Java —— 数组
目录
1. 数组的基本概念
1.1 什么是数组? 为什么要有数组?
1.2 数组的创建及初始化
1.3 数组的使用
1.3.1 数组中元素访问
1.3.4 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
2.3 认识null
3. 数组的应用场景
3.1 保存数据
3.2 作为函数的参数
3.3 作为函数的返回值
4. 数组练习题
4.1 数组转字符串
4.2 数组拷贝
Arrays.copyOf()的源码
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 查找数组中指定元素(二分查找)
4.6 数组逆序
4.7 数组排序(冒泡排序)
5. 二维数组
5.1 基本语法
5.2 代码示例
5.3 打印二维数组
1. 数组的基本概念
1.1 什么是数组? 为什么要有数组?
我们举一个例子.
如果要定义三个整型变量, 在本篇文章学习之前一般会这样做:
int a1 = 1;
int a2 = 2;
int a3 = 3;如果是要定义更多个整型变量, 我们就会接着往下按照类型 变量名 = 值;去写.
但是会发现不管是几个变量, 他们的类型都是一样的, 属于同一种数据类型, 那么我们把同一种数据类型组织起来, 通过一行代码解决, 这就是我们的数组.
1.2 数组的创建及初始化
在Java中创建(定义)数组就是类型[] 数组名 = {};, 如下所示:
int[] array = {1, 2, 3}; // 定义了一个数组, 有三个变量.同样我们可以定义其他类型的数组.
float[] array2 = {1.0f, 2.5f};以上面的array数组为例, 它创建的时候是在内存中给它开辟一块连续的空间, 空间大小是3.
给每一个位置编号的时候是从0开始编号.
数组的定义:数组是一块连续的存储空间, 存储的是相同数据类型的元素.
那么如何通过下标访问数据呢? 我们来看.
比如: array[1], 这里的元素是一个整数, 使用ret来接收一下.
int[] array = {1, 2, 3};
int ret = array[1];
System.out.println(ret);输出结果:
2
注意, 通过下标访问数据时的下标不可以超出数组的大小, 如果超出会异常.
可以看到, 报错"数组下标超出了范围", 也就是"数组越界异常".
数组的下标范围: [0, len-1] (len为数组长度)
Java中输出数组长度可以通过数组名.length得出数组长度
int len = array.length;
System.out.println(len);简单区分几种定义数组的方式:
int[] array1 = {1, 2, 3};//直接赋值 静态初始化
// new type[] {dates};
int[] array2 = new int[]{1, 2, 3, 4}; //动态初始化, 不指定数组长度, 根据元素个数确定以上两种没有本质上的区别, 只有写法上的区别.
再看以下的写法:
int[] array3 = new int[10];//只是分配了内存 但是没有进行赋值 只有默认值。
int[] array4;
array4 = new int[]{10, 20, 30};//静态和动态初始化也可以分为两步，但是省略格式不可以。- 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
- 静态和动态初始化也可以分为两步，但是省略格式不可以。
1.3 数组的使用
1.3.1 数组中元素访问
我们可以通过下标来访问数组中的元素, 也可以通过下标去修改元素.
int[] array1 = {1, 2, 3}; // 假设这是我们的数组
System.out.println(array1[1]); // 我们可以通过 sout 来输出它的 1下标
array1[1] = 99; // 也可以通过 array1 把 1下标 的值改成 99.
System.out.println(array1[1]);以上代码说明我们不仅可以通过 1下标 来访问 1 下标的值, 也可以修改 1下标的值.
【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。
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)
1.3.4 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.
- 使用
for循环遍历
int[] array1 = {1, 2, 3};
for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
System.out.print(array1[i] + " ");
}
System.out.println();- 使用
for-each循环遍历
// for each: 增强for循环
// 数组当中数据的类型定义的变量 : 数组名
for (int x : array1) {
System.out.print(x + " ");
}
System.out.println();两者区别:
for可以拿到数组的下标, 而for-each拿不到数组的下标.
如果去遍历数组只是为了简单的打印, 就用for-each即可.
如果有需要使用数组下标, 就使用for.
- 使用工具类
Arrays
Java中有一个工具类, 可以专门用来操作数组, 这个工具类叫做Arrays.
那么要使用它, 就需要导包, 也就是在所有代码的前面加上:
import java.util.Arrays;于是就可以使用toString()方法.
//把数组转变为字符串，然后返回
String ret = Arrays.toString(array1);2. 数组是引用类型
要理解什么是引用, 首先先来了解JVM内存的划分.
2.1 初识JVM的内存分布
为什么要进行内存的划分?
