数组排序sort()

import java.util.Arrays;

public class text1 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array={1,6,5,4,9};
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        Arrays.sort(array);
        System.out.println(Arrays.toString(array));

    }
}

4.二维数组转字符打印deepToString()

import java.util.Arrays;

public class text1 {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] array={{1,2,3},{2,4,5},{1,2}};
        System.out.println(Arrays.deepToString(array));

    }
}

数组与方法的使用

在java当中，数组可以作为返回值来使用

举例：斐波那契数列->

public class text1 {
    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]);
        }
    }
}

部分截图如下：