JavaSE语法系列——第六节-数组的定义与使用

2024 年 9 月 1 日 5点热度 0人点赞 0条评论

在这里插入图片描述

数组的定义与使用

1. 数组的基本概念
2. 数组是引用类型
3. 数组的作用
4. 数组练习
5. 二维数组(列数可以不同)

1. 数组的基本概念

1.1 数组的创建及初始化

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

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 double[3]; // 创建一个可以容纳3个字符串元素的数组

1.1.1 数组的初始化(两种方法)

数组的初始化主要分为动态初始化以及静态初始化

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

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

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

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", "!!!"};

【注意事项】(静态初始化时，数组的元素个数，就是数组的长度，且之后不能再变，除非这个数组名指向别的数组（之后会讲）)

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[]。

// 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", "!!!"};

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};

如果不确定数组当中内容时，使用动态初始化，否则建议使用静态态初始化。
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

1.2 数组的使用

1.2.1 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。

1.2.2 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。
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。

正常循环遍历

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？

***.lenth 遍历

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]); 
}

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.

转换成字符串

在这里插入图片描述

1.3 数组名表示数组地址

在这里插入图片描述

[ 表示数组

D 表示数组元素类型

@之后的表示地址

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：
在这里插入图片描述
因此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

2.2 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。

2.3 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]);
        }
    }

在这里插入图片描述

综上就是数组可以相等赋值

    public static void main8(String[] args) {
    
        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]);
        }
    }

例题（函数传址，传参）

public class Test2 {
    

    public static void func1(int[] array) {
    
        array = new int[]{
    1,2,3};
    }
    public static void func2(int[] array) {
    
        array[0] = 99;
    }

    public static void main(String[] args) {
    
        int[] array = {
    9,8,7};
        func1(array);
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    
            System.out.print(array[i]+ " ");
        }
        System.out.println();
        System.out.println("===========");
        func2(array);
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    
            System.out.print(array[i]+ " ");
        }
        System.out.println();
    }

在这里插入图片描述

*****函数传引用（地址），未必也改变实参的值

总结就是：变量在栈中创建，而值在堆中。
在看是否改变实参的值的时候，要根据两点判断

栈中的变量指向堆中哪个值

实参和形参分别指向的是堆中的哪个值

2.4 认识 null（空引用）

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. 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. 数组的作用

3.1 保存数据

在这里插入图片描述

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); }
// 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)
在这里插入图片描述

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)

3.3 作为函数的返回值

比如：获取斐波那契数列的前N项
在这里插入图片描述

4. 数组练习

4.1 数组转字符串

代码示例
在这里插入图片描述

***自己实现 tostring

空引用

    public static String myToString(int[] array) {
    
        //Java 里面也有assert
        if(array == null) return "null";
        String ret = "[";
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    
            ret += array[i];
            if(i != array.length-1) {
    
                ret += ", ";
            }
        }
        ret+="]";
        return ret;
    }

字符串可以直接加 int 型

4.2 数组拷贝（Arrays.copyof）

代码示例
在这里插入图片描述

方法1： for循环拷贝

    public static void main9(String[] args) {
    
        int[] array = {
    1,2,3,4,5};

        int[] copy = new int[array.length];

        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    
            copy[i] = array[i];
        }
        System.out.println("array[]"+Arrays.toString(array));
        System.out.println("copy[]"+Arrays.toString(copy));

        System.out.println("=========修改后============");
        copy[0] = 88;

        System.out.println("array[]"+Arrays.toString(array));
        System.out.println("copy[]"+Arrays.toString(copy));
    }

方法2：Arrays.CopyOf

Arrays.copyOfRange

    public static void mainCopyOf(String[] args) {
    
        int[] array = {
    1,2,3,4,5};
        int[] copy = Arrays.copyOf(array,array.length*2);
        //int[] copy = Arrays.copyOfRange(array,1,3);//[1,3)
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        System.out.println("=====================");
        System.out.println(Arrays.toString(copy));
    }

方法3：System.arraycopy

    public static void main_arraycopy(String[] args) {
    
        int[] array = {
    1,2,3,4,5};
        int[] copy = new int[array.length];

        /** System.arraycopy 函数参数的意义 * 1、是你要拷贝的数组 * 2、你要从这个数组的哪个下标开始拷贝 * 3、你要拷贝到哪个数组 * 4、你要拷贝到这个数组的哪个位置开始 * 5、你要拷贝多大 */
        System.arraycopy(array,0,copy,0,array.length);

        System.out.println(Arrays.toString(array));
        System.out.println("=====================");
        System.out.println(Arrays.toString(copy));
    }

方法4：array.clone()

    public static void main7(String[] args) {
    
        int[] array = {
    1,2,3,4,5};
        int[] copy = array.clone();//clone():产生对象的一个副本
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        System.out.println("=====================");
        System.out.println(Arrays.toString(copy));
    }

4.2.1 深浅拷贝

深拷贝：

拷贝数组，改变自身的值，不会影响原数组

浅拷贝：

拷贝数组修改自身的值，会影响原数组，也就是，拷贝数组和原数组所指向的地址，都是一个引用

实现自己版本的拷贝数组

在这里插入图片描述

4.3 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
在这里插入图片描述

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

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

在这里插入图片描述

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.
算法思路

第一个for循环，遍历每个位置

第二个for循环，遍历每个位置与下一个位置的大小关系，进行互换，然后遍历到最后面，或者最前面，使得最后面或者最前面，先成为有序数组。

优化，在第一个for和第二个for中，定义一个标识符，如果第二个for中没有互换，那么说明，已经有序，直接结束

    public static void bubbleSort(int[] array) {
    
        //boolean flg = false;
        //i代表的是趟数
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
    
            //j每一趟都从0开始
            boolean flg = false;
            for(int j = 0;j < array.length-1-i;j++) {
    
                if(array[j] > array[j+1]) {
    
                    int tmp = array[j];
                    array[j] = array[j+1];
                    array[j+1] = tmp;
                    flg = true;
                }
            }
            if(flg == false) {
    
                return;
            }
        }
    }

冒泡排序性能较低. Java 中内置了更高效的排序算法

Arrats.sort（数组）

在这里插入图片描述

4.7 数组逆序

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

5. 二维数组(列数可以不同)

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
基本语法

5.1 行数 arr.length

5.2 列数 arr[row].length

数据类型[][] 数组名称 = new 数据类型 [行数][列数] {
     初始化数据 };

代码示例在这里插入图片描述

1. 二维数组，for-each遍历

for (int[] tmp : array) {
    
            for (int x : tmp) {
    
                System.out.print(x+" ");
            }
            System.out.println();
        }