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初始Java篇(JavaSE基础语法)(4)(数组)(万字详解版)

初始Java篇(JavaSE基础语法)(4)(数组)(万字详解版)

个人主页(找往期文章包括但不限于本期文章中不懂的知识点):我要学编程(ಥ_ಥ)-CSDN博客

目录

数组的创建及初始化

数组的创建

数组的初始化

数组的使用 

遍历数组 

数组是引用类型

基本类型变量与引用类型变量的区别

引用变量

认识 null

数组的应用场景

保存数据(最基本的功能)

作为函数的参数 

参数传基本数据类型

参数传数组类型(引用数据类型)

作为方法的返回值

数组练习 

1. 数组转字符串+排序(实现最快打印数组内容)

2. 数组逆序

3. 在数组中查找指定元素

4. 数组拷贝

5. 二维数组  


数组的概念:数组是一组相同类型的元素的集合。在内存中是一段连续的空间。 

数组的创建及初始化

  1. T[] 数组名 = new T[N];
  2. //T:表示数组中存放元素的类型
  3. //T[]:表示数组的类型
  4. //N:表示数组的长度

数组的创建

一般有三种方式:

  1. //创建数组并且初始化
  2. int[] array = new int[]{1,2,3,4,5};//完整版
  3. int[] array = {1,2,3,4,5};//简化版
  4. //创建数组不初始化
  5. int[] array = new int[10];
  6. //int[] array = new int[n];//通过对n的改变来实现数组的变长变短(类似C语言中的变长数组)

注意[ ]里不需要给值,如果给了值,反而会报错。 

上面是和C语言不一样的,但是有一种创建是和C语言一样的创建方法。

int array[] = {1,2,3,4,5};//这个是不推荐的

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。

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];

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。

  1. int[] array = new int[]{1,2,3,4,5};
  2. //两者都是可以的
  3. //虽然省去了new int[], 但是编译器编译代码时还是会还原
  4. int[] array = {1,2,3,4};

· 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。

· 当使用动态初始化的方式时,是不可以往[ ]里放数字的,因为如果没有对数组进行初始化,数组中元素有其默认值(下面会介绍)。

· 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. int[] array1;
  2. array1 = new int[10];
  3. int[] array2;
  4. array2 = new int[]{10, 20, 30};
  5. // 注意省略格式不可以拆分, 否则编译失败
  6. int[] array3;
  7. array3 = {1, 2, 3};//error

如果数组中存储元素类型为基本类型且未被初始化,则默认值为基本类型对应的默认值。如下表:

类型默认值
byte0
short0
int0
long0
float0.0f
double0.0
char/u0000
booleanfalse

如果数组中存储元素类型为引用类型,默认值为null。

数组的使用 

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。

  1. int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
  2. System.out.println(array[0]);
  3. System.out.println(array[1]);
  4. System.out.println(array[2]);
  5. System.out.println(array[3]);
  6. System.out.println(array[4]);
  7. // 也可以通过[]对数组中的元素进行修改
  8. array[0] = 100;
  9. System.out.println(array[0]);

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。 

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

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。

  1. int[] array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
  2. System.out.println(array[0]);
  3. System.out.println(array[1]);
  4. System.out.println(array[2]);
  5. System.out.println(array[3]);
  6. System.out.println(array[4]);
  1. int[] array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
  2. for(int i = 0; i < 5; i++){
  3. System.out.println(array[i]);
  4. }

上面两种方式都可以实现打印,很明显第一种比较复杂。

数组的长度怎么获取呢?C语言中是用sizeof操作符来求。Java中则是直接用 数组名.length 来求数组名长度的。

  1. int[] array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
  2. for(int i = 0; i < array.length; i++){
  3. System.out.println(array[i]);
  4. }

 也可以使用 for-each 遍历数组。for-each也叫增强数组。

  1. int[] array = {1, 2, 3};
  2. //冒号右边放数组名,冒号左边创建一个数组元素类型的变量
  3. for (int x : array) {
  4. System.out.println(x);
  5. }