对于我们内存来说, 它是一块连续的空间. 那么我们怎么知道我们的数据放到哪里?
所以我们需要对内存进行划分.
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：
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
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。
JVM对所使用的内存按照功能的不同进行了划分：
可以看到, 有方法区, 虚拟机栈, 本地方法栈, 堆, 程序计数器. 总共有五块内存, 这五块内存所存储的数据是不同的. 比如我们平时所说的局部变量的内存就存在虚拟机栈中. 再比如本地方法栈, JVM有部分代码底层是C/C++写的, 那么这部分代码就是在本地方法栈中. 再比如堆, 我们所说的对象, 数组就是在堆上, 方法区就是存放静态变量的. 程序计数器就用于保存下一条执行的指令的地址.
- 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，后续JVM中还会更详细介绍。
2.2 基本类型变量与引用类型变量
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。
以下代码在内存中应该如何存储?
int a = 10;
int b = 20;
int[] array = {1, 2, 3, 4};
那么我们如果直接打印array, 会看到一个类似于地址的东西.
System.out.println(array);
这串字符串可以先简单认为就是地址, 但是它并不是真实的地址, 而是地址经过哈希得到的.
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.
接下来我们看一些代码来感受一下.
代码示例1
int[] array = {1, 2, 3, 4}; // 定义一个数组
System.out.println(Arrays.toString(array));// 输出这个数组, 输出为 1234
int[] array2 = array;
array2[1] = 99;
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println(Arrays.toString(array2));
执行结果:
代码示例2
int[] array = {1, 2, 3, 4};
int[] array2 = {4, 5, 6, 7, 8};
array = array2;
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println(Arrays.toString(array2));
执行结果:
一个引用能否同时指向多个对象?
不可以. 由上例可知array这个变量存储的引用只能有一个.
再比如:int a = 10 = 20 = 30;显然错误, 一个变量里面所存储的值只能有一个.
2.3 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.
// 引用类型的赋值
int[] array = null; // 代表这个引用不指向任何的对象
System.out.println(array);
当引用不指向任何对象的时候, 如果尝试对这个引用做一些事情的时候, 就会发生空指针异常.
System.out.println(array.length);
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.
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] + " ");
}
}3.2 作为函数的参数
有如下数组:
int[] array = {1, 2, 3, 4};接下来我们写两个函数来看一下这两个函数有什么区别:
public static void func1(int[] array) {
array = new int[10];
}
public static void func2(int[] array) {
array[0] = 99;
}当我们调用其中一个函数的时候, 输出的结果是什么?
func1(array);
//func2(array);
System.out.println(Arrays.toString(array));分析调用func1:
所以可以知道: 不是传引用就可以改变实参的值.
分析调用func2:
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 作为函数的返回值
// 在 Java 中可以返回一整个数组
public static int[] func3() {
int[] tmp = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7};
return tmp;
}
public static void main(String[] args) {
int[] ret = func3();
System.out.println(Arrays.toString(ret));
}
代码示例
public static void swap(int[] array) {
int tmp = array[0];
array[0] = array[1];
array[1] = tmp;
}
public static void main(String[] args) {
int[] tmp = {1, 2};
System.out.println("交换前：" + tmp[0] + " " + tmp[1]);
swap(tmp);
System.out.println("交换后：" + tmp[0] + " " + tmp[1]);
}
4. 数组练习题
4.1 数组转字符串
对于数组转字符串来说其实前文已经提过, 就是使用工具类Arrays的toString()方法.
那么我们这里就用自己写代码, 模拟实现一下toString().
首先来看一下我们在使用原来的toString是什么样的一个结果:
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1, 2, 3, 4};
String ret = Arrays.toString(array);
System.out.println(ret);
}
可以看到结果字符串由中括号, 逗号, 数字组成.
那么显然我们需要写出字符串拼接的效果.
于是可以自然而然的写出如下代码:
public static String myToString(int[] tmp) {
// 比普通的数据多了中括号和逗号, 所以最后的返回值是要先有"[", 而后进行字符拼接
String ret = "[";
for (int i = 0; i < tmp.length; i++) { // 拿到每个元素数据
ret = ret + tmp[i] + ","; // 每次有一个数据就拼接上
}
ret += "]"; // 拼接完数字就补"]"在结尾
return ret;
}但是上面的代码是有问题的, 我们对这份我们第一次写出的代码进行测试:
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1, 2, 3, 4};
// String ret = Arrays.toString(array);
String ret = myToString(array);
System.out.println(ret);
}
在运行结果中, 会发现最后一个应该是要不加逗号的, 所以加逗号的逻辑是最后一个不加.
