【JavaSE】数组的定义和使用
目录
1.数组的基本概念
1.1数组的创建及初始化
1.1.1数组的创建
1.1.2数组的初始化
1.2数组的使用
1.2.1数组中元素的访问
1.2.2遍历数组
2.数组是引用类型
2.1初识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作为函数的参数
3.3作为函数的返回值
4.数组练习
4.1数组转字符串（实现 toString）
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查找数组中的指定元素（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
1.数组的基本概念
1.1数组的创建及初始化
1.1.1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 double[3]; // 创建一个可以容纳3个字符串元素的数组1.1.2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[]{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
double[] array2 = new double[]{1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0};
String[] array3 = new String[]{"hell", "Java", "!!!"};【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[ ]
// 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", "!!!"};- 数组也可以按照如下C语言个数创建，不推荐
/*
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};- 如果不确定数组当中内容时，使用动态初始化，否则建议使用静态态初始化。
- 静态和动态初始化也可以分为两步，但是省略格式不可以。
int[] array1;
array1 = new int[10];
int[] array2;
array2 = new int[]{10, 20, 30};
// 注意省略格式不可以拆分, 否则编译失败
// 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，比如：
| 类型 | 默认值 |
| byte | 0 |
| short | 0 |
| int | 0 |
| long | 0 |
| float | 0.0f |
| double | 0.0 |
| char | /u0000 |
| boolean | false |
如果数组中存储元素类型为引用类型，默认值为null
1.2数组的使用
1.2.1数组中元素的访问
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】
- 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
- 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。
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) 
1.2.2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
1.使用for循环遍历数组
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
2.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
3.借助Java的操作数组的工具类 Arrays
//借助Java的操作数组的工具类 Arrays.toString ：将参数的数组以字符串的形式进行输出
String ret = Arrays.toString(array);
System.out.println(ret);需要注意的是这个类需要
还有由于返回值是字符串的形式，我们需要用一个字符串类型的变量来接收
由于是有返回值的，我们也可以直接打印
2.数组是引用类型
2.1初识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：
- 程序运行时代码需要加载到内存
- 程序运行产生的中间数据要存放在内存
- 程序中的常量也要保存
- 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
如果对内存中存储的数据不加区分的随意存储，那对内存管理起来将会非常麻烦
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
现在我们只简单关心 堆 和 虚拟机栈这两块空间，后序JVM中还会更详细介绍。
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};
}在上述代码中，a、b、arr，都是函数内部的变量，因此其空间都在main方法对应的栈帧中分配。
- a、b是内置类型的变量，因此其空间中保存的就是给该变量初始化的值。
- array是数组类型的引用变量，其内部保存的内容可以简单理解成是数组在堆空间中的首地址
从上图可以看到，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
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[2] = 300;
array1[3] = 400;
array2[4] = 500;
for (int i = 0; i < array2.length; i++) {
System.out.println(array2[i]);
}
注：1.一个引用能不能同时指向多个对象
答案是不能！
2.引用 一定是在栈上吗？？
答案是不一定
- 一个变量在不在栈上是由变量的性质决定的
- 如果是局部变量，就是在栈上
- 如果是实例成员变量，那就不一定在栈上了
2.4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.
一旦尝试读写, 就会抛出 NullPointerException.（空指针异常）
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作为函数的参数
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;
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。
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).
