Java数组的定义与使用

news2024/10/5 17:47:14

Java数组的定义与使用

文章目录

  • Java数组的定义与使用
    • 数组的基本概念
      • 什么是数组
      • 数组的创建
      • 数组的初始化
      • 数组的使用
        • 数组中元素访问
        • 遍历数组
    • 数组是引用类型
      • 初始JVM的内存分布
      • 基本类型变量与引用类型变量的区别
      • 引用变量
      • 几道例题
      • 认识null
    • 数组的应用场景
      • 保存数据
      • 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)
        • 总结：
        • 作为函数的返回值
      • 数组练习
        • 数组转字符串
        • 数组拷贝
          • 实现拷贝数组
        • 求数组中元素的平均值
        • 查找数组中指定元素(顺序查找)
        • 查找数组中指定元素（二分查找）
        • 数组排序(冒泡排序)
        • 数组逆序
      • 二维数组
        • 基本语法
        • 代码示例

数组的基本概念

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。

数组的创建

T[] 数组名 = new T[N];

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

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 String[3]; // 创建一个可以容纳3个字符串元素的数组

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。

  1. 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];

  1. 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

    语法格式：

    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[]{"hello", "Java", "!!!"};

    image-20230102113735203

    【注意事项】

    • 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。

    • 静态初始化可以简写，省去后面的new T[ ]。

// 注意：虽然省去了new T[], 但是编译器编译代码时还是会还原
int[] array1 = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
double[] array2 = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0};
String[] array3 = {"hell", "Java", "!!!"};
  • 数组也可以按照如下C语言个数创建，不推荐
/*
该种定义方式不太友好 ，容易造成数组的类型就是int的误解
[]如果在类型之后 ，就表示数组类型 ，因此int[]结合在一块写意思更清晰
*/
int arr[] = {1, 2, 3};
  • 静态和动态初始化也可以分为两步，但是省略格式不可以。
int[] array1;
array1 = new int[10];

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

  • 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
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】

  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)

抛出了java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException 异常. 使用数组一定要下标谨防越界.

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。

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]);
    }

改成循环之后，上述三个缺陷可以全部2和3问题可以全部解决，但是无法解决问题1。那能否获取到数组的长度 呢？

注意： 在数组中可以通过 数组对象**.length**来获取数组的长度

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

也可以使用 for-each 遍历数组

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

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

image-20221225195600454

数组是引用类型

初始JVM的内存分布

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

JVM也对所使用的内存按照功能的不同进行了划分：

image-20221225192356444

  • 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。

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。

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。

image-20221225192947128

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。

image-20230102114132806

引用变量

几道例题

第一道

image-20230102114844768

第二道

image-20230102115043035

第三道

    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]);
            }
    }

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第四道

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第五道

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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.

int[] arr = null;
System.out.println(arr[0]);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
at Test.main(Test.java:6)

image-20230102114235767

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.

image-20230102114255453

注意: Java 中并没有约定 null 和 0 号地址的内存有任何关联.

数组的应用场景

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] + " ");
    }
}

作为函数的参数

参数传基本数据类型

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

发现在func方法中修改形参 x 的值, 不影响实参的 num 值.

参数传数组类型(引用数据类型)

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

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。

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).

总结：

image-20230102123112471

作为函数的返回值

比如：获取斐波那契数列的前N项

public class TestArray {
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.println(array[i]);
}
}
}

数组练习

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]

使用这个方法后续打印数组就更方便一些.

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

数组拷贝

代码示例

import java.util.Arrays;

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

image-20221225193839434

image-20221225193848046

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

实现拷贝数组
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;
}

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 (do查找数组中指定元素(顺序查找)uble)sum / (double)arr.length;
}

// 执行结果
3.5

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

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.

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

代码示例

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

可以看到, 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.

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));
}

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--;
    }
}

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.

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 };

代码示例

int[][] arr = {
    {1, 2, 3, 4},
    {5, 6, 7, 8},
    {9, 10, 11, 12}
};

for (int row = 0; row < arr.length; row++) {
    for (int col = 0; col < arr[row].length; col++) {
        System.out.printf("%d\t", arr[row][col]);
    }
    System.out.println("");
}
// 执行结果
1      2      3      4
5      6      7      8
9       10      11      12

二维数组的用法和一维数组并没有明显差别, 因此我们不再赘述.

