Java数组的定义和使用（万字详解）_java 数组定义

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一. 数组的基本概念

1、什么是数组

2、数组的创建及初始化

1、数组的创建

2、数组的初始化

3、数组的使用

（1）数组中元素访问

（3）遍历数组

 二、数组是引用类型

1、初始JVM的内存分布

2、基本类型变量与引用类型变量的区别

 3、再谈引用变量

 4、认识 null

三、数组的应用场景

1、保存数据

2、作为函数的参数

（1）参数传基本数据类型

（2）参数传数组类型(引用数据类型)

四、数组练习

1、数组转字符串

2、数组拷贝

3、求数组中元素的平均值

4、查找数组中指定元素(顺序查找)

5、查找数组中指定元素(二分查找)

6、数组排序(冒泡排序)

7、数组逆序

五、二维数组

1、二维数组的本质

2、遍历数组

 3、不规则二维数组

一. 数组的基本概念

1、什么是数组

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。

2、数组的创建及初始化

1、数组的创建

        在之前的C语言的学习过程中，我们采用的是下面的这种方法来创建的数组：

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

在Java中，我们也可以采用和C中同样的方法来创建数组，这是被编译器所允许的，但是在实际的操作中，我们并不推荐用这种方法来创建数组，这是因为：

T[] 数组名 = new T[N];

接下来，我们来看一下创建格式中的字符代表的意义：

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

 接下来，我们尝试用这种方法创建几个数组：

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 double[3]; // 创建一个可以容纳3个字符串元素的数组

2、数组的初始化

int[] array = new int[10];

 T[] 数组名称 = {data1, data2, data3, ..., datan};

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", "!!!"};

现在，我们来思考一个问题：当我们想用下面的方法来将数组进行整体的初始化的时候，这段代码是否会报错呢?

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

答案是：这段代码是错误的！！

这是因为在Java中如果想要将代码整体初始化的时候，必须且只能在定义的时候初始化，否则编译器便会进行报错！

但是如果只是对某个特定下标的元素进行初始化，那么是可以直接进行的，例如：

    int[] arry = new int[5];
    arry [2] = 4;

 因此，当我们想要实现数组整体的初始化的时候，只能使用下面的这几种代码来实现;

    int[] arry = {1,2,3,4,5};
//或者
    int[] arry;
    arry = new int[]{1,2,3,4,5};

现在，我们来思考一下，如果数组尚未进行初始化，那么数组中的元素储存的是什么呢?

我们用下面这几行未被初始化的代码来试验;

  int[] arry = new int[5];
  for (int x : arry) {
        System.out.print(x+" ");
    }

运行结果如下图所示：

通过这个小实验，我们可以得知：如果没有对数组进行初始化，数组中元素有其默认值

对于不同的数据类型，其数组中元素的默认值也是不一样的

 如果数组中存储元素类型为引用类型，默认值为null

3、数组的使用

（1）数组中元素访问

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])

 我们可以通过下面这个数组超标的例子来进行观察：

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

运行结果：

 因此使用数组一定要下标谨防越界

（3）遍历数组

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]);

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 = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
for(int i = 0; i < 5; i++){
System.out.println(array[i]);
}

接下来，我们来学习一下Java中打印数组元素的三种方法;

第一种：使用循环来打印

int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
for(int i = 0; i < array.length; i++){
System.out.println(array[i]);
}

运行结果;

在数组中可以通过 数组对象.length 来获取数组的长度

第二种：使用 for-each 遍历数组

int[] array = {1, 2, 3};
for (int x : array) {
System.out.println(x);
}

运行结果：

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.

第三种：Java自带的方法

        

    int[] array = {1,2,3,4,5};
        System.out.println(Arrays.toString(array));

运行结果：

 java帮你实现了一个打印数组的方法 ： 将数组里面的值 以字符串的形式组织一下然后进行打印

 二、数组是引用类型

1、初始JVM的内存分布

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，因此JVM也对所使用的内存按照功能的不同进行了划分：

 这里我们要注意到的是：JVM的底层代码是由C和C++编写的，因此本地方法栈存储的主要是这些底层代码的内存

那么图中的各个区域又分别有哪些功能呢？

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，后序JVM中还会更详细介绍。

2、基本类型变量与引用类型变量的区别

public static void func() {
int a = 10;
int b = 20;
int[] arr = new int[]{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。

array 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。

 3、再谈引用变量

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

我们可以用几幅图来进一步理解：

 4、认识 null

int[] arr = null;
System.out.println(arr[0]);

 在这段代码报错中的.NullPointerException 是“空指针异常”的意思，但是注意：此指针非彼指针，这里的指针指的并不是我们在C语言中认识的指针，而是因为英文翻译的原因所以称为指针。

public static void main(String[] args) {
int[] array = {1, 2, 3};
for(int i = 0; i < array.length; ++i){
System.out.println(array[i] + " ");
}
}

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

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

四、数组练习

1、数组转字符串

代码示例：

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]

