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💖 系列专栏：Java从入门到大牛
🌠 首发时间：2023年7月9日
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什么是数组
数组的定义和访问
- 静态初始化数组
- 静态初始化数组在计算机中的基本原理
- 数组的访问
- 数组的遍历
- 动态初始化数组
- 静态初始化数组在计算机中的基本原理
- 案例：评委打分
数组在计算机中的执行原理
- 数组的执行原理和Java程序的执行原理
- 多个变量指向同一个数组的问题
专项训练：数组常见案例
- 数组求最值
- 数组反转
- 随机排名
补充知识：Debug工具的使用

什么是数组

数组就是一个容器，用来存储一批相同类型的数据

举例

int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
String[] names = {"张三", "李四", "王五"};

有了变量，为什么还要用数组？

从上面的例子中，我们很容易就可以看出来，如果使用变量来存储一系列相同类型的数据，那么代码就会很繁琐；而使用数组则代码简洁，逻辑清晰

数组的定义和访问

静态初始化数组

什么是静态初始化数组？

在定义数组的时候直接给数组赋值

静态初始化数组的格式

// 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, ...};
int[] ages = new int[]{12, 34, 56};
double[] scores = new double[]{1.11, 2.22, 3.33};

// 简化格式
数据类型[] 数组名 = {元素1, 元素2, 元素3, ...};
int[] ages = {12, 34, 56};

适用业务场景

静态初始化适合一开始就知道要存入哪些元素值的业务场景

注意事项

“数据类型[] 数组名” 也可以写成 “数据类型数组名[]”
什么类型的数组只能存放什么类型的数组

静态初始化数组在计算机中的基本原理

int[] ages = {12, 24, 36};

在这里插入图片描述

数组变量名中存储的是数组在内存中的地址，数组是一种引用数据类型
数组中存储的元素都有一个下标，从 0 开始

数组的访问

怎么访问数组？

数组名[索引]

举例

// 取值
System.out.println(arr[0]);

// 赋值
arr[2] = 100;
System.out.println(arr[2]);

数组有一个长度属性：length

// 获取数组的长度（就是数组中的元素个数）
System.out.println(arr.length);

数组的最大索引可以怎么表示？

数组名.length-1	//前提是元素个数大于0

注意事项

访问数组时，使用的索引不能超过数组的最大索引。当访问越界时，执行程序时会出 bug，会出现一个索引越界的异常提示

数组的遍历

什么是遍历？

遍历就是从头到尾一个一个地访问数据

为什么要遍历数组？

有时候，我们要对一个数组进行求和、搜索元素、找最大值或最小值的时候，就需要遍历数组

如何遍历数组？

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

动态初始化数组

什么是动态初始化数组？

定义数组时先不存入具体的元素值，只确定数组存储的数据类型和数组的长度

动态初始化数组的格式

数据类型[] 数组名 = new 数据类型[长度];
int[] arr = new int[3];

// 后赋值
arr[0] = 10;
System.out.println(arr[0]);

适用业务场景

动态初始化适合开始不确定具体元素值，只知道元素个数的业务场景

注意事项

静态初始化和动态初始化数组的写法是独立的，不可以混用，即 ~~int[] arr = new int[3]{30，40,50};~~

静态初始化数组在计算机中的基本原理

int[] arr = new int[3];

在这里插入图片描述
动态初始化数组元素默认值规则：

数据类型	明细	默认值
基本类型	byte、short、char、int、long	0
基本类型	float、double	0.0
基本类型	boolean	false
引用类型	类、接口、数组、String	null

案例：评委打分

需求

某歌唱比赛，需要开发一个系统：可以录入 6 名评委的打分，录入完毕后立即输出平均分作为选手的得分

分析

6 名评委的打分是后期录入的，一开始不知道具体的分数，因此定义一个动态初始化的数组存分数
遍历数组中的每个位置，每次提示用户录入一个评委的分数，并存入到数组对应的位置
遍历数组中的每个元素进行求和，最终算出平均分打印出来即可

代码示例

import java.util.Scanner;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        double[] scores = new double[6];
        double sumScore = 0, averScore = 0;     // 总分、平均分, 记得初始化变量

        // 录入分数
        for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
            System.out.println("请输入一个评委的分数：");
            scores[i] = sc.nextDouble();
        }

        // 计算总分
        for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
            sumScore += scores[i];
        }

        // 计算平均分
        averScore = sumScore / scores.length;
        System.out.println("选手的得分为：" + averScore);
    }
}

运行结果

在这里插入图片描述

数组在计算机中的执行原理

数组的执行原理和Java程序的执行原理

Java 内存分配介绍

方法区
栈
堆
本地方法栈
寄存器

在这里插入图片描述

数组在计算机中的执行原理

public class ArrayDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        System.out.println(a);
        
        int[] arr = {11, 22, 33};
        System.out.println(arr);
        System.out.println(arr[1]);
        
        arr[0] = 44;
        arr[1] = 55;
        arr[2] = 66;