问：如果代码写成这样，数组的内容还会被修改吗
public static void func1(int[]array){
array= new int[]{11,2,13,4,51,61};
}
public static void main(String[] args) {
int[]array={1,2,3,4,5,6};
System.out.println(Arrays.toString(array));
func1(array);
}答案是不会，因为new了一个对象，在堆上重新开辟了一个空间
虽然传的是地址，但是形参只是改变了自己的指向了而已
3.3作为函数的返回值
比如：获取斐波那契数列的前N项
public static int[] fib(int n){
//获取斐波那契数列的前N项
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]);
}
}
再看一个代码
public static int[] transform(int[] array){
int[]ret = new int[array.length];
for(int i = 0; i< array.length;i++){
ret[i] = array[i] * 2;
}
return ret;
}
public static void main(String[] args) {
int[]array={1,2,3,4,5};
int[]ret2 = transform(array);
System.out.println(Arrays.toString(ret2));
}
4.数组练习
4.1数组转字符串（实现 toString）
public static void main(String[] args) {
int[]array={1,2,3,4,5};
System.out.println(myToString1(array));
System.out.println(myToString2(array));
}
public static String myToString1(int[] array){
//模拟实现 toString [1,2,3,4,5]
if(array == null){
return "null";
}
String str = "[";
for(int i = 0; i < array.length; i++){
str = str + array[i];
if(i != array.length-1){
str = str + ", ";
}
}
str = str+"]";
return str;
}
public static String myToString2(int[] array){
//版本2
String str = Arrays.toString(array);
return str ;
}
4.2数组拷贝
1.第一种拷贝方式（使用for循环拷贝）
public static void main2(String[] args) {
//第一种拷贝方式(使用for循环拷贝)
int[]array = {1,2,3,4};
int[]copy = new int[array.length];
for(int i = 0 ;i < array.length ;i++){
copy[i] = array[i];
}
System.out.println(Arrays.toString(copy));
}2.第二种拷贝方式（使用Array类自带的拷贝工具 copyOf）
public static void main3(String[] args) {
//第二种拷贝方法：使用Array类自带的拷贝工具 copyOf
int[]array={1,2,3,4};
int[]copy=Arrays.copyOf(array,array.length);
System.out.println(Arrays.toString(copy));
int[]copy2=Arrays.copyOf(array,2*array.length);
System.out.println(Arrays.toString(copy2));
//虽然是拷贝，其实也可以看成是扩容
3.第三种拷贝方法（arraycopy）
public static void main4(String[] args) {
//第三种拷贝方法 arraycopy
int[]array = {1,2,3,4};
int[] copy = new int[array.length];
System.arraycopy(array,0,copy,0,array.length);
System.out.println(Arrays.toString(copy));
} 
4.第四种拷贝方法(array.clone)
public static void main(String[] args) {
//第四种拷贝方式 array.clone
int[]array={1,2,3,4};
int[]copy = array.clone();
System.out.println(Arrays.toString(copy));其中，copy和array的地址是不一样的
4.3求数组中元素的平均值
public static double ave(int[]array){
int sum = 0;
for(int x:array){
sum += x;
}
return (double)sum/ (double)array.length;
}
public static void main(String[] args) {
//求数组元素的平均值
int[]array={1,2,3,4,5,6};
System.out.println(ave(array));
}4.4查找数组中指定元素（顺序查找）
public static int findNum(int[] array,int k){
for(int i = 0; i< array.length;i++){
if(array[i]==k){
return i;
}
}
return -1;
}
public static void main(String[] args) {
//查找数组种指定元素（顺序查找）
int[] array={1,9,4,2,15,17};
System.out.println(findNum(array, 2));
}4.5查找数组中的指定元素（二分查找）
针对有序数组, 可以使用更高效的二分查找
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
public static int binarySearch(int[]array,int k){
int left = 0;
int right = array.length-1;
while(left<=right){
int mid = (left+right)/2;
if(array[mid]>k){
right=mid-1;
}else if(array[mid]但是Arrays类是提供了二分查找的工具的，所以下次我们直接用即可
public static void main(String[] args) {
int[] array={1,2,3,4,15,17};
System.out.println(Arrays.binarySearch(array, 15));
}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
public static void bubbleSort(int[] array){
for(int i = 0 ; i < array.length-1;i++){
for(int j = 0;j< array.length-1-i;j++){
if(array[j] > array[j+1]){
int tmp = array[j];
array[j]=array[j+1];
array[j+1]=tmp;
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] array = {-1,5,0,4,17,6};
bubbleSort(array);
System.out.println(Arrays.toString(array));
}在Java中，Arrays类中也有一个帮数组排序的工具
Arrays.sort
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 reverse(int[] array){
int left = 0;
int right = array.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 };代码示例
public static void main(String[] args) {
//二维数组
int[][] arr = {
{1, 2, 3, 4},
{5, 6, 7, 8},
{9, 10, 11, 12}
};
for (int row = 0; row < arr.length; row++) {
for (int col = 0; col < arr[row].length; col++) {
System.out.printf("%d\t", arr[row][col]);
}
System.out.println("");
}
// 执行结果
// 1 2 3 4
// 5 6 7 8
// 9 10 11 12
} 
如果要打印二维数组
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();
}或者用Arrays.deepToString
System.out.println(Arrays.deepToString(array));
二维数组的用法和一维数组并没有明显差别, 因此我们不再赘述.
同理, 还存在 "三维数组", "四维数组" 等更复杂的数组, 只不过出现频率都很低