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。

for-each的优点: 比较方便。

for-each的缺点:不能够随机访问数组元素。(没有下标,除非用计数器来实现)

数组是引用类型

JVM中有几块区域包括但不限于 虚拟机栈,堆。JVM是Java虚拟机。

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。

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。

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。简而言之:我们可以把引用类型理解为C语言里的指针类型。

  1. public static void func() {
  2. int a = 10;
  3. int b = 20;
  4. int[] array = new int[]{1,2,3};
  5. }

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元素地址。

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。有点类似C语言中的指针,但是Java中引用要比指针的操作更简单。 

引用变量

  1. public static void func() {
  2. int[] array1 = new int[3];
  3. array1[0] = 10;
  4. array1[1] = 20;
  5. array1[2] = 30;
  6. int[] array2 = new int[]{1,2,3,4,5};
  7. array2[0] = 100;
  8. array2[1] = 200;
  9. array1 = array2;
  10. array1[2] = 300;
  11. array1[3] = 400;
  12. array2[4] = 500;
  13. for (int i = 0; i < array2.length; i++) {
  14. System.out.println(array2[i]);
  15. }
  16. }

因此最终输出的结果就是100 200 300 400 500 。上面那句话用Java解释就是array1这个引用 指向了 array2这个引用 所指向 的对象。从而通过array1修改array2这个引用所指向的对象了。注意:在Java中当一个对象 没有 引用指向  时,那么这个对象就会被操作系统回收(和C语言不同,C语言需要free后再置为NULL)。(用空格分开了,便于理解)

认识 null

null 在 Java 中表示 "空引用" , 也就是这个引用不指向任何对象。

  1. int[] arr = null;
  2. System.out.println(arr[0]);//error

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(空指针异常(字面翻译而已,并不是说明Java中有指针这个概念))的错误。

注意: Java 中并没有约定 null 和 0 号地址的内存有任何关联,而C语言中规定0的地址就是NULL。

数组的应用场景

保存数据(最基本的功能)

  1. public static void main(String[] args) {
  2. int[] array = {1, 2, 3};
  3. for(int i = 0; i < array.length; ++i){
  4. System.out.println(array[i] + " ");
  5. }
  6. }

可以把数据保存在数组中。

作为函数的参数 

参数传基本数据类型

  1. public static void main(String[] args) {
  2. int num = 0;
  3. func(num);
  4. System.out.println("num = " + num);
  5. }
  6. public static void func(int x) {
  7. x = 10;
  8. System.out.println("x = " + x);
  9. }

我们发现在func方法中修改形参 x 的值, 不影响实参的 num 值。类似C语言里的传值调用,改变形参的值不影响实参的值。因为形参是实参的一份临时拷贝。

参数传数组类型(引用数据类型)

  1. public static void main(String[] args) {
  2. int[] arr = {1, 2, 3};
  3. func(arr);
  4. System.out.println("arr[0] = " + arr[0]);
  5. }
  6. public static void func(int[] a) {
  7. a[0] = 10;
  8. System.out.println("a[0] = " + a[0]);
  9. }

我们发现在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。

  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[] array = new int[]{1,2,3,4};
  4. func1(array);
  5. for (int x: array) {
  6. System.out.print(x+" ");
  7. }
  8. System.out.println("\n");
  9. func2(array);
  10. for (int x: array) {
  11. System.out.print(x+" ");
  12. }
  13. }
  14. public static void func1(int[] array){
  15. array[0] = 90;
  16. }
  17. public static void func2(int[] array){
  18. array = new int[]{1,2,3,4,5};
  19. }
  20. }
  21. //打印结果:90 2 3 4
  22. //
  23. // 90 2 3 4

