Java学习笔记 | JavaSE基础语法 | 04 | 数组

news2024/12/25 9:25:08

文章目录

  • 0.前言
  • 1.数组
  • 2.数组声明
    • 2.1 数组定义
    • 2.2 数组初始化
      • 1.静态初始化
      • 2.动态初始化
      • 3.区别
      • 4.数组的默认初始化值：
    • 2.3 数组名
  • 3.访问数组
    • 3.1 索引
    • 3.2 访问数组
    • 3.3 length属性
  • 4.数组常见问题
  • 5.数组内存分析
    • 5.1 内存分配
    • 5.2 数组内存分配
  • 6.数组的练习
    • 练习1：求和
    • 练习2：统计个数
    • 练习3：变化数据
    • 练习4：求最值
    • 练习5：统计个数
    • 练习6：交换数据
    • 练习7：打乱数据
  • 7.多维数组-二维数组
    • 7.1 初始化
      • 1 静态初始化
      • 2 动态初始化
      • 3 使用细节
    • 7.2 特性
    • 7.3 内存图
    • 练习：杨辉三角

0.前言

  • 数组基础语法

1.数组

  • 概念：指的是一种容器，可以同来存储同种数据类型的多个值。

  • 数据类型：引用数据类型。

  • 注意细节： 数组容器在存储数据的时候，需要结合隐式转换考虑。

    比如：
    定义了一个int类型的数组。那么boolean、double类型的数据是不能存到这个数组中的，
    ​但是byte类型，short类型，int类型的数据是可以存到这个数组里面的。

  • 建议：容器的类型和存储的数据类型保持一致。

    举例：
    ​整数1 2 3 4 56 就可以使用int类型的数组来存储。
    ​小数1.1 1.2 1.3 1.4 就可以使用double类型的数组来存储。
    ​字符串"aaa" “bbb” “ccc” 就可以使用String类型的数组来存储。

2.数组声明

2.1 数组定义

  • 格式一：

    数据类型 [] 数组名

    比如：int [] array

  • 格式二：

    数据类型 数组名 []

    比如： int array []

  • 详解：

    • 数据类型：限定了数组以后能存什么类型的数据。
    • 方括号：表示现在定义的是一个数组。
    • 数组名：就是一个名字而已，方便以后使用。

  • 注意细节：

    • 方法括号跟数组名，谁写在前面，谁写在后面都是一样的。
    • 平时习惯性使用第一种方式。

2.2 数组初始化

1.静态初始化

  • 完整格式：

    数据类型[] 数组名 = new 数据类型[]{元素1，元素2，元素3，元素4…};

    • 代码示例：

      int[] arr = new int[]{11,22,33};
double[] arr = new double[]{1.1,1.2,1.3};

  • 数组的初始化就是在内存中，为数组容器开辟空间，并将数据存入容器中的过程。

  • 格式详解：

    • 数据类型：限定了数组以后能存什么类型的数据，前面和后面的数据类型一定要保持一致。

      • 错误代码演示：

        int[] arr = new double[]{11,22,33};//错误写法

    • 方括号：表示现在定义的是一个数组。

    • 数组名：其实就是名字而已，方便以后使用，在起名字的时候遵循小驼峰命名法。例如：arr、 namesArr。

    • new：就是给数组在内存中开辟了一个空间。

    • 方括号：表示现在定义的是一个数组。

    • 大括号：表示数组里面的元素。元素也就是存入到数组中的数据。

      • 多个元素之间，一定要用逗号隔开。

注意细节：

  • 等号前后的数据类型必须保持一致。

  • 数组一旦创建之后，长度不能发生变化。

  • 只能使用维表达式或初始化表达式中的一个来创建数组，而不能同时使用两者。

    //int intA[] = new int[7]{1,2,5,7,9,12,100};
//错误: 同时使用维表达式和初始化创建数组是非法的
int intA[] = new int[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
//数组定义格式  数据类型 数组名称 = new 数据类型[]{值,值}
//数组定义后只能通过下标|索引改变数组的赋值。
//如下分步定义失败
//int intA[] = new int[7];
//intA = int[]{1,2,5,7,9,12,100};

