一、数组的基本概念

1.1 为什么要使用数组

假设现在要存5个学生的javaSE考试成绩，并对其进行输出，则可有

        public static void main(String[] args){
        int score1 = 70;
        int score2 = 80;
int score3 = 85;
        int score4 = 60;
        int score5 = 90;
        System.out.println(score1);
System.out.println(score2);
        System.out.println(score3);
        System.out.println(score4);
        System.out.println(score5);
}

数据是同种类型，如果要存入多个数据，上述方法就非常麻烦，可以用一种更简单的方法来存储数据，那就是数组。

1.2 什么是数组

数组：可以看成是相同类型元素的一个集合。在内存中是一段连续的空间。
注意：数组中存放的元素其类型相同，数组的空间是连在一起的每个空间有自己的编号，起始位置编号即数组的下标为0。

1.3 数组的创建及初始化

1.数组的创建

T[] 数组名 = new T[N];

T：数组中存放元素的类型，T[]：数组的类型，N：数组的长度。

int[] array1 = new int[10];
double[] array2 = new double[5];

2.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。
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};

注意：静态初始化虽然没有指定数组的长度，但编译器在编译时会根据{}中元素个数来确定数组的长度，静态初始化可以简写，省去后面的new T[]。

int[] array1 = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
double[] array2 = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0};

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};

                // 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,如果数组中存储元素类型为引用类型，默认值为null。

类型	默认值
byte	0
short	0
int	0
long	0
float	0.0f
double	0.0
char	/u0000
boolean	false

1.4 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。

例如

        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：数组支持随机访问，即通过下标访问快速访问数组中任意位置的元素，下标从0开始，介于[0, N）之间不包含N，N为元素个数。

遍历数组：将数组中的所有元素都访问一遍。

        int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
        for(int i = 0; i < 5; 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);
             }

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]);

}

二、数组是引用类型

2.1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的数据，例如：程序运行时代码需要加载到内存；程序运行产生的中间数据要存放在内存；程序中的常量也要保存；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，故JVM也对所使用的内存按功能不同进行划分。

方法区和堆是由所有线程共享的数据区，而虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器是线程隔离的数据区。

程序计数器 : 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: 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。

本地方法栈: 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: 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: 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。

2.2 基本类型变量和引用类型变量

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};
        }

a、b、arr，都是函数内部的变量，故其空间都在main方法对应的栈帧中分配，a、b是内置类型的变量，故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，其内部保存的内容是数组在堆空间中的首地址。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。

2.3引用变量

        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]);
                }
        }

2.4 null

null 在 Java 中表示 "空引用" , 也就是一个不指向对象的引用。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。

int[] arr = null;
System.out.println(arr[0]);

三、数组的应用场景

3.1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] + " ");
                }
        }

3.2作为函数的参数

1.参数传基本数据类型

        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);

}

2.参数传数组类型(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]);

}

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。

3.3 作为函数返回值

示例求斐波那契数列前N项

       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]);
                }
        }

四、数组练习

4.1 数组转字符串

示例

        import java.util.Arrays
        int[] arr = {1,2,3,4,5,6};
        String newArr = Arrays.toString(arr);
        System.out.println(newArr);

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。

4.2 数组拷贝

4.3 求数组中元素的平均值

给定一个整型数组, 求平均值。
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 (double)sum / (double)arr.length;

}

4.4 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。
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;
        }

4.5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，有序数组指元素依次增大或依次减小的数组。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。

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;

}

4.6数组排序（冒泡排序）

给定一个数组, 让数组升序 (降序) 排序，分析：假设升序，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，依次从上上述过程，直到数组中所有的元素都排列好
示例

import java.util.Arrays;
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;
                        }
                }
        }
}

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));
}

4.7数组逆序

给定一个数组, 将里面的元素逆序排列，分析：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。

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--;
        }

}