Java数组详解 -- 基础知识与常用操作

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前言

为了巩固所学的知识，作者尝试着开始发布一些学习笔记类的博客，方便日后回顾。当然，如果能帮到一些萌新进行新技术的学习那也是极好的。作者菜菜一枚，文章中如果有记录错误，欢迎读者朋友们批评指正。
（博客的参考源码以及可以在我主页的资源里找到，如果在学习的过程中有什么疑问欢迎大家在评论区向我提出）

一、初识数组

数组是一种可以容纳多个相同类型数据元素的数据结构。它是Java编程中常用的数据类型，用于存储和操作一组数据。数组提供了一个连续的内存空间来存储多个元素，并通过索引来访问和操作其中的每个元素。

1. 数组的定义

在Java中，可以使用以下语法来定义一个数组：

  dataType[] arrayName;

其中，dataType表示数组中元素的数据类型，arrayName是数组的名称。

2. 数组的特点

1. 数组具有以下特点：

• 数组长度固定：一旦数组被创建，其长度就是固定的，无法动态改变
• .存储相同类型的数据：数组中的元素必须是相同类型的数据
• 连续的内存空间：数组中的元素在内存中是连续存储的，可以通过索引快速访问

• 正是因为数组的在内存空间的地址是连续的，所以我们在删除或者增添元素的时候，就难免要移动其他元素的地址。例如删除下标为3的元素，如图所示：

• 数组的元素是不能删除的，只能覆盖

3. 声明和初始化数组

1. 声明数组的语法

要声明一个数组，可以使用以下语句：

  dataType[] arrayName;

其中，dataType是数组中元素的数据类型，arrayName是数组的名称。

2. 静态初始化和动态初始化

在声明数组的同时，可以进行初始化操作。数组的初始化可以分为静态初始化和动态初始化两种方式。

• 静态初始化

静态初始化是指在声明数组的同时，为数组元素赋初值。可以使用以下语法进行静态初始化：

  dataType[] arrayName = {element1, element2, ...};

其中，dataType是数组中元素的数据类型，arrayName是数组的名称，element1, element2, …是要赋给数组元素的值。

• 动态初始化

动态初始化是指在声明数组后，再为数组分配内存空间，并为数组元素赋初值。可以使用以下语法进行动态初始化：

  dataType[] arrayName = new dataType[arrayLength];

其中，dataType是数组中元素的数据类型，arrayName是数组的名称，arrayLength是数组的长度，表示可以存储的元素个数。

4. 默认初始化值

在Java中，如果没有为数组中的元素赋初值，那么数组会自动进行默认初始化，根据数据类型不同采用不同的默认值。下面是一些常见数据类型的默认初始化值：

• int类型的数组，默认元素值为 0
• double类型的数组，默认元素值为 0.0
• boolean类型的数组，默认元素值为 false
• char类型的数组，默认元素值为空字符 \u0000

二、访问和操作数组元素

1. 数组的索引和范围

数组中的每个元素都通过一个非负整数索引来访问。索引从 0 开始，依次递增。例如，第一个元素的索引为 0，第二个元素的索引为 1，以此类推。数组的长度为 n，则有效索引范围为 0 到 n - 1。

2. 通过索引访问数组元素

要访问数组中的元素，可以使用以下语法：

  arrayName[index]

其中，arrayName是数组的名称，index是要访问的元素的索引。通过该语法可以获取数组中指定索引位置的元素值。

3. 修改数组元素的值

通过索引访问数组元素后，还可以对该元素进行赋值操作，从而修改元素的值。使用以下语法来修改数组元素的值：

  arrayName[index] = newValue;

其中，arrayName是数组的名称，index是要修改的元素的索引，newValue是要赋给该元素的新值。

三、数组的长度和属性

1. 数组的长度计算

通过使用 length 属性，可以获取数组的长度。长度表示数组中元素的个数，而非数组占用的内存空间大小。要获取数组的长度，可以使用以下语法：

  int length = arrayName.length;