  • 简化格式:

    数据类型[] 数组名 = {元素1，元素2，元素3，元素4…};

    • 代码演示：

      int[] array = {1,2,3,4,5};
double[] array = {1.1,1.2,1.3};

代码演示：

//定义数组存储5个学生的年龄。
int[] agesArr = new int[]{18,19,20,21,22};
int[] agesArr = {18,19,20,21,22};

//定义数组存储3个学生的姓名。
String[] namesArr = new String[]{"zhangsan","lisi","wangwu"};
String[] namesArr = {"zhangsan","lisi","wangwu"};

//定义数组存储4个学生的身高。
double[] heightsArr = new double[]{1.85,1.82,1.78,1.65};
double[] heightsArr = {1.85,1.82,1.78,1.65};

2.动态初始化

  • 方式1：

    数据类型[] 数组名 = new 数据类型[数组的长度];

  • 方式2：

    数组类型[] 数组名;//先声明数组

    数组名 = new 数据类型[大小];//再分配空间

代码演示：

//1.定义一个数组，存3个人的年龄，年龄未知
int[] agesArr = new int[3];


//2.定义一个数组，存班级10名学生的考试成绩，考试成绩暂时未知，考完才知道。
int[] scoresArr;
scoresArr = new int[10];

3.区别

  • 静态初始化：手动指定数组的元素，系统会根据元素的个数，计算出数组的长度。
  • 动态初始化：手动指定数组长度，由系统给出默认初始化值。
  • 使用场景：
    • 只明确元素个数，但是不明确具体的数据，推荐使用动态初始化。
    • 已经明确了要操作的所有数据，推荐使用静态初始化。

举例说明：

  • 使用数组来存储键盘录入的5个整数。

    int[] arr = new int[5];

  • 将全班的学生成绩存入数组中，已知学生成绩为：66,77,88,99,100

    int[] arr = new int[5];

    arr[0] = 66;

    arr[1] = 77;

    … 虽然可以实现，但是太麻烦了。

    建议使用静态初始化：int[] arr = {66,77,88,99,100};

4.数组的默认初始化值：

  • 整数类型：0

  • 小数类型：0.0

  • 布尔类型：false

  • 字符类型：‘\u0000’（打印出来就是空格）

  • 引用类型(String等)：null

2.3 数组名

  • 数组名，本质是数组的地址值，所以打印数组的时候，实际出现的是数组的地址值。

  • 数组的地址值：就表示数组在内存中的位置。

代码演示：

int[] arr = {1,2,3,4,5};
System.out.println(arr);//[I@6d03e736

double[] arr2 = {1.1,2.2,3.3};
System.out.println(arr2);//[D@568db2f2
/*
以[I@6d03e736为例：
[ ：表示现在打印的是一个数组。
I：表示现在打印的数组是int类型的。
@：仅仅是一个间隔符号而已。

6d03e736：就是数组在内存中真正的地址值。（十六进制的）
但是，我们习惯性会把[I@6d03e736这个整体称之为数组的地址值。
*/

3.访问数组

3.1 索引

  • 索引也叫角标、下标，就是数组容器中每一个小格子对应的编号。
  • 索引的特点：
    • 索引一定是从0开始的。
    • 连续不间断。
    • 逐个+1增长。

3.2 访问数组

  • 格式：

    数组名[索引];

  • 作用：

    • 获取数组中对应索引上的值
    • 修改数组中对应索引上的值，一旦修改之后，原来的值就会被覆盖了。

代码演示：

public class ArrDemo2 {
    /*

        数组中元素访问的格式：
                数组名[索引];