        System.out.println(arr[0]);
        System.out.println(arr[1]);
        System.out.println(arr[2]);
    }
}

运行结果

在这里插入图片描述

具体原理 在这里插入图片描述

总结

1、运行一个 Java 程序，主要看 JVM 中包含的哪几部分内存区域？
- 方法区
- 栈内存
- 堆内存

2、简单说说 int a = 20; int[] arr = new int[3]; 这两行代码的执行原理？

a 是变量，直接放在栈中， a 变量中存储的数据就是 20 这个值
new int[3] 是创建一个数组对象，会在堆内存中开辟区域存储 3 个整数
arr 是变量，在栈中，arr 中存储的是数组对象在堆内存中的地址值

多个变量指向同一个数组的问题

多个变量指向同一个数组

public class ArrayDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr1 = {11, 22, 33};
        int[] arr2 = arr1;

        System.out.println(arr1);
        System.out.println(arr2);

        arr2[1] = 99;
        System.out.println(arr1[1]);
    }
}

运行结果

在这里插入图片描述

具体原理

在这里插入图片描述

使用数组时常见的一个问题

如果某个数组变量存储的地址是 null，那么该变量将不再指向任何数组对象

arr2 = null; 						//把null赋值给arr2
System.out.println(arr2);			//null
System.out.println(arr2[0]);		//会出异常
System.out.println(arr2.length);	//会出异常

在这里插入图片描述

总结

1、多个数组变量，指向同一个数组对象的原因是什么？需要注意什么？
- 多个数组变量中存储的是同一个数组对象的地址
- 多个变量修改的都是同一个数组对象中的数据

2、如果某个数组变量中存储的 null，代表什么意思？需要注意什么？
- 代表这个数组变量没有指向数组对象
- 可以输出这个变量，但是不能用这个数组变量去访问数据或者访问数组长度，会报空指针异常：NullPointerException

专项训练：数组常见案例

数组求最值

实现步骤

把数据拿到程序中去，用数组装起来
定义一个变量 max 用于记录最终的最大值，建议存储数组的第一个元素值来作为参照值
从第二个位置开始遍历数组的数据，如果遍历的当前数据大于 max 变量存储的数据，则替换变量存储的数据为当前数据
循环结束后输出 max 变量即可

代码示例

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] scores = {34, 98, 29, 78, 0, -43};
        int max = scores[0];
        
        // 逐个比较数据
        for (int i = 1; i < scores.length; i++) {
            if (scores[i] > max) {
                max = scores[i];
            }
        }

        System.out.println("最大值为: " + max);
    }
}

数组反转

需求

某个数组有 5 个数据：10、20、30、40、50，请将这个数组中的数据进行反转

分析

数据的反转操作实际上就是：依次前后交换数据即可实现

代码示例

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] digits = {10, 20, 30, 40, 50};

        System.out.println("反转前的数组: ");
        for (int i = 0; i < digits.length; i++) {
            System.out.print(digits[i] + " ");
        }
        System.out.println();

        for (int i = 0; i < digits.length - 1 - i; i++) {
            int j = digits.length - 1 - i;     // 右边元素的下标 
            
            // 交换左右元素
            int temp = digits[i];
            digits[i] = digits[j];
            digits[j] = temp;
        }

        System.out.println("反转后的数组: ");
        for (int i = 0; i < digits.length; i++) {
            System.out.print(digits[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}

运行结果

在这里插入图片描述

总结

1、我们是如何完成数组的反转的 ?

使用 for 循环，控制让数组的前后位置的元素，依次交换

2、数组如何实现前后元素交换？
- 定义一个临时变量记住前一个位置处的元素值
- 再把后一个位置处的元素值赋值给前一个位置处
- 最后把临时变量记住的前一个位置的元素值赋值给后一个位置处

随机排名

需求

某公司开发部有 5 名开发人员，要进行项目进展汇报演讲，现在采取随机排名后进行汇报。请先依次录入 5 名员工的工号，然后展示出一组随机的排名顺序

分析

定义一个动态初始化的数组用于录入员工的工号
遍历数组中的每个元素
每遍历到一个数据，都随机生成一个索引值，然后让当前数据与随机生成的索引位置处的数据进行交换
输出数组中的内容即可

代码示例

import java.util.Random;
import java.util.Scanner;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int[] nums = new int[5];
		
		// 录入工号
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            System.out.print("请输入第" + (i + 1) + "个工号: ");
            nums[i] = sc.nextInt();
        }
		
		// 随机交换元素
        Random r = new Random();
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            int index = r.nextInt(nums.length);

            // 交换元素
            int temp = nums[i];
            nums[i] = nums[index];
            nums[index] = temp;
        }

		// 输出随机排名
        System.out.println("随机排名后的一个序列: ");
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            System.out.print(nums[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}