2、数组拷贝

// 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 = {1,2,3,4,5,6};
int[] newArr = arr;
newArr[0] = 10;
System.out.println("newArr: " + Arrays.toString(arr));

我们可以用下面这个图片来进行理解;

此时，两个数组引用的数组元素一致

第二种：

// 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))

使用Arrays中的copyOf方法来完成堆数组元素的拷贝，其中括号内包含两个部分，第一个部分为被拷贝的数组名，第二个元素为数组长度，我们可以将其理解为，此时两个数组引用的数组内容不同

第三种：

// 拷贝某个范围.
int[] newArr2 = Arrays.copyOfRange(arr, 2, 4);
System.out.println("newArr2: " + Arrays.toString(newArr2));

有时候，我们在拷贝数组的时候，不想拷贝整个完整的数组，只想拷贝数组中的某一小部分，这个时候，我们便可以使用Java中的copyOfRange来完成这一系列操作

注意：在Java中表示范围的时候一般都是左闭右开

在这段代码copyOfRange括号内的2，4这个范围表示的就是 [2，4）,也就是我们在数学中常说到的左闭右开

第四种：

除了使用Java中已有的方法来实现拷贝数组，我们也可以创建一个自己的方法来完成这个操作

代码如下：

   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;
    }

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

3、求数组中元素的平均值

给定一个整型数组 , 求平均值

代码示例：

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1,2,3,4,5,6};
        System.out.println(avg(arr));
    }
    public static double avg(int[] arr) {
        int sum = 0;
        for (int x : arr) {
            sum += x;
        }
        return (double)sum / (double)arr.length;
    }
// 执行结果
3.5

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 .

代码示例 ：

    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
    }
// 执行结果
3

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.

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

那么接下来，我们来看一下二分查找的代码实现：

public class Test {
    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;
    }
// 执行结果
5
}

可以 , 针对一个长度为 10000 个元素的数组查找 , 二分查找只需要循环 14 次就能完成查找 . 随着数组元素个数越多, 二分的优势就越大 .、

当我们对有n个元素的数组进行查找的时候， 普通的查找方法最多需要n次，而二分查找最多只需要$\log n$次 ，大大节省了代码的运行时间，提高代码的效率

6、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. 依次从上上述过程，直到数组中所有的元素都排列好

代码示例： 

   public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {9, 5, 2, 7};
        bubbleSort(arr);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
    public static void bubbleSort(int[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            for (int j = 1; j < arr.length-i; j++) {
                if (arr[j-1] > arr[j]) {
                    int tmp = arr[j - 1];
                    arr[j - 1] = arr[j];
                    arr[j] = tmp;
                }
            }
        } // end for
    } // end bubbleSort
// 执行结果
[2, 5, 7, 9]

冒泡排序性能较低 . Java 中内置了更高效的排序算法

 public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {9, 5, 2, 7};
        Arrays.sort(arr);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }

7、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 .

代码示例： 

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3, 4};
        reverse(arr);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
    public static void reverse(int[] arr) {
        int left = 0;
        int right = arr.length - 1;
        while (left < right) {
            int tmp = arr[left];
            arr[left] = arr[right];
            arr[right] = tmp;
            left++;
            right--;
        }
    }

五、二维数组

1、二维数组的本质

int[][] arr ={{1,2,3},{4,5,6}};

 这里，我们要注意的是：在Java中，二维数组的定义可以省略列，但是不可以省略行！！！

例如：

//错误的写法：
int arr[] = new int[][3];
 
//正确的写法：
int arr[] = new int[2][];

我们在开头就说过，二维数组的本质就是特殊的一维数组，接下来我们来看看这样说的原因：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] arr ={{1,2,3},{4,5,6}};
        System.out.println(arr[0]);
        System.out.println(arr[1]);
    }
}

这段代码的运行结果是这个样子的：

 那么这个运行结果到底是什么意思呢?我们先来看一下二维数组的本质：

我们可以将二维数组的行下标看成一个个的一维数组，而列下标也看成一个个的一维数组，此时行下标所对应的一维数组存放的便是列下标对应的一维数组的地址，也就是说，我们可以通过行下标来引用列下标中对应的元素

为了验证这一猜想，我们可以来计算一下二维数组的长度：

        int[][] array1 ={{1,2,3},{4,5,6}};
        System.out.println(array1.length);//行的长度
        System.out.println(array1[1].length);//每一列的长度

 这段代码的运算结果如下：

由此可知，我们的猜想是正确的

2、遍历数组

那么在Java中如何将一个二维数组打印出来呢？

 第一种：

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

与一维数组中类似，连续使用两个for-each循环便可

第二种：

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

运行结果如下：

 3、不规则二维数组

        在Java中，是允许不规则数组的存在，我们一般将每一行列数不一样的数组称为不规则的二维数组

 
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] arr = new int[2][];
        arr[1] = new int[3];
        arr[0] = new int[5];
        System.out.println(Arrays.deepToString(arr));
    }
}

这段代码的运行结果为：

我们可以发现，第一行有五个元素，但是第二行只有三个元素，类似于此的二维数组是可以在Java中存在的。

OVER！