         作用：
            1.获取指定索引上对应的元素
            2.修改指定索引上对应的元素


    */
    public static void main(String[] args) {
       int[] arr = {1,2,3,4,5};
       //需求1：获取arr数组中，3索引上的值
        int number = arr[3];
        System.out.println(number);
        System.out.println(arr[3]);

       //需求2：将arr数组中，3索引上的值修改为10
            arr[3] = 10;
        System.out.println("修改之后为:" + arr[3]);

    }
}

3.3 length属性

  • 数组属性：数组的长度

    数组名.length;

  • 作用：遍历数组

    • 代码演示：

      //生成方式：数组名.fori
for(int i = 0; i < arr.length; i++){
    //在循环的过程中，i依次表示数组中的每一个索引
    sout(arr[i]);//就可以把数组里面的每一个元素都获取出来，并打印在控制台上了。
}

4.数组常见问题

  • 索引越界异常：当访问了数组中不存在的索引。

    • 代码演示：

      public class ArrDemo6 {
    public static void main(String[] args) {
       int[] arr = {1,2,3,4,5,5,5,5,5};
        //用索引来访问数组中的元素
        System.out.println(arr[1]);
        System.out.println(arr[10]);//ArrayIndexOutOfBoundsException
    }
}

5.数组内存分析

5.1 内存分配

  • 计算机在运行过程中会给JVM分配一个内存块

  • 分配给JVM的内存块又会分割成不同的区

  • JVM内存分配：

    • JDK8以前：本地方法栈 | 寄存器 | 栈 | 方法区和堆区(两者在一起)
    • JDK8以后：取消方法区，新增元空间，把原来的方法区的多种功能进行拆分，有的功能放进了堆中，有的功能放到了元空间中。

    在这里插入图片描述

Java内存分配：

区域名称作用
方法区存储可以运行的class文件
堆内存存储对象或者数组，存储new出来的内容(实体，对象)，都存储在堆内存
栈内存方法运行时使用的内存，存储的是局部变量(定义在方法中的变量)，比如main方法运行，进入方法栈中执行
寄存器给CPU使用，和我们开发无关
本地方法栈JVM在使用操作系统功能的时候使用，和我们开发无关

图解：

在这里插入图片描述

总结：

  • 只要是new出来的一定是在堆里面开辟了一个小空间

  • 每一个new出来的东西都会有一个地址值，使用完毕，会在垃圾回收器空闲时被回收

  • 如果new了多次，那么在堆里面有多个小空间，每个小空间中都有各自的数据

  • 两个数组指向同一个空间的内存图：当两个数组指向同一个小空间时，其中一个数组对小空间中的值发生了改变，那么其它数组再次访问的时候都是修改之后的结果了

5.2 数组内存分配

略，见PPT

6.数组的练习

练习1：求和

需求：定义一个数组，存储1,2,3,4,5，遍历数组得到每一个元素，求数组里面所有的数据和

代码示例：

/*定义一个数组，存储1,2,3,4,5
        遍历数组得到每一个元素，求数组里面所有的数据和*/


//分析：
//1.定义一个数组，并添加数据1,2,3,4,5
int[] arr = {1,2,3,4,5};

//求和变量
int sum = 0;
//2.遍历数组得到每一个数据，累加求和
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    //i 依次表示数组里面的每一个索引
    //arr[i] 依次表示数组里面的每一个元素
    sum = sum + arr[i];
}

//当循环结束之后，sum的值就是累加之后的结果
System.out.println(sum);