public static String myToString(int[] tmp) {
// 注意: 增加非空判断, 否则会有空指针异常
if (tmp == null) {
return "null";
}
String ret = "[";
for (int i = 0; i < tmp.length; i++) { // 拿到每个元素数据
// ret = ret + tmp[i] + ","; // 每次有一个数据就拼接上 -> 但, 加逗号不能加在这里
ret += tmp[i];
if (i != tmp.length - 1) { // i是最后一个元素的时候就不加逗号, 也就是: 不是最后一个元素的时候才能加逗号
ret += ",";
}
}
ret += "]"; // 拼接完数字就补"]"在结尾
return ret;
}4.2 数组拷贝
注意拷贝的前提: 拷贝需要有原内容, 并且拷贝后会产生一个一模一样的新内容, 才是拷贝.
我们先来看以下代码.
int[] array = {1, 3, 5, 7, 9};
int[] array2 = array;这个代码并不是拷贝, 因为这个代码根本没有产生新的内存空间.
所以:
int[] array = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] array2 = new int[array.length];
// 接下来就可以通过 for循环 把 array 中每个元素拷贝到 array2 中完整代码:
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] array2 = new int[array.length];
// 把对应的元素拷贝到 array2 中
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
array2[i] = array[i];
}
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println(Arrays.toString(array2));
}
但是以后我们的拷贝都不用这么麻烦, 直接使用工具类Arrays类的copyOf()方法即可.
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1, 3, 5, 7, 91, 11, 22, 44, 88, 18, 29, 17, 14};
int[] array2 = Arrays.copyOf(array,array.length);
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println(Arrays.toString(array2));
}
补充小技巧: 数组扩容, 在数据结构中会有涉及到.
//扩容 2倍
int[] array2 = Arrays.copyOf(array, 2 * array.length);
Arrays.copyOf()的源码
我们也可以用一下arraycopy()方法.
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1, 3, 5, 7, 91, 11, 22, 44, 88, 18, 29, 17, 14};
int[] copy = new int[array.length];
// 注: 也支持局部的拷贝
System.arraycopy(array, 0, copy, 0, array.length);
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println(Arrays.toString(copy));
}
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1, 3, 5, 7, 91, 11, 22, 44, 88, 18, 29, 17, 14};
// copyOfRange() 也可进行 局部拷贝, range是范围的意思
int[] array2 = Arrays.copyOfRange(array, 2, 5);// [2,5) 左闭右开
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println(Arrays.toString(array2));
}
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，关于深浅拷贝在后续详细介绍。
4.3 求数组中元素的平均值
给定一个整型数组, 求平均值.
public static double avg(int[] array) {
int sum = 0;
for (int x : array) {
sum += x;
}
return sum * 1.0 / array.length;
}4.4 查找数组中指定元素(顺序查找)
给定一个数组, 再给定一个元素, 找出该元素在数组中的位置.
public static int find(int[] array, int key) {
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
if (array[i] == key) {
return i;
}
}
return -1;
}4.5 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.
啥叫有序数组?
有序分为 "升序" 和 "降序"
如 1 2 3 4 , 依次递增即为升序.
如 4 3 2 1 , 依次递减即为降序.
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
//建立在有序的情况下
public static int binarySearch(int[] array, int key) {
int left = 0;
int right = array.length - 1;
while (left <= right) {
int mid = (left + right) >>> 1;
if (array[mid] < key) {
left = mid + 1;
} else if (array[mid] > key) {
right = mid - 1;
} else {
return mid;
}
}
return -1;
}让数组有序(升序):
Arrays.sort(array);// 不是冒泡排序 底层快排4.6 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 (left < right) {
int tmp = array[left];
array[left] = array[right];
array[right] = tmp;
left++;
right--;
}
}4.7 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. 依次重复上述过程，直到数组中所有的元素都排列好
public static void bubbleSort(int[] array) {
//i控制趟数
for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
//优化：检查某一趟之后，是否有序了？
boolean flg = false;
//array.length - 1 - i 中的 -i 优化的是 每一趟比较的次数
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;
flg = true;
}
}
if (flg == false) {
return;
}
}
}5. 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.
5.1 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 };5.2 代码示例
int[][] array1 = new int[2][3];
int[][] array2 = new int[][]{{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
int[][] arrays = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};5.3 打印二维数组
public static void main(String[] args) {
//2行3列的
int[][] array1 = new int[2][3];
for (int i = 0; i < 2; i++) {
for (int j = 0; j < 3; j++) {
System.out.print(array1[i][j] + " ");
}
System.out.println();
}
System.out.println();
System.out.println(Arrays.deepToString(array1));
}