其中，arrayName是数组的名称，length是用于存储数组长度的变量。

2. 数组的长度属性

数组的长度是在创建数组时指定的，一旦创建后，长度就是固定的。使用length属性可以获取数组的长度值，常用于遍历数组或检查数组是否越界。

3. 数组越界的错误

在访问数组元素时，需要确保所使用的索引在有效范围内，否则会发生数组越界的错误。如果索引小于0或大于等于数组长度，都会导致数组越界错误。在编写代码时，应格外注意数组索引的范围。

四、数组的遍历

数组的遍历是指依次访问数组中的每个元素。遍历数组可以通过循环结构实现，常见的有for循环和增强for循环。

1. for循环遍历数组

for (int i = 0; i < arrayName.length; i++) {
    // 访问数组元素：arrayName[i]
    // 执行其他操作
}

在for循环中，使用一个循环变量i来作为索引，从 0 开始逐渐增加，直到达到数组长度减 1 为止。该方法适用于需要根据索引进行操作的情况。

2. 增强for循环遍历数组

for (dataType element : arrayName) {
    // 访问数组元素：element
    // 执行其他操作
}

增强 for 循环是Java 5中引入的一种遍历数组的简化方法。它可以直接遍历数组中的每个元素，不需要使用索引变量。该方法适用于只需要访问数组元素而不需要索引的情况。

3. 遍历多维数组

遍历多维数组可以嵌套使用多个循环，每层循环负责遍历一维数组的元素。

for (int i = 0; i < arrayName.length; i++) {
    for (int j = 0; j < arrayName[i].length; j++) {
        // 访问数组元素：arrayName[i][j]
        // 执行其他操作
    }
}

通过嵌套的循环，可以依次遍历每个二维数组的元素。

五、多维数组

多维数组是指包含多个一维数组的数组。例如，二维数组是一种常见的多维数组，它包含多个一维数组作为其元素。

1. 二维数组的定义和初始化

在Java中，可以使用以下语法来定义二维数组：

  dataType[][] arrayName = new dataType[rowLength][columnLength];

其中，dataType是二维数组中元素的数据类型，arrayName是二维数组的名称，rowLength表示二维数组的行数，columnLength表示二维数组的列数。

二维数组的初始化可以通过静态初始化和动态初始化两种方式，与一维数组类似。

2. 访问和操作二维数组元素

要访问二维数组中的元素，可以使用以下语法：

  arrayName[rowIndex][columnIndex]

其中，arrayName是二维数组的名称，rowIndex是要访问的元素所在行的索引，columnIndex是要访问的元素所在列的索引。

可以通过修改二维数组元素的值，来操作二维数组。与一维数组类似，使用以下语法来修改二维数组的元素值：

  arrayName[rowIndex][columnIndex] = newValue;

六、数组的注意事项和扩展

1. 数组长度的不可变性

数组一旦创建后，其长度就是固定的，无法动态改变。如果需要存储更多的元素，可以考虑使用动态数组或集合类。

2. 数组的复制和排序

• 可以使用 System.arraycopy() 方法或 Arrays.copyOf() 方法来复制数组

使用 System.arraycopy() 方法：

int[] sourceArray = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] targetArray = new int[sourceArray.length];

System.arraycopy(sourceArray, 0, targetArray, 0, sourceArray.length);

使用 Arrays.copyOf() 方法：

int[] sourceArray = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] targetArray = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);

• 可利用Arrays.sort() 方法对数组进行 排序

 // 使用 Arrays.sort() 方法对数组进行排序
 Arrays.sort(numbers);
}

3. 数组的查找

通过 binarySearch 方法能对排序好的数组进行二分查找法操作

import java.util.Arrays;

public class BinarySearchExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 示例数组，必须为已排序的数组
        int[] array = {10, 20, 30, 40, 50, 60, 70};
        int key = 40;

        int index = Arrays.binarySearch(array, key);
}

4. 动态数组的实现：ArrayList

在Java中，除了使用数组外，还可以使用 ArrayLis t类来实现动态数组。ArrayList 可以自动调整长度，并提供了丰富的方法来操作和管理元素。（详情请到个人主页查看关于ArrayList的入门博客）

总结

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