练习2：统计个数

需求：定义一个数组，存储1,2,3,4,5,6,7,8,9,10，遍历数组得到每一个元素，统计数组里面一共有多少个能被3整除的数字

代码示例：

//分析：
//1.定义一个数组 存储1,2,3,4,5,6,7,8,9,10
int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
//定义一个变量，用来统计次数
int count = 0;
//2.遍历数组得到每一个元素
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    //i 表示数组里面的每一个索引
    //arr[i] 表示数组里面的每一个元素
    //3.判断当前的元素是否为3的倍数，如果是那么统计变量就需要自增一次。
    if(arr[i] % 3 == 0){
        // System.out.println(arr[i]);
        count++;
    }
}
//当循环结束之后，就表示数组里面所有的数字都判断完毕了，直接打印count即可
System.out.println("数组中能被3整除的数字有" + count + "个");

练习3：变化数据

需求：定义一个数组，存储1,2,3,4,5,6,7,8,9,10，遍历数组得到每一个元素。

要求：如果是奇数，则将当前数字扩大两倍；如果是偶数，则将当前数字变成二分之一

代码示例：

//分析：
//1.定义一个数组，存1,2,3,4,5,6,7,8,9,10
int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
//2.遍历数组得到每一个元素
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    //i 依次表示数组里面的每一个索引
    //arr[i] 依次表示数组里面的每一个元素
    //3.对每一个元素进行判断
    if(arr[i] % 2 == 0){
        //偶数 变成二分之一
        arr[i] = arr[i] / 2;
    }else{
        //奇数 扩大两倍
        arr[i] = arr[i] * 2;
    }
}

//遍历数组
//一个循环尽量只做一件事情。
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    System.out.println(arr[i]);
}

练习4：求最值

需求：求数组中的最大值

代码示例：

//定义数组求最大值：33,5,22,44,55

//扩展问题：
//1.根据求最大值的思路，自己改写一下求最小智
//2.为什么max要记录为arr[0],默认值不能为0吗？
//不能写0
//max的初始化值一定要是数组中的值。
//3.循环中开始条件一定是0吗？
//循环的开始条件如果为0，那么第一次循环的时候是自己跟自己比了一下，对结果没有任何影响，但是效率偏低
//为了提高效率，减少一次循环的次数，循环开始条件可以写1.


//1.定义数组用来存储5个值
int[] arr = {33,5,22,44,55};
//2.定义一个变量max用来存储最大值
//临时认为0索引的数据是最大的
int max = arr[0];
//3.循环获取数组中的每一个元素
//拿着每一个元素跟max进行比较
for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
    //i 索引  arr[i] 元素
    if(arr[i] > max){
        max = arr[i];
    }
}
//4.当循环结束之后，max记录的就是数组中的最大值
System.out.println(max);//55

练习5：统计个数

需求：生成10个1~100之间的随机数存入数组。

1）求出所有数据的和

2）求所有数据的平均数

3）统计有多少个数据比平均值小

代码示例：

//分析：
//1.定义数组
int[] arr = new int[10];
//2.把随机数存入到数组当中
Random r = new Random();

for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    //每循环一次，就会生成一个新的随机数
    int number = r.nextInt(100) + 1;
    //把生成的随机数添加的数组当中
    //数组名[索引] = 数据;
    arr[i] = number;
}


// 1）求出所有数据的和
//定义求和变量
int sum = 0;
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    //循环得到每一个元素
    //并把元素累加到sum当中
    sum = sum + arr[i];
}
System.out.println("数组中所有数据的和为：" + sum);


//2）求所有数据的平均数
int avg = sum / arr.length;
System.out.println("数组中平均数为：" + avg);



//3）统计有多少个数据比平均值小
int count = 0;
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    if(arr[i] < avg){
        count++;
    }
}

//当循环结束之后，就表示我已经找到了所有的比平均数小的数据
System.out.println("在数组中，一共有" + count + "个数据，比平均数小");



//遍历数组，验证答案
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    System.out.print(arr[i] + " ");
}

