JavaSE——数组

数组的由来

变量用来存取数据，每一个数据都需要单独声明一个变量来存储。现在有了这样一个需求：统计某公司员工的工资情况，例如计算平均工资、最高工资等。假设该公司有50名员工。要想存储50个人的月薪，就要申明50个独立的变量，每个变量单独存储一个人的薪资。当人数越来越多的时候，我们声明变量的语句将越来越多，重复性劳动，比较繁琐。如下所示。
在Java中，数组可以一次性声明多个变量，供我们多次使用。 我们可以利用数组来解决这样一个痛点。

数组是指一组数据的集合，数组中的每个数据被称作元素。数组可以存放任意类型的元素，但是同一个数组里存放的元素的类型必须一致。数组可以分为一维数组和多维数组。

数组的定义

第一种定义格式(数组的动态初始化)

数据类型 [ ] 数组名 = new 数据类型 [数组长度值];
int [] arr1 = new int [3];//声明了一个名称为arr1的整型数组，这个数组里面一次性声明了3个整型变量来存储数据。
String [] arr2 = new int [3];//声明了一个名称为arr2的字符串类型数组，这个数组里面一次性声明了3个字符串变量来存储数据。

第一种定义格式的内存机制

要搞清楚数组底层的存储机制需要知道这两个常识：

①内存中的每一个内存单元都会有一个唯一的地址值，一般用十六进制来表示内存地址值。十六进制：(以0x开头，通过0-9，A-F这些数字和字母来组成)。例如：0x72、0x4C…

②JVM的内存划分
我们都知道所有的Java程序最终都是运行在Java虚拟机(JVM)里面的。JVM里面的内存划分成了很多块。这里涉及到的主要是栈区和堆区。
栈：主要用来存放方法，方法中的局部变量会随着方法的入栈而入栈。(局部变量：定义在方法中的变量)
堆：主要用来存放对象（new出来的东西）

上图，从代码上来看，main()方法中声明了一个整型数组array，这个整型数组里面一次性声明了3个变量来存储数据。
从内存的角度来说：main()方法中声明了一个int[ ]类型的变量array，创建了一个对象，即长为3的整型数组，并将数组的地址值(0x45C)赋给了变量array。

main()方法进入栈中，main()方法中的局部变量int[ ] array也随着main()方法的入栈而入栈，变量int[ ] array会占据一块儿内存单元，它没有被分配初始值。内存中的状态如下图所示：

new int [3]，意为：创建了一个对象，即：长度为3的整型数组。对象都是存储在堆中的。new int [3]在堆中会产生如下图所示的效果。

new int [ 3 ]这句话会在堆中开辟出3个连续的内存单元，并给这3个内存单元分别设置了索引值（0,1,2）同时因为是一个整型的数组，所以将这三块空间分别赋予了一个初始值0。

int [ ] array = new int [3];这句话则是将堆中创建的整型数组的地址值赋值给变量array。从而使得在程序运行期间可以使用变量array来引用数组。如下图所示：

注：栈和堆
当一个方法执行时，每个方法都会建立自己的内存栈，在这个方法内定义的变量将会逐个放入这个栈内存里，当方法的执行结束后，这个方法的内存栈也会被销毁。在程序中创建一个对象时，这个对象将会被保存到运行时数据区中，以便反复利用（因为对象的创建成本通常比较大），这个运行时数据区就是堆内存。堆内存中的对象不会随方法的结束而销毁，即使方法运行结束后，这个对象还可能被另一个引用变量所引用，则这个对象依然不会被销毁。只有当一个对象没有任何引用变量引用它时，系统的垃圾回收器才会在合适的时候回收它.

第二种定义格式(数组的静态初始化)

数据类型 [ ] 数组名 = {元素1,元素2,元素3…}

int [] arr3 = {12,13,15,18}//声明了一个名称为arr3的整型数组,这个数组里面一次性声明了4个整型变量,并且在定义数组的同时就为数组中的每一个元素进行了赋值

String [] arr4 = {"张三","李四","王五"}//声明了一个名称为arr4的字符串型数组,这个数组里面一次性声明了3个字符串类型的变量,并且在定义数组的同时就为数组中的每一个元素进行了赋值.

