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【JAVASE】学习数组的定义与使用

青葱年少 • • IT • 阅读 12

✅作者简介：大家好，我是橘橙黄又青，一个想要与大家共同进步的男人😉😉

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目标：1. 理解数组基本概念 2. 掌握数组的基本用法 3. 数组与方法互操作 4. 熟练掌握数组相关的常见问题和代码

1. 数组的基本概念

1.1 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。比如现实中的车库：

 

在java中，包含6个整形类型元素的数组，就相当于上图中连在一起的6个车位，从上图中可以看到： 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。

1.3 数组的创建及初始化

 1.3.1 数组的创建 

T[] 数组名 = new T[N];

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];

2. 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比如：

【注意事项】  

  1. 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。
  2. 静态初始化时, {}中数据类型必须与[]前数据类型一致。
  3. 静态初始化可以简写，省去后面的new T[]。

如：

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", "!!!"};

 注意：虽然省去了new T[], 但是编译器编译代码时还是会还原 。

如果没有对数组进行初始化，数组中元素有其默认值

我们调试一下看看

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，默认值如下：

总的来说，数组的常见3钟创建方式：

 

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

1.4.1 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，和c语言是一样的。

 

1.4.2 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：最为常见的一种：

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

上述代码可以起到对数组中元素遍历的目的，但问题是：  如果数组中增加了一个元素，就需要增加一条打印语句 注意：在数组中可以通过 数组对象.length 来获取数组的长度

案例： 

int[]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

代码： 

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.

原理是：

把array的一个元素放入x，输出后又把array的第二个数据放入x输出，重复此操作，一直到把array的所有数据输出完为止。

2. 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数据的。比如：

问题：

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：此JVM也对所使用的内存按照功能的不同进行了划分：

  1. 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.
  2. 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。
  3. 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
  4. 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。
  5. 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

现在我们来解决一下变量和数组在内存的存储情况：

这里说的栈是 虚拟机栈

了解一下：

 

2.2 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。

 深入了解：

public static void func() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    int[] arr = new int[]{1,2,3};
}

，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。

 2.3 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.

案例：

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.

3. 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]);
}

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。 优点：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)。

3.3 作为函数的返回值

案例：

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]);
        }
    }
}

4. 数组练习（有关数组的快速操作）

4.1 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.

4.2 数组拷贝

代码示例：

// 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));

但是本质上不是拷贝，是把指向arr的地址给了newArr。

图解：

 copyOf方法在进行数组拷贝时，创建了一个新的数组Arrays.copyOf

import java.util.Arrays;
public static void func(){
    // 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));
}

也就是说：Arrays中copyOf方法完成数组的拷贝是开辟了和arr相同的空间来拷贝arr，最后把开辟的拷贝数组空间给到了newArr。

还有如果：拷贝数组的两倍，会把数组扩大两倍

拷贝某个范围.Arrays.copyOfRange

import java.util.Arrays;
public static void func(){
    // 拷贝某个范围.
    int[] arr = {1,2,3,4,5,6};
    int[] newArr = NULL;
    int[] newArr2 = Arrays.copyOfRange(arr, 2, 4);
    System.out.println("newArr2: " + Arrays.toString(newArr2));
}

图解：

输出结果：

同理这里也是一样，如果我们超出数组长度又怎么样呢？

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。 实现自己版本的拷贝数组 

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;
}

4.3 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.

思路：

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： 

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;
}

4.4 数组排序(冒泡排序)

给定一个数组, 让数组升序 (降序) 排序.思路：

  1. 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：

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

 冒泡排序性能较低. Java 中内置了更高效的排序算法

代码：

public static void main(String[] args) {
    int[] arr = {9, 5, 2, 7};
    Arrays.sort(arr);
    System.out.println(Arrays.toString(arr));
}

  Arrays.sort会自动帮你快速排序。

关于 Arrays.sort 的具体实现算法, 我们在后面的排序算法课上再详细介绍. 到时候我们会介绍很多种常见排序算法.

4.7 数组逆序

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.

 

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--;
    }
}

拓展：

填充数组函数 Arrays.fill

代码：

public static void main(String[] args) {
        int[] array = new int[10];
        Arrays.fill(array, 99);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }

}

 把array数组填充为99

也可以部分填充

代码：

public static void main(String[] args) {
        int[] array = new int[10];
        Arrays.fill(array, 1,5,99);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }

}

输出结果：

好啦今天就到这里了，感谢观看。

版权声明：本文为博主作者：再无B～U～G原创文章，版权归属原作者，如果侵权，请联系我们删除！

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