练习6：交换数据

需求：定义一个数组，存入1,2,3,4,5。按照要求交换索引对应的元素。

交换前：1,2,3,4,5

交换后：5,2,3,4,1

代码示例：

//1.定义数组存储数据
int[] arr = {1,2,3,4,5};
//2.利用循环去交换数据
for(int i = 0,j = arr.length - 1; i < j; i++,j--){
    //交换变量i和变量j指向的元素
    int temp = arr[i];
    arr[i] = arr[j];
    arr[j] = temp;
}
//当循环结束之后，那么数组中的数据就实现了头尾交换
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    System.out.print(arr[i] + " ");
}

练习7：打乱数据

需求：定义一个数组，存入1~5。要求打乱数组中所有数据的顺序。

代码示例：

//1.定义数组存储1~5
int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
//2.循环遍历数组，从0索引开始打乱数据的顺序
Random r = new Random();
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    //生成一个随机索引
    int randomIndex = r.nextInt(arr.length);
    //拿着随机索引指向的元素 跟 i 指向的元素进行交换
    int temp = arr[i];
    arr[i] = arr[randomIndex];
    arr[randomIndex] = temp;
}
//当循环结束之后，那么数组中所有的数据已经打乱顺序了
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    System.out.print(arr[i] + " ");
}

7.多维数组-二维数组

7.1 初始化

1 静态初始化

  • 完整格式：

    数据类型[][] 数组名 = new 数据类型[][]{{元素1，元素2}，{元素1，元素2}}；

  • 范例：

    int[][] arr = new int[][]{{11,22},{33,44}};
int[][] arr = {{1, 1, 1}, {8, 8, 9}, {10}};
				
// 遍历二维数组中的每个元素(一维数组) 		
for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
	// 1. arr[i] 表示：二维数组的第 i+1 个一维数组。比如 arr[0]：二维数组的第一个一维数组 
	// 2. arr[i].length 得到对应的每个一维数组的长度 
	for(int j = 0; j < arr[i].length; j++) { 
		// 输出二维数组中的一维数组中的每一个元素
		System.out.print(arr[i][j] + " ");  
	}
	System.out.println();// 换行 
}

  • 简化格式：

    数据类型[][] 数组名 = {{元素1，元素2}，{元素1，元素2}}；

  • 注意细节： 每一行数组的元素个数可以不同

2 动态初始化

方式1：这种初始化方式在声明二维数组的同时开辟了其所需要的堆内存空间

  1. 先定义数组：数据类型[][] 数组名 = new 数据类型[n][m];
    • 举例: int arr[][] = new int[2][3];
  2. 再给一维数组中的每个元素赋值，若不赋值，则为定义的数据类型的默认值。

方式2：

  1. 先声明：数据类型[][] 数组名;。
  2. 再定义(开辟空间)：数组名 = new 数据类型[n][m];。此时每个一维数组的内存空间都已经开辟。
  3. 最后给一维数组中的每个元素赋值，若不赋值，则为定义的数据类型的默认值。

方式3： 列数不确定

  1. 先声明：数据类型[][] 数组名;。
  2. 再定义(开辟空间)：数组名 = new 数据类型[n][];。 注意：此时所有的一维数组都未开辟堆内存空间。
  3. 遍历二维数组，给一维数组开辟堆内存空间，此时给每个一维数组开辟的内存空间可以不相等（也就是说二维数组的列数是不一样的）。
  4. 最后给一维数组中的每个元素赋值。若不赋值，则为定义的数据类型的默认值。
// 定义二维数组。此时所有的一维数组还没有分配内存空间；arr[i]的地址为null；
int[][] arr = new int[3][];
	
// 遍历二维数组，给每个一维数据开辟内存空间。这种方式会使得每个一维数组的大小可以不一样
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    // 给每个一维数组开辟空间，若没有这一步，一维数组的内存空间就是 null；
    arr[i] = new int[i + 1];    
}

// 最后再遍历所有的一维数组，给其中的每个元素赋值。省略...