第二种定义格式的内存机制

在了解了第一种定义格式的内存机制的基础上,第二种定义格式的内存机制就很好理解了.
同第一种定义格式的内存机制一样,第二种定义格式的内存机制,只是在堆中多了一个覆盖的操作.

数组的取值和赋值

取值

格式：

数组名 [ 索引值 ] ;

例如：
数组名[0];//取出索引值为0的元素
数组名[1];//取出索引值为1的元素
数组名[2];//取出索引值为2的元素

public class ArrayDemo01{
	public static void main(String [] args){
		//数组的定义
		int [] array = new int [3];
		
		//分别取出数组中索引值为0,1,2的元素,并在控制台中打印出来。
		System.out.println(array[0]);//打印结果 0
		System.out.println(array[1]);//打印结果 0
		System.out.println(array[2]);//打印结果 0
	}
}

---

内存机制：

先由array指引找到堆中的整个数组空间，然后根据索引值去找对应索引值的空间，然后取出该元素。因为这是一个整型数组,所以数组中的各个元素的默认初始值都是0.

赋值

格式：

数组名 [ 索引值] = 值;

例如：
数组名[0] = 1;//将索引值为0的元素赋值为1
数组名[1] = 2;//将索引值为1的元素赋值为2
数组名[2] = 3;//将索引值为2的元素赋值为3

public class ArrayDemo01{
	public static void main(String [] args){
		//数组的定义
		int [] array = new int [3];
		
		//分别将数组中索引值为0,1,2的元素,赋值为1,2,3
		array[0]=1;
		array[1]=2;
		array[2]=3;
		
		System.out.println(array[0]);//打印结果 1
		System.out.println(array[1]);//打印结果 2
		System.out.println(array[2]);//打印结果 3
	}
}

---

内存机制：

先由array指引找到堆中的整个数组空间，然后根据索引值去找对应索引值的空间，然后将其元素值改变。

获取数组的长度

在Java中,为了方便获取数组的长度,提供了一个length属性,在程序中可以通过
数组名.length 的方式获取数组的长度,即元素的个数.

public class ArrayDemo01{
	public static void main(String [] args){
		int [] array = new int [3];
		//获取数组的长度 并将数组的长度值打印出来
		System.out.println(array.length);//打印结果 3
	}
}

数组的遍历

数组的遍历：将数组中的元素一 一 取出

public class ArrayDemo01{
	public static void main(String [] args){
		
		double [] arr = {10.1,12.1,13.4,15.6};
		//将arr1数组里的元素一一取出
		for(int i=0;i<arr.length;i++){
			System.out.println(arr[i]);
		}
	}
}

---

打印结果
10.1
12.1
13.4
15.6

[案例]数组求和

public class ArrayDemo01{
	public static void main(String [] args){
		//对数组中的元素进行求和
		double [] arr1 = {10.1,12.1,13.4,15.6};

		double sum = 0.0;
		for(int i=0;i<arr1.length;i++){
			sum=sum+arr1[i];
		}
		System.out.println(sum);
	}
}

---

打印结果 :51.2

数组的最值

思想

定义一个临时变量max用来记住最大值.假设数组中的第一个元素为最大值,并将它赋值给max,接下来遍历数组,在遍历过程中只要遇到比max还要大的元素,就将该元素赋值给max.这样一来,变量max就能够在循环结束时,记住数组中的最大值.

定义一个临时变量min用来记住最小值.假设数组中的第一个元素为最小值,并将它赋值给min,接下来遍历数组,在遍历过程中只要遇到比min还要小的元素,就将该元素赋值给min.这样一来,变量min就能够在循环结束时,记住数组中的最小值.

