Java——数组的定义与使用

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一：数组的概念以及定义,初始化

1.1：数组概念以及定义

数组概念：可以看成是 相同类型元素的一个集合 。

数组定义：三种方法

T [] 数组名 = new T [ N ];例如：int[]arr = new arr[10];

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

例如：

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

1.2：数组的初始化主要有两种：动态初始化以及静态初始化

1.静态初始化和动态初始化一步完成

数组动态初始化：在创建数组时，直接指定数组中元素的个数

int [] array = new int [ 10 ]；这种初始化，这个arr数组里面的值都为0；

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

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

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

例如：
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" , "!!!" };

静态初始化可以省略可以省去后面的new int[];

直接就是 int [] array1 = { 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 };

但是这种初始化是严令禁止的： int [] array1 = new int [10]{ 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 };，编译器会报错误

2.同时静态初始化和动态初始化也可以分为两步：

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}; 这样不可以，！！！只能在定义的时候进行赋值

1.如果没有对数组进行初始化，数组中元素有其默认值：

2.如果数组中存储元素类型为引用类型，默认值为null

二：数组的使用：

1.1：数组的访问：

数组下表访问不能越界：

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

数组越界异常

1.2：数组遍历

1.一般C中我们都是循环遍历：但是java中注意：在数组中可以通过 数组对象.length 来获取数组的长度

int [] array = new int []{ 10 , 20 , 30 , 40 , 50 };

for ( int i = 0 ; i < array . length ; i ++ ){

System . out . println ( array [ i ]);

}

2.java也可以使用for-each遍历数组：

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

for ( int x : array ) {

System . out . println ( x );

}

2：数组是引用类型

2.1：要了解数组首先，要了解引用到底是什么？

在java里数据类型分为两大类：基本数据类型（Primitive Types）和引用数据类型（Reference Types）。引用数据类型是相对于基本数据类型而言的，它们不是直接在内存中存储数据值，而是存储数据的引用（或者说是指向数据的内存地址）。

Java中的引用数据类型主要包括以下几类：

类，数组，枚举，接口，注解

我们现在现在需要注意这两项：

类（Class Types）：类是Java程序的基本构建块，用于创建对象。每个对象都是类的一个实例，而类本身就是一种引用数据类型。你可以定义自己的类来封装数据和逻辑，Java标准库中也提供了大量的类供我们使用。

数组（Array Types）：数组是一种特殊的引用类型，用于存储固定大小的同类型元素。数组可以是基本数据类型的数组，也可以是引用数据类型的数组（比如对象数组或另一个数组的数组）。

2.2：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

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。比如：

因此 JVM 也对所使用的内存按照功能的不同进行了划分：

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。

2.3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；

引用数据类型创建的变量，一般称为对象的引用，存储的是对象所在空间的地址的变量。

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。

再看一个例子：

2.4：空指针：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 )

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.

注意 : Java 中并没有约定 null 和 0 号地址的内存有任何关联

3：数组应用场景：

3.1：数组作为函数参数：一张图弄懂

总结 : 所谓的 " 引用 " 本质上只是存了一个地址（还不是真的内存地址） . 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 ).

3.2：数组作为函数的返回值

public class Test {
    public static int[] func(){
        int []array =  new int[]{1,2,3,4,5};
        return array;
    }
实话说这个array数组是个临时变量，在C里面func返回时会被销毁，但是在java里面这个还是一直存在的就不会销毁
    public static void main(String[] args) {
        int[] ret = func();
        for (int i = 0; i < ret.length; i++) {
            System.out.println(ret[i]);
        }
    }
}

4：数组练习：

4.1：数组转化为字符串Arrays.toString

 public static String myToString(int[] arr) {
        String ret = "[";
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            ret += arr[i];
            if (i != arr.length - 1) {
                ret += ",";
            } else {
                ret += "]";
            }
        }
        return ret;
    }

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

注意ret是String类型，每次都是ret+=……，最后直接打印

但是 Arrays.toString这个方法直接帮我们数组转化为字符串：

4.2：拷贝方法：Arrays.copyOf Arrays.copyOfRange

巧了，我们java里面已经帮我们实现好了：Arrays.copyOf这个方法（这个方法里面的参数（换个类型）还是有很多的，一起构成了方法的重载）

public static void main(String[] args) { //Arrays.copyOf(),Arrays.copyOfRange()
    int[] arr = {1, 2, 3, 4};
    int[] copy = Arrays.copyOf(arr, arr.length * 2);
//并且这里我们还可以进行两倍的拷贝，因为这个数组没有长度嘛，不用考虑越界的问题
    System.out.println(Arrays.toString(copy));
还可以选择拷贝：
    int[] copy2 = Arrays.copyOfRange(arr, 1, 2);但是这个是从arr数组内部拷过来的