3 使用细节

一维数组的声明方式有: int[] x 或者 int x[]。

二维数组的声明方式有: int[][] arr 或者 int[] arr[] 或者 int arr[][]。

二维数组实际上是由多个一维数组构成的，它的各个一维数组的内存大小可以相同，也可以不相同。

  • 比如： map[][] 是 一个二维数组， int[][] map = {{1, 2}, {3, 4, 5}}；其中，map[0] 是一个含有2个元素的一维数组 ，map[1] 是一个含有3个元素的一维数组，因此， map[][] 也称为 “列数不等的二维数组”。

7.2 特性

  • 二维数组的元素个数 = 二维数组中一维数组的个数 = 数组名.length
  • 二维数组的每个元素是一维数组，所以如果需要得到每个一维数组中的元素，还需要再遍历一维数组；
  • arr[i][j]表示：二维数组的第 i+1 个一维数组的第 j+1 个元素；
    • eg：arr[0][0]表示：二维数组 arr 中的第1个一维数组中的第1个元素。

例子：输出二维数组中的一维数组中的每一个元素

public class TwoDimensionalArray01 { 	
	public static void main(String[] args) {
		int[][] arr = { {0, 0, 0, 0, 0, 0}, {1, 1, 1, 1, 1, 1}, 
						{2, 2, 2, 2, 2, 2}, {3, 3, 3, 3, 3, 3} };	
		// 遍历二维数组中的每个元素(一维数组) 		
		for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
			// 1. arr[i] 表示：二维数组的第 i+1 个一维数组。比如 arr[0]：二维数组的第一个一维数组 
			// 2. arr[i].length 得到对应的每个一维数组的长度 
			for(int j = 0; j < arr[i].length; j++) { 
				// 输出二维数组中的一维数组中的每一个元素
				System.out.print(arr[i][j] + " ");  
			}
			System.out.println();//换行 
		} 
	} 
}

7.3 内存图

以动态初始化的第一种方式为例，int arr[][] = new int[2][];

其内存示意图如下：

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

解释说明：

  1. 首先在栈内存中声明了一个int类型的二维数组的 arr[2][]，于是JVM在堆内存中为arr开辟了一个大小为 2 的地址空间，这两个空间里面分别存储着一维数组 arr[0]、arr[1] 的地址；
  2. 同时在堆内存中另外开辟了两个新的大小为 2和3 的内存空间，这两个空间的地址就是 arr[0]、arr[1] 的内存地址，空间里面存储着一维数组中的元素。

注意：如果是以第三种方式（列数不确定）创建一个二维数组，例如：
int[][] arr = new int[3][];。则此时所有的一维数组都没有开辟内存空间，它们的地址都为 null；

练习：杨辉三角

需求：使用二维数组打印一个 10 行 杨辉三角，如下图所示：

在这里插入图片描述

规律：

  1. 第一行有 1 个元素, 第 n 行有 n 个元素 ；
  2. 每一行的第一个元素和最后一个元素都是 1 ；
  3. 从第三行开始, 对于非第一个元素和最后一个元素的元素的值 arr[i][j] ，arr[i][j] = arr[i-1][j] + arr[i-1][j-1]。

代码演示：

public class TwoDimentionalArray01 {
    public static void main(String[] args) {
    	int[][] a = new int[10][];
    	
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            // 给每个一维数组开辟堆内存空间，第n行有n个元素
            a[i] = new int[i + 1];
            // 遍历每一个一维数组，赋值
            for (int j = 0; j < a[i].length; j++) {
                // 每一行的第一个元素和最后一个元素都是1
                if (j == 0 || j == a[i].length - 1) {
                    a[i][j] = 1;
                } else {
                    // 每一行非第一个元素和最后一个元素的值 = 上一行的同一列 + 上一行的上一列
                    a[i][j] = a[i - 1][j] + a[i - 1][j - 1];
                }
            }
        }
        
        // 输出杨辉三角
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            for (int k = 0; k < a[i].length; k++) {
                System.out.print(a[i][k] + "\t");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

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