求数组中的最大值

public class ArrayDemo01{
	public static void main(String [] args){
		//1、声明一个数组
		int [] arr = {100,12,75,103,1};
		//2、求出数组arr中的最大值
			int max = arr[0];//定义一个临时变量max,用来记住最大值,并假设数组中的第一个元素arr[0]为最大值。
			for(int i = 1;i<arr.length;i++){//遍历数组
				if(arr[i]>arr[0]){//在遍历过程中只要遇到比max值还大的元素,就将该值赋值给max
					max = arr[i];
				}
			}
			System.out.println(max);//打印出最终的最大值
	}
}

---

打印结果:
103

求数组中的最小值

public class ArrayDemo01{
	public static void main(String [] args){
		//1、声明一个数组
		int [] arr = {100,12,75,103,1};
		//2、求出数组arr中的最小值
			int min = arr[0];//定义一个临时变量min,用来记住最小值,并假设数组中的第一个元素arr[0]为最小值。
			for(int i = 1;i<arr.length;i++){//遍历数组
				if(arr[i]<arr[0]){//在遍历过程中只要遇到比min值还小的元素,就将该值赋值给min
					min = arr[i];
				}
			}
			System.out.println(min);//打印出最终的最小值
	}
}

---

打印结果:
1

数组的空指针异常

public class ArrayDemo01{
	public static void main(String [] args){
	int [] array = new int [3];//声明一个数组
		array[0]=5;//将数组的0号位元素赋值为5
		System.out.println("array[0]="+array[0]);//访问数组的元素
		
		array = null;//将变量arr的值置为null
		System.out.println("array[0]="+array[0]);
		
	 }
}

---

运行结果:

由上面的运行结果可以看出,第4、5行代码都能通过变量arr正常地操作数组,第7行代码将变量array置为null,当第7行代码再次访问数组时就出现了空指针异常(NullPointerException)

在Java中,使用变量引用一个数组时,变量必须指向一个有效的数组对象,如果该变量的值为null,则意味着没有指向任何数组,此时通过该变量访问的元素就会出现空指针异常.

注:
null：空常量
null：只能赋值给引用数据类型(数组、类、接口)

数组的空指针异常,在内存中呈现如下图所示的机制

将变量array的值置为null,则意味着没有指向任何数组,也就是将原来的指向给切断了.于是当再次想要通过array去访问之前的数组时,就会产生空指针异常(找不到)

数组的索引越界异常

每个数组的索引值都有一个边界: 0~length-1 (0到数组的长度-1),在访问数组元素时,索引不能超出这个范围,否则程序会报错.

public class ArrayDemo01{
	public static void main(String [] args){
		
		String [] array = {"张三","李四","王五","赵六"};//声明了一个String类型的数组,这个数组的长度为4,索引范围为0~4-1(0-3)
		 
		//获取数组中的元素
		
		System.out.println(array[0]);//在索引范围内 
		System.out.println(array[1]);//在索引范围内 
		System.out.println(array[2]);//在索引范围内 
		System.out.println(array[3]);//在索引范围内 
		
		System.out.println(array[4]);//超出索引范围
		
	}
}

---

运行结果:

该数组的索引值范围为:0-3,第13行代码超出了这个索引范围.于是报出异常:ArrayIndexOutOfBoundsException(数组索引越界异常)

数组索引越界异常产生的内存机制:

改数组的索引值只有0,1,2,除此之外没有了别的,所以一旦超出了这个范围就会发生数组索引越界异常

补充

数组名与数组的地址值

当我们将数组名打印出来时，会呈现如下的效果。

public class ArrayDemo01{
	public static void main(String [] args){
		//数组的定义
		int [] array = new int [3];
		System.out.println(array);
	}
}

打印结果:
[I@6d1e7682 // 相当于打印出了数组的地址值
其中
[代表这是一个一维数组
I代表只是一个int类型的数组
@分隔作用(隔开左右边,为了好看)
6d1e7682代表该数组所在的内存的地址值

数组名的打印结果,也进一步佐证了,定义数组时,在内存中是由栈中的数组名指向了堆中数组的实际位置.

不同类型数组的初始化默认值

数据类型	默认初始化值
byte、short、int、long	0
float、double	0.0
char	一个空字符,即 ‘\u0000’
boolean	false
引用数据类型	null,表示变量不引用任何对象

数组的动态初始化与静态初始化

在定义数组时,只指定数组的长度,由系统自动为元素赋初值的方式称作动态初始化.例如数组的第一种定义格式.int[] arr = new int [3];这是一个int类型的数组,数组长度为3,即数组中的元素个数为3个,这3个元素的个数的初始值都为0.

在定义数组的同时就为数组的每一个元素赋值.例如数组的第二种定义格式:
int [] arr = {11,12,13};

练习题