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)。

作为方法的返回值

  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[] ret = new int[4];
  4. ret = func(ret);
  5. for (int x : ret) {
  6. System.out.print(x+" ");
  7. }
  8. }
  9. public static int[] func(int[] array){
  10. for (int i = 0; i < array.length; i++) {
  11. array[i] = i+1;
  12. }
  13. return array;
  14. }
  15. }

练习:获取斐波那契数列的前N项。

  1. public class Test {
  2. public static int[] fib(int n){
  3. if(n<=0){
  4. return null;
  5. }
  6. int[] array = new int[n];
  7. array[0] = array[1] = 1;
  8. for (int i = 2; i < n; i++) {
  9. array[i] = array[i-1] + array[i-2];
  10. }
  11. return array;
  12. }
  13. public static void main(String[] args) {
  14. Scanner scanner = new Scanner(System.in);
  15. int n = scanner.nextInt();
  16. int[] ret = new int[n];
  17. ret = fib(n);
  18. for (int x : ret) {
  19. System.out.print(x+" ");
  20. }
  21. }
  22. }

数组练习 

1. 数组转字符串+排序(实现最快打印数组内容)

介绍一个Java中最快打印数组的方法。

用Arrays.toString()这个方法来直接实现。

  1. //ret是字符串类型,array是一个要转换的数组
  2. String ret = Arrays.toString(array);
  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[] array = new int[]{1,2,3,4};
  4. //把数组array的内容转换为字符串,以字符串的方式返回
  5. String ret = Arrays.toString(array);
  6. System.out.println(ret);
  7. }
  8. }

还有一个方法可以排序数组:Arrays.sort()。

  1. //array是要被排序的数组(默认排升序)
  2. array.sort(array);
  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[] array = new int[]{4,3,2,1};
  4. String ret = Arrays.toString(array);
  5. System.out.println("排序前:"+ret);
  6. Arrays.sort(array);
  7. ret = Arrays.toString(array);
  8. System.out.println("排序后:"+ret);
  9. }
  10. }

从结果来看是排成升序的。

我们现在可以尝试来模拟实现Arrays.toString()。

  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[] array = new int[]{4,3,2,1};
  4. String ret = arraysMyToString(array);
  5. System.out.println(ret);
  6. }
  7. public static String arraysMyToString(int[] array){
  8. if(array == null){
  9. return "null";
  10. }
  11. if(array.length == 0){
  12. return "[]";
  13. }
  14. //上面两个都是根据标准的Arrays.toString()来模拟的
  15. String ret = "[";//最左边
  16. for (int i = 0; i < array.length; i++) {
  17. ret += array[i];
  18. //最后一个数据后面不需要加逗号
  19. if(i != array.length-1){
  20. ret += ",";
  21. }
  22. }
  23. ret += "]";//最右边
  24. return ret;
  25. }
  26. }

我们再来模拟实现 Array.sort()。

  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[] array = new int[]{4,3,2,1};
  4. arraysMySort(array);//用C语言里我们学过的冒泡排序的思想来实现
  5. String ret = arraysMyToString(array);
  6. System.out.println(ret);
  7. }
  8. public static void arraysMySort(int[] array){
  9. if(array == null){
  10. return ;
  11. }
  12. //趟数
  13. for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
  14. //每一趟要比较的内容
  15. int flag = 1;//假设已经有序
  16. for (int j = 0; j < array.length-1-i; j++) {
  17. //开始比较(根据我们自己的需要——>升序)
  18. if(array[j] > array[j+1]){
  19. flag = 0;//如果交换了,就说明还不是有序的
  20. int tmp = array[j];
  21. array[j] = array[j+1];
  22. array[j+1] = tmp;
  23. }
  24. }
  25. //如果一次也没有交换,就说明已经有序了,就不需要比较了
  26. if(flag == 1){
  27. break;
  28. }
  29. }
  30. }
  31. public static String arraysMyToString(int[] array){
  32. if(array == null){
  33. return "null";
  34. }
  35. if(array.length == 0){
  36. return "[]";
  37. }
  38. //上面两个都是根据标准的Arrays.toString()来模拟的
  39. String ret = "[";//最左边
  40. for (int i = 0; i < array.length; i++) {
  41. ret += array[i];
  42. //最后一个数据后面不需要加逗号
  43. if(i != array.length-1){
  44. ret += ",";
  45. }
  46. }
  47. ret += "]";//最右边
  48. return ret;
  49. }
  50. }

