【JAVA】数组

⭐ 作者：小胡_不糊涂
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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，按照之前掌握的知识点，我么会写出如下代码：

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？

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：

在java中，包含6个整形类型元素的数组，就相当于上图中连在一起的6个车位，从上图中可以看到：

• 数组中存放的元素其类型相同
• 数组的空间是连在一起的
• 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

那在程序中如何创建数组呢？

1.3 数组的创建及初始化

1.3.1 数组的创建

语法格式：

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

例如：

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

1.3.2 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};

例如：

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：

• 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[]
• 数组也可以按照如下C语言格式创建
  但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
• 静态和动态初始化也可以分为两步，但是省略格式不可以

//比如下面的 array3 ，运行时就会产生编译失败
int[] array1;
array1 = new int[10];

int[] array2;
array2 = new int[]{10, 20, 30};

int[] array3;
array3 = {1, 2, 3};//error

• 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。

1.4 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：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        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]);
    }
}

运行结果：

也可以通过 [] 对数组中的元素进行修改：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
        array[0]=100;
        System.out.println(array[0]);
    }
}

运行结果：

注：

• 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

运行结果：

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。

//打印数组中的每个元素
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。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(array[i]);
        }
    }
}

运行结果：

上述过程中，我们已知数组的长度，如果数组的长度未知，该如何获取到数组的长度呢？

在数组中可以通过 数组对象 .length 来获取数组的长度

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
        for(int i = 0; i < array.length; i++){
            System.out.println(array[i]);
        }
        System.out.println(array.length);
    }
}

运行结果：

也可以使用 for-each 遍历数组：

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

运行结果：

2. 数组是引用类型

2.1 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。

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。

2.2 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]);//error

运行结果：

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。

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] + " ");
        }
    }

运行结果：

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);
        System.out.println("num = " + num);
    }
    public static void func(int x) {
        x = 10;
        System.out.println("x = " + x);
    }

运行结果：

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;
        System.out.println("a[0] = " + a[0]);
    }

运行结果：

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)。

3.3 作为函数的额返回值

实例：获取斐波那契数列的前N项

斐波那契数列：1 1 2 3 5 8 13 21 34…
从第三个数开始，第N项等于前两项之和

public static int[] fib(int n){
        if(n <= 0){
            return null;
        }
        
        int[] array = new int[n];//建立一个新数组
        
        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);//接收返回的数组
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            System.out.println(array[i]);
        }
    }

运行结果：

4. 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) {
        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("");
        }
    }

运行结果：

图解：
arr由三个元素组成，每个元素又都是一个一维数组。

二维数组的用法和一维数组并没有明显差别

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