数组的定义与使用
1.数组的基本概念
1.1为什么需要数组
不接触数组之前，我们存储数据一般都是一个一个去存储，一个一个的去输出，比如像存储学生的考试成绩，我们会这么去写代码：
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);
}
}
如果需求是10个，20个我也许还可以写写，但是如果是需要存储100、1000个甚至更多的情况之下，那我们就存储下来的效率值会大大下降，通过观察这些数据的基本类型是一样的，来存储这么多相同的数据类型，我们可以用数组来解决这样的问题。
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。
数组在内存存放数据像上面的图一样，存储数据在内存中时连续的。从图中可以看到：
- 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
那么在程序中怎么去创建这个数组呢？
1.3数组的创建及初始化
基本格式：
数据类型 [] 数组名 = new 数据类型 [] {存储的内容};
我们以整型和double类型举例：
int [] array = new int [] {1，2，3，4，5}；//整型数组
double [] dd = new double [] {2.0,4.5,3.7};//double类型数组
数组的创建c语言也JavaSE不一样，在javaSE中数组的创建可以写成三种形式：
我们都以整型数组来举例：
int [] array ={1,2,3,4,5};//精简形式
int [] array = new int [] {1,2,3,4,5};//基本形式
int [] array = new int [5];//给定数组大小的形式
这三种形式中，在创建数组的时候你都可以使用。我个人推荐使用第一种，因为比较方便，还有在使用这三种形式的时候只有第三种的[]可指定大小，其他都不可以。
最后在创建数组的写法还有一种：参考c语言的写法：
int array [] = {1,2,3,4,5};//在java中我们不推荐这么去创建数组。
因为本来c语言这么写是存在问题的，我们举一个例子：
像基本类型创建：
int a = 10;
double b= 3.14;
char c = 'z';
这些基本类型在创建的时候都是以 数据类型 变量名 = 存储的内容; 这样的基本格式来写的。
在数组中(我们以整型数组举例)：int [] 这个就是基本类型 array这个就是数组名 。按照规则来说，像java这样来写是符合规则的，c语言那样写是不符合规则的。
如果没对数组初始化，数组元素有默认值
如果存储的是基本类型，默认值为基本类型对应的默认值，比如：
| 类型 | 默认值 |
|---|---|
| byte | 0 |
| int | 0 |
| short | 0 |
| long | 0 |
| float | 0.0f |
| double | 0.0 |
| char | /u0000 |
| boolean | false |
举一个int类型和boolean类型的例子：
代码实现：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
int [] array = new int[5];
boolean [] boo = new boolean[5];
}
}
在调试下的结果确实和上方表格的默认值一样。
如果数组中存储的是引用类型，默认值为null。
我们可以创建一个String类型的数组：
public static void main(String[] args) {
String [] str = new String[5];
}
在监视下的结果显示，默认值就是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：
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
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException//数组下标越界异常
在访问数组的时候一定要谨慎数组越界。
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。
有三种方式可以去打印：
public static void main(String[] args) {
int [] array = {1,2,3,4,5};
//通过输出一个一个的输出。
System.out.print(array[0]+" ");
System.out.print(array[1]+" ");
System.out.print(array[2]+" ");
System.out.print(array[3]+" ");
System.out.println(array[4]+" ");
//通过循环将数组中的内容一一打印出来
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
System.out.print(array[i]+" ");
}
System.out.println();
//通过Arrays类中的toString()方法来打印（将数组的内容转化为字符串再输出）
System.out.println(Arrays.toString(array));
}
打印的结果如下：
在上面三种方式中第三种方式用Arrays类中的toString方法，在Arrays类的toString方法中不仅仅可以将整型数组中的内容转化为字符串的形式去输出，还有以下类型：
注意：在数组中可以通过 数组对象.length 来获取数组的长度
在java中还有一个方式可以遍历数组的内容，那就是for-each:
//for (数组中数据的类型 存储返回的值的变量名:数组名) {
// 语句体；
//}
用for-each来遍历这个数组
public static void main(String[] args) {
int [] array = {1,2,3,4,5,6};
for (int x:array) {
System.out.print(x+" ");
}
}
结果如下：
用这个方式去遍历有什么缺点呢？
灵活性不足，这个方式一遍历就将数组中的内容全遍历出来。
这个方式也有优势：
可以避免循环条件和更新语句写错。
2.数组是引用类型
2.1初始JVM的内存的分布
数组在内存存储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
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
现在我们只简单关心堆 和 虚拟机栈这两块空间.
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。
基本类型：
int a = 10;
像基本类型存放的内容是直接存储在虚拟机栈中，以画图的形式展示：
引用类型：
int [] array = new int [] {1,2,3,4,5};
引用类型存放的内容是存储在堆上，通过在栈上创建一个引用变量，通过引用变量指向堆上的对象，以画图的形式展示：
像c语言中，基本类型传参到函数中，传地址可以改变变量存放的值，但在java中是做不到的，因为根本拿不到这个变量存放内容的这个地址。在java中引用类型可以通过地址去找到存放的内容，并且可能可以改变这个存放的内容。
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。
public static void main(String[] args) {
int [] array = null;
System.out.println(array[0]);
}
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
- 参数传基本数据类型
public static void fun(int n) {
n=10;
System.out.println("n="+n);
}
public static void main(String[] args) {
int num = 0;
fun(num);
System.out.println("num="+num);
}
因为基本类型存储在栈上，传参过去也不会改变num的值，n只会重新在栈上开辟一个新的空间，并且当出了fun这个方法n开辟的空间也会被回收。
2. 参数传数组类型(引用数据类型)
public static void fun1(int [] array) {
array[2]=100;
}
public static void main(String[] args) {
int [] array = {1,2,3,4,5};
fun1(array);
System.out.println(Arrays.toString(array));
}
通过上面的运行结果和画图，在main方法中先创建引用变量array通过地址指向堆上的对象，然后通过传参到fun1方法上，也创建了一个array引用变量，这个过程相当一个赋值将main方法中的array引用变量的地址赋给了fun1方法中创建的array引用变量上，然后通过这个地址指向了堆上的对象，这样这两个引用变量都指向同一个对象，然后进行到fun1方法中这个程序array[2]=100；将原来堆上的下标为2的数改为100，当这个fun1方法结束之后，由这个fun1方法创建的引用变量array也被系统回收了。然后执行System.out.println(Arrays.toString(array));这一段代码，将数组的内容打印出来，最后当main方法也结束之后main方法中的array引用变量也被回收，堆上的对象所储存的内容也被销毁回收。
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).
在引用变量传参不一定可以改变实参的内容：
public static void fun2(int [] array) {
array = new int [] {11,22,33,44,55};
}
public static void main(String[] args) {
int [] array = {1,2,3,4,5};
fun2(array);
System.out.println(Arrays.toString(array));
}
这个传参过去就没有改变数组的内容，我们来通过画图来分析一下：
在fun2方法中创建的array引用变量重新指向了一个在堆上的新对象，这样改变不了main方法中的内容。
总结：传参传引用变量不一定会改变实参的内容。
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) {
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.print(array[i]+" ");
}
}
本章完…