如果对上面冒泡排序的思想不是很理解的小伙伴,可以取看看下面这篇文章。深入解剖指针篇(2)-CSDN博客 

Java 中提供了 java.util.Arrays 包, 其中包含了一些操作数组的常用方法,而这些方法我们直接拿过来用就行了,类似于C语言提供的库函数。 

2. 数组逆序

给定一个数组, 将里面的元素逆序排列(注意不是简单的把数组逆序输出,而是逆序改变数组的内容)。

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,直至两个下标相遇,循环就停止了。

  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. //数组逆序
  4. int[] array = new int[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
  5. reverseArray(array);
  6. String ret = Arrays.toString(array);
  7. System.out.println(ret);
  8. }
  9. public static void reverseArray(int[] array){
  10. int i = 0;
  11. int j = array.length-1;
  12. //写成i<=也是可以的,但是没必要。当i和j指向同一个数组下标时,再去交换也不会产生任何变化
  13. while(i < j){
  14. int tmp = array[i];
  15. array[i] = array[j];
  16. array[j] = tmp;
  17. i++;
  18. j--;
  19. }
  20. }
  21. }

3. 在数组中查找指定元素

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。有两种方法来解决:1. 暴力查找(遍历数组) 2. 二分查找 。要注意的是:一定是要数组有序,才可以用二分查找;但是暴力查找不需要数组有序。

1. 暴力查找

  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[] array = new int[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
  4. Scanner scanner = new Scanner(System.in);
  5. int target = scanner.nextInt();
  6. //如果找到了,就返回目标数在数组中的下标;找不到,就返回-1
  7. int ret = arraySearchNum(array, target);
  8. if(ret == -1){
  9. System.out.println("找不到:"+target);
  10. }else {
  11. System.out.println("找到了,"+target+"在数组中的下标是:"+ret);
  12. }
  13. }
  14. public static int arraySearchNum(int[] array, int target){
  15. for (int i = 0; i < array.length; i++) {
  16. if(array[i] == target){
  17. return i;
  18. }
  19. }
  20. return -1;
  21. }
  22. }

 2. 二分查找

  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[] array = new int[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
  4. Scanner scanner = new Scanner(System.in);
  5. int target = scanner.nextInt();
  6. int ret = arraySearchNum(array, target);
  7. if(ret == -1){
  8. System.out.println("找不到:"+target);
  9. }else {
  10. System.out.println("找到了,"+target+"在数组中的下标是:"+ret);
  11. }
  12. }
  13. public static int arraySearchNum(int[] array, int target){
  14. int left = 0;
  15. int right = array.length-1;
  16. while(left <= right){
  17. int num = (left + right) / 2;
  18. if(array[num] < target){
  19. left = num+1;
  20. }else if(array[num] > target) {
  21. right = num-1;
  22. }else {
  23. return num;
  24. }
  25. }
  26. return -1;
  27. }
  28. }

 注意二分查找也有类似C语言库函数的实现。

4. 数组拷贝

  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[] array = new int[]{1,2,3,4,5};
  4. int[] arraycopy = new int[array.length];
  5. for (int i = 0; i < array.length; i++) {
  6. arraycopy[i] = array[i];
  7. }
  8. System.out.println(Arrays.toString(arraycopy));
  9. }
  10. }