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文章目录1.函数式编程思想1.1概念1.2函数式编程的思想2.Lambda表达式2.1概述2.2核心原则2.3基本格式2.4Lambda表达式练习2.5省略规则3.Stream流3.1概述3.2案例准备3.3Steam流操作案例3.3.1需求3.3.2实现3.4Stream常用操作3.4.1创建stream流方式3.4.2中间操作3.4.2.1filter3.4.2…
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SpringMVC 底层机制的简易实现

SpringMVC 底层机制的简易实现

SpringMVC 底层机制的简易实现项目基础配置 xml 文件开发指南开发步骤1.初始化数据2.中央控制器 - 分发请求3.开发者角度4.视图解析器开发总结项目基础 <dependencies><dependency><groupId>junit</groupId><artifactId>junit</artifactId&g…
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【Python基础】常用数据结构及处理

【Python基础】常用数据结构及处理

1. KeyValue dict.clear() 删除字典内所有元素dict.copy()返回一个字典的浅复制[dict.fromkeys(seq, val])创建一个新字典&#xff0c;以序列 seq 中元素做字典的键&#xff0c;val 为字典所有键对应的初始值 dict.get(key, defaultNone) 返回指定键的值&#xff0c;如果值不在…
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prompt模型详解之文本生成

prompt模型详解之文本生成

prompt在生成方面的应用从两个方面进行介绍&#xff1a; 评估手段 具体任务 评估手段 生成任务的评估手段主要分为四种类型&#xff1a; 1). 基于N-gram匹配 2). 基于编辑距离 3). 基于词向量 4). 基于可学习方式。 本小节主要介绍BARTSCORE&#xff0c;其使用prompt方…
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Python杂题

Python杂题

目录 一、前言 二、例题1——修剪灌木 三、例题2—— 付账问题 四、例题3——最少砝码 五、例题四——矩形拼接 六、例题五——蜂巢 一、前言 竞赛题有很多不需要什么算法的题目&#xff0c;只要学过编程语言就能做&#xff0c;其考核思维、逻辑、编码能力。而这种题有“…
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【算法题解】 8. K 个一组翻转链表

【算法题解】 8. K 个一组翻转链表

文章目录题目解题思路代码实现复杂度分析题目 给你链表的头节点 head &#xff0c;每 k 个节点一组进行翻转&#xff0c;请你返回修改后的链表。 k 是一个正整数&#xff0c;它的值小于或等于链表的长度。如果节点总数不是 k 的整数倍&#xff0c;那么请将最后剩余的节点保持…
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Python中编码(encode)解码(decode)讲解

Python中编码(encode)解码(decode)讲解

嗨害大家好鸭&#xff01;我是小熊猫~ 这次也是给大家带来一点干货~ 所用素材:点击此处跳转文末名片获取 一、python3中str与unicode 在python3中&#xff0c;字符串有两种形式&#xff1a;str和bytes&#xff0c;两者区别如下&#xff1a; unicode string(str类型)&#xf…
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【经验】关于区分cin、getline、cin.getline三种字符串输入的区别

【经验】关于区分cin、getline、cin.getline三种字符串输入的区别

cin 既可以输入char[]数组&#xff0c;也可以输入string类型&#xff0c;输入会被空格打断 cin对char进行输入 #include<bits/stdc.h> using namespace std; int main(){char ch[50];cin>>ch;cout<<strlen(ch)<<endl;for(int i0;i<strlen(ch);i){…
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1.移动机器人发展现状

1.移动机器人发展现状

移动机器人主要应用场景&#xff1a; 场景1.仓储机器人(AGV自动导引运输车)&#xff1a;电商企业用户下单后机器人可以实现自动分拣和发货。需要多个传感器配合 2.自动驾驶领域(AMR自主移动机器人):车辆避让行人、导航等 热点研究领域&#xff1a; 环境感知和建模、人机交互…
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2022简要总结和2023行动指南

2022简要总结和2023行动指南

在这辞旧迎接之际&#xff0c;心存感恩&#xff0c;放眼未来。 祝宝妈妈宝&#xff0c;幸福快乐&#xff1b; 祝国泰民安&#xff0c;政通人和。 祝百融云创系&#xff0c;生意兴隆&#xff1b; 祝公司老板们&#xff0c;大展宏图&#xff1b; 祝同事同行er&#xff0c;身…
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Java算法_LeetCode：旋转数组

Java算法_LeetCode：旋转数组

旋转数组 给你一个数组&#xff0c;将数组中的元素向右轮转 k 个位置&#xff0c;其中 k 是非负数。 示例 1: 输入: nums [1,2,3,4,5,6,7], k 3 输出: [5,6,7,1,2,3,4] 解释: 向右轮转 1 步: [7,1,2,3,4,5,6] 向右轮转 2 步: [6,7,1,2,3,4,5] 向右轮转 3 步: [5,6,7,1,2,3,…
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Fastsapi的小疑问

Fastsapi的小疑问

1. Fastapi中的get和post区别是什么&#xff1f; 答&#xff1a;get参数传输暴露在外&#xff0c;post隐式传输 GET参数获取&#xff1a;获取一个URL后面带?param11&param22这种形式。 特点&#xff1a;URL上直接编辑传输&#xff0c;方便快捷&#xff0c;但是信息暴露在…
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