【JavaSE】数组的定义与使用

数组的基本概念

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：
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。

数组的创建及初始化

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
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 String[3]; // 创建一个可以容纳3个字符串元素的数组

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。

 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", "!!!"};

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
long	0
int	0
short	0
float	0.0f
double	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。
注意：如果要给数组初始化，那么后面的new int[10]要么省略要么就不给具体长度。

int[] arr = new int[10]{1,2,3,4,5,6,7};//error

数组的使用

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 = {1, 2, 3, 4, 5};
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] = 10;
System.out.println(array[0]);

注意：

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。

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 = {1, 2, 3, 4, 5};
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 = {1, 2, 3, 4, 5};
for(int i = 0; i < 5; i++){
	System.out.println(array[i]);
}

改成循环之后，上述三个缺陷可以全部2和3问题可以全部解决，但是无法解决问题1。那能否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

int[] array = {1, 2, 3, 4, 5};
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, 4, 5};
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

数组是引用类型

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 = {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。
arr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。

引用变量

public static void func() {
	int[] array1 = new int[3];
	array1[0] = 10;
	array1[1] = 20;
	array1[2] = 30;
	int[] array2 = {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]);
	}
}

输出的结果是 100 200 300 400 500
array1=array2是让array1去引用array2引用的数组的空间，此时array1和array2实际是一个数组，通过array1将数组2，3号位置修改成300，400，此时array2也能看到数组中修改的结果，因为array1和array2引用的是同一个数组。

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

数组的应用场景

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.print(array[i] + " ");
	}
}

作为函数的参数
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);
} 
// 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
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]);
} 
// 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).

作为函数的返回值
比如：获取斐波那契数列的前N项

public class TestArray {
	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]);
		}
	}
}

数组练习

数组转字符串

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]

java.util.Arrays 包中的toString可以把数组转化为字符串。
数组拷贝

public static void func(){
	// newArr和arr引用的是同一个数组
	// 因此newArr修改空间中内容之后，arr也可以看到修改的结果
	int[] arr = {1,2,3,4,5};
	int[] newArr = arr;
	newArr[0] = 10;
	System.out.println("newArr: " + Arrays.toString(arr));
	// 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newArr引用的不是同一个数组
	arr[0] = 1;
	newArr = Arrays.copyOf(arr, arr.length);
	System.out.println("newArr: " + Arrays.toString(newArr));
	// 因为arr修改其引用数组中内容时，对newArr没有任何影响
	arr[0] = 10;
	System.out.println("arr: " + Arrays.toString(arr));
	System.out.println("newArr: " + Arrays.toString(newArr));
	// 拷贝某个范围.
	int[] newArr2 = Arrays.copyOfRange(arr, 2, 4);
	System.out.println("newArr2: " + Arrays.toString(newArr2));
}

注意：数组当中存储的是基本类型数据时，不论怎么拷贝基本都不会出现什么问题，但如果存储的是引用数据类型，拷贝时需要考虑深浅拷贝的问题。
写一个可以拷贝数组的方法

public static int[] copyOf(int[] arr) {
	int[] ret = new int[arr.length];
	for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
		ret[i] = arr[i];
	}
	return ret;
}

查找数组中指定元素(顺序查找)

public static void main(String[] args) {
	int[] arr = {1,2,3,10,5,6};
	System.out.println(find(arr, 10));
}
public static int find(int[] arr, int data) {
	for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
		if (arr[i] == data) {
			return i;
		}
	}
	return -1; // 表示没有找到
}

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

public static void main(String[] args) {
	int[] arr = {1,2,3,4,5,6};
	System.out.println(binarySearch(arr, 6));
}

public static int binarySearch(int[] arr, int toFind) {
	int left = 0;
	int right = arr.length - 1;
	while (left <= right) {
		int mid = (left + right) / 2;
		if (toFind < arr[mid]) {
			// 去左侧区间找
			right = mid - 1;
		} else if (toFind > arr[mid]) {
			// 去右侧区间找
			left = mid + 1;
		} else {
			// 相等, 说明找到了
			return mid;
		}
	}
	// 循环结束, 说明没找到
	return -1;
}

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。
语法定义：

数据类型[][] 数组名称 = new 数据类型 [行数][列数] { 初始化数据 };

二维数组的定义方法

int[][] arr = {{1,2,3},{4,5,6}};
int[][] arr2 = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6}};
int[][] arr3 = new int[3][3];
//不规则的二维数组
int[][] arr4 = new int[3][];//不能省略行，可以省略列

打印二维数组的方法

for (int i = 0;i < arr.length;i++){
	for (int j = 0;j < arr[i].length;j++){
		System.out.print(arr[i][j]+ " ");
	 }
	System.out.println();
}

for (int[] array : arr) {
   for (int i : array) {
   	   System.out.print(i + " ");
   }
   System.out.println();
}

System.out.println(Arrays.deepToString(arr));

不规则的二维数组

int[][] arr = new int[2][];
arr[0] = new int[]{1, 2};
arr[1] = new int[]{1, 2, 3};
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
	for (int j = 0; j < arr[i].length; j++) {
		System.out.print(arr[i][j] + " ");
	}
	System.out.println();
}