 用类似C语言库函数的方法。

  1. public class test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[] array = new int[]{1,2,3,4,5};
  4. // 被拷贝的数组 要拷贝的长度(可以实现扩容)
  5. int[] ret = Arrays.copyOf(array, array.length*2);
  6. System.out.println(Arrays.toString(ret));
  7. }
  8. }

这个返回值是一个数组。 

还可以实现范围拷贝。

  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[] array = new int[]{1,2,3,4,5};
  4. // from:开始拷贝的初始下标 被拷贝的数组 to:拷贝到的末位置
  5. // [0,3)——>也就是拷贝0,1,2
  6. int[] ret = Arrays.copyOfRange(array, 0,3);
  7. System.out.println(Arrays.toString(ret));
  8. }
  9. }

5. 二维数组  

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

二维数组的创建: 

  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[][] array1 = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6}};
  4. int[][] array2 = {{1,2,3},{4,5,6}};//上面的简化
  5. int[][] array3 = new int[2][3];
  6. int[][] array4 = new int[2][];//列可以省略(不规则二维数组)
  7. //下面是错误的初始化方式(或者创建方式)
  8. //int[][] array4 = new int[][]{1,2,3,4,5,6};(简化也不行)
  9. //int[][] array5 = new int[][3];(行不可以省略)
  10. }
  11. }

二维数组的打印:

  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[][] array = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6}};
  4. for (int i = 0; i < 2; i++) {
  5. for (int j = 0; j < 3; j++) {
  6. System.out.print(array[i][j]+" ");
  7. }
  8. System.out.println();
  9. }
  10. }
  11. }

我们可以用下面这张图来理解二维数组与一维数组的关系:二维数组中存放的是一维数组的地址,也就是说可以通过二维数组当中的元素来找到其所指向的对象(也就是一维数组)。 

那么下面这段代码执行的结果是什么呢?

  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[][] array = new int[][]{{1,2,3}, {4,5,6}};
  4. System.out.println(array);
  5. System.out.println(array[0]);
  6. System.out.println(array[1]);
  7. }
  8. }

根据我们前面的理解:代码最终是打印三个地址。因为array是一个引用变量(也就是地址),因此就是打印地址。而array[0] 是二维数组中的一个元素(也就是一个一维数组),又因为二维数组中存放的是一维数组的地址,因此array[0] 与 array[1] 都是一个地址。

还记得我们前面学习求数组长度吗?使用:数组名 . length ,而这个数组名就是一个引用。那么我们是不是也可以用前面的代码来这样求数组长度呢?答案是可以的。如下图所示:

因此,打印二维数组也就有了一个新的方法。

  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[][] array = new int[][]{{1,2,3}, {4,5,6}};
  4. // 二维数组的长度
  5. for (int i = 0; i < array.length; i++) {
  6. // 一维数组的长度
  7. for (int j = 0; j < array[i].length; j++) {
  8. System.out.print(array[i][j]+" ");
  9. }
  10. System.out.println();
  11. }
  12. }
  13. }

当然还有一种是for-each 的打印。(不记得怎么使用for-each的小伙伴可以去本文前面看看)

  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[][] array = new int[][]{{1,2,3}, {4,5,6}};
  4. //二维数组的元素 二维数组的数组名
  5. for (int[] ret : array) {
  6. // 一维数组的元素 一维数组的数组名
  7. for (int x : ret) {
  8. System.out.print(x+" ");
  9. }
  10. System.out.println();
  11. }
  12. }
  13. }

那二维数组有没有和Arrays.toString ();一样的快速打印的方法呢?也是有的,叫做Arrays.deepToString (); 如下所示:

上面这些都是正常二维数组的打印,还有一种不正常的打印。就是我们上面创建二维数组时的不规则创建。 

由此可见正常的打印是不行滴。可以由下图解释:

注意:和一维数组一样,创建数组(简化版)初始化的机会只有一次。

上面就是不规则二维数组的赋值与打印。

好啦!本期JavaSE中数组知识点的学习之旅就到此结束啦!下一期我们再一起学习吧! 

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