Java：数组的定义与使用

数组的定义与使用 局部变量在使用时一定要初始化 一.数组的基本概念 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，按照之前掌握的知识点，我么会写出如下代码：

public class TestStudent{ 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); } }

上述代码没有任何问题，但不好的是：如果有20名同学成绩呢，需要创建20个变量吗？有100个学生的成绩那不得要创建100个变量。仔细观察这些学生成绩发现：所有成绩的类型都是相同的，那Java中存在可以存储相同类型多个数据的类型吗？这就是本节要将的数组。

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。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：

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，其实位置的编号为0，即数组的下标。

那在程序中如何创建数组呢？

3. 数组的创建及初始化 (1).数组的创建 T[] 数组名 = new T[N]

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(可以用变量)

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

​ 或T[] 数组名称 = new T[] {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}; String[] array3 = new String[]{"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 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", "!!!"};

【注意事项】

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。

静态初始化时, {}中数据类型必须与[]前数据类型一致。

静态初始化可以简写，省去后面的new T[]。

数组也可以按照如下C语言个数创建，不推荐

/* 该种定义方式不太友好，容易造成数组的类型就是int的误解 []如果在类型之后，就表示数组类型，因此int[]结合在一块写意思更清晰 */ int arr[] = {1, 2, 3}; 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}; // 注意省略格式不可以拆分, 否则编译失败 // 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，比如：

如果数组中存储元素类型为引用类型，默认值为null

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，比如：

4. 数组的使用 (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。**比如：

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]);

【注意事项】

数组是一段连续的内存空间，因此支持随机访问，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，不能越界，否则会报出下标越界异常。

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 // 执行结果 Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100 at Test.main(Test.java:4)

抛出了 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException 异常. 使用数组一定要下标谨防越界.

(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：打印。

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]);

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如果输入中有100个元素，就需要写100个打印语句如果现在要把打印修改为给数组中每个元素加1，修改起来非常麻烦。

通过观察代码可以发现，对数组中每个元素的操作都是相同的，则可以使用循环来进行打印。

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

改成循环之后，上述三个缺陷可以全部2和3问题可以全部解决，但是无法解决问题1。那能否获取到数组的长度呢？

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]); }

也可以使用 for-each 遍历数组

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.

二.数组是引用类型 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：

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。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. 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。

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

在上述代码中，a、b、arr，都是函数内部的变量，因此其空间都在main方法对应的栈帧中分配。

a、b是内置类型的变量，因此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，其内部保存的内容可以简单理解成是数组在堆空间中的首地址。

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。

3. 再谈引用变量 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]);//打印1 2 300 400 500 } }

4. 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.

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.

三.数组的应用场景 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] + " "); } } 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); } // 执行结果 x = 10 num = 0

发现在func方法中修改形参 x 的值, 不影响实参的 num 值.

(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]); } // 执行结果 a[0] = 10 arr[0] = 10

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。

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. 作为函数的返回值

比如：获取斐波那契数列的前N项

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]); } } }

四.数组练习 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.

2. 数组拷贝

代码示例

import java.util.Arrays; public static void func(){ // 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)); // 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)); // 因为arr修改其引用数组中内容时，对newArr没有任何影响 arr[0] = 10; System.out.println("arr: " + Arrays.toString(arr)); System.out.println("newArr: " + Arrays.toString(newArr)); // 拷贝某个范围. int[] newArr2 = Arrays.copyOfRange(arr, 2, 4); System.out.println("newArr2: " + Arrays.toString(newArr2)); }

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; } 3. 求数组中元素的平均值

给定一个整型数组, 求平均值

代码示例

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; } // 执行结果 3.5 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.

代码示例

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; // 表示没有找到 } // 执行结果 3 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.

啥叫有序数组? 有序分为 “升序” 和 “降序” 如 1 2 3 4 , 依次递增即为升序. 如 4 3 2 1 , 依次递减即为降序.

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

代码示例

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; } // 执行结果 5

可以看到, 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.

6. 数组排序(冒泡排序)

给定一个数组, 让数组升序 (降序) 排序.

算法思路

假设排升序：

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

代码示例

public static void Bubble_Sort(int[] arr) { if (arr == null) { return; } //i代表趟数 for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) { boolean flg = false; for (int j = 0; j < arr.length - i - 1; j++) { if (arr[j] > arr[j + 1]) { int tmp = arr[j]; arr[j] = arr[j + 1]; arr[j + 1] = tmp; flg = true; } } if (!flg) { //这趟没有交换，可提前结束 return; } } }

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)); }

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

7. 数组逆序 Arrays里没有逆序数组的方法

给定一个数组, 将里面的元素逆序排列.

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.

代码示例

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--; } } 五.二维数组

二维数组本质上也就是一维数组, 只不过每个元素又是一个一维数组.

1. 基本语法 数据类型[][] 数组名称 = new 数据类型 [行数][列数] { 初始化数据 }; 2.二维数组创建 //二维数组的创建的3种方法 //1. int[][] arr1 = {{1, 2}, {3, 4}}; //2. int[][] arr2 = new int[][]{{1, 2}, {3, 4}}; //3. int[][] arr3 = new int[2][3]; //这种写法行不可以省略,行可以省略 //int[][] arr3=new int[][3]; 错误; int[][] arr4 = new int[2][]; //正确;叫做不规则二维数组 3.二维数组是特殊的一维数组

4. 二维数组遍历 //二维数组遍历 //1.Arrays.deepToString int[][] arr = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6,}}; String ret = Arrays.deepToString(arr); System.out.println(ret); System.out.println("##########################"); //2.foreach for (int[] e : arr) { for (int x : e) { System.out.print(x + " "); } System.out.println(); } System.out.println("##########################"); //3.双重for for (int i = 0; i < arr.length; i++) { for (int j = 0; j < arr[i].length; j++) { System.out.print(arr[i][j] + " "); } System.out.println(); } 5. 不规则二维数组

二维数组的用法和一维数组并没有明显差别, 因此我们不再赘述.

同理, 还存在 “三维数组”, “四维数组” 等更复杂的数组, 只不过出现频率都很低.

六.Arrays中的方法 需要import java.util.Arrays 1. 数组转字符串

2. 查找下标

3. 排序

4. 相等

5. 填充

6. 拷贝

7. 区间拷贝