    System.out.println(Arrays.toString(copy2));
}

这里大家可以发现打印的有12个因为是[1,13)左闭右开，，但是arr从1开始里面只有3个数，然后就只能copy3个数然后补0

那这些方法的源码是怎么实现的呢：大家可以看我这张图

但是源代码实现的话又会有一些的的问题：就不能拷贝上述的12个了

我们尽量还是用Arrays.copyOfRange这个方法

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，关于深浅拷贝在后续详细给大家介绍

4.3：二分查找以及排序方法：

二分查找：针对 有序数组 ，返回的值返回的是最后一次的位置left然后 -（left+1）

所以说按下面这个数组，key每次都>10的话，每次返回都是-9

这是我模仿源码的方法写的

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int []arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
        int key =7;
        int ret = binarySearch(arr,arr.length,key);
        System.out.println(ret);
    }
    public static int binarySearch(int []arr,int sz,int key){
        int left = 0;
        int right = sz-1;
        while(left < right){
            int mid = (left +right)>>>1;//这个右移一位就很秒
            if(arr[mid] < key){
                left = mid + 1;
            }
            else if(arr[mid]>key){
                right = mid -1;
            }else{
                return mid;
            }
        }
        return -(left+1);
    }

}

源码：

但是如果不是有序地呢，我们可以自己实现一个冒泡排序 以及配合的找数字的，但是java里面已经帮我们实现的有方法了——Arrays.sort

以及配合找数字的Arrays.binarySearch

不过返回的值就是拍完序之后的位置了,这个一定要注意！！！

二分查找优点：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 .

4.4：填充方法以及比较方法：

填充也可以指定范围：java 太妙啦！！！

4.5：数组求平均值

代码两个注意点

1：首先使用 for -each遍历数组时，这里的X其实就是数组里面的值

2：最后求平均值一定要强转成double 类型

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;//注意这个
}
return (double)sum / (double)arr.length;//注意
}

三：二维数组的使用

1.二维数组的4种定义方式

二维数组是特殊的一维数组

二维数组的定义方法：一般就是这三种

        int [][] array = {{1,2,3},{4,5,6}};
        int [][] array1 = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6}};
        int [][] array2 = new int[2][3];

但是二维数组还可以不指定列，只指定行（和C语言相反）（第四种）

        int [][] array = new int[2][];
        String ret = Arrays.toString(array);
        System.out.println(ret);

（这个时候就相当于，只初始化了两个值，array[0],array[1],他们两个的值默认都是null，（这个时候就完全可以看出来array（二维数组就是特殊的一维数组）））

然后我可以这样给他赋值

        int [][] array = new int[2][];
        array[0] = new int[]{1,2,3};
        array[1] = new int[]{1,2,3,4,5,6};

2.二维数组的遍历：

我们上述描述过了一维数组(array)的长度是array.length,我们现在又知道了二维数组又是特殊的一维数组（譬如上述的array[2][],那么它的长度就是array.length,它经过初始化之后array[1].length就是3）

那么我们有了上述的知识之后就可以写出下面的代码

        int [][] array = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6}};
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            for (int j = 0; j < array[i].length; j++) {
                System.out.print(array[i][j]+" ");
            }
            System.out.println();// 打印一行换行
        }

3.二维数组的打印

那我们这样打印呢？

        int [][] array = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6}};
        System.out.println(array[0]);
        System.out.println(array[1]);

打印的不是实际的地址是经过修改的地址，实际上是

最后调用的是 toString方法

再看看接下来打印的是什么呢？

        int [][] array = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6}};
        System.out.println(array[0]);
        System.out.println(array[1]);
        System.out.println("=============");
        System.out.println(Arrays.toString(array[0]));
        System.out.println(Arrays.toString(array[1]));
        System.out.println("=============");
        System.out.println(array[0].length);
        System.out.println(array[1].length);
        System.out.println("=============");
        System.out.println(array.length);
        System.out.println("=============");

这个呢？

        int [][] array = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6}};
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        System.out.println(Arrays.deepToString(array));