Java数组：没错，不装了我就是书架。

子夜的星2023-10-08 19:35
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嘿！你家有书架吗？想象一下你的书架上摆放了许多书籍📚，现在你想要整理一组相关的书籍，比如一套百科全书或一组小说。你会为这组书籍在书架上留出一个特定的区域，便于集中管理。在Java中，数组就像书架上的一排书籍一样，数组中的每个元素都有一个唯一的位置，我们可以通过索引或位置来访问它们。下面让我们一起学习数组吧。

一、数组的概念

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：下方的书架，每个区域都有自己的编号。就像下图中连在一起的4个书架

  • 数组中存放的元素其类型相同（每个书架上的书籍类型相同）

  • 数组的空间是连在一起的（每个书架都是挨在一起的）

  • 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（每个书架下面都有编号，编号是连续的）

2、数组的创建

java 复制代码 
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

java 复制代码 
String[] chineseNovel = new String[4];

例如这段代码，创建了一个数组类型为字符串类型，数组名叫做中国小说，数组（书架）里面有四个格子。

值得注意的是，一旦创建了数组（书架），就不能再改变它的大小！

在 Java中数组是对象，不是基本数据类型（原生类），大小不可变且连续存储，因为是对象所以存储在堆空间中。
数组长度在创建时就确定了，要改变数组长度只能重新创建新的数组，将原有数组复制到新的数组之中。这也是ArrayList扩容时候的效率低于LinkedList的原因。

java 复制代码 
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

3、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。

Ⅰ、动态初始化

数组的动态初始化是指在创建数组时只指定数组的长度而不提供具体的元素值。这意味着数组的元素在创建时会被赋予默认值，对于数值类型，这个默认值通常为0，对于引用类型（如对象数组），默认值为null。

数据类型 默认值
byte 0
short 0
int 0
long 0L
float 0.0f
double 0.0d
char '\u0000'
boolean false
引用类型 null
java 复制代码 
int[] array = new int[10];

此时，没有给数组赋值，所以开辟的数组空间中的初始值全部为0

Ⅱ、静态初始化

数组的静态初始化是在创建数组时就为数组元素指定具体的初始值。这是通过在声明数组的同时提供数组元素的值的方式来实现的。

换句话说，静态初始化，就你是在买书架的时候，书架上已经放上了对应的书了。

java 复制代码 
T[] 数组名称 = {data1, data2, data3, ..., datan};
java 复制代码 
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[] chineseNovel = new String[]{"三国演义","水浒传","西游记","红楼梦"};

【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[]

二、数组的使用

1、数组中元素的访问

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。

还记得前面的的书架吗？比如我现在要找水浒传，我就可以说：给我中国小说书架上的01号书。

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        String[] chineseNovel = new String[]{"三国演义","水浒传","西游记","红楼梦"};
        System.out.println(chineseNovel[1]);
    }

换成其他的书架也是一样。

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        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

2、数组的遍历

"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）

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        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]);
    }

Ⅰ、for循环遍历

前面的代码确实可以起到对数组中元素遍历的目的，但问题是：

  1. 如果数组中增加了一个元素，就需要增加一条打印语句。
  2. 如果输入中有100个元素，就需要写100个打印语句。
  3. 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。

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        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

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
        for(int i = 0; i < array.length; i++){
            System.out.println(array[i]);
        }
    }

Ⅱ、for-each遍历

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
        for (int x : array) {
            System.out.println(x);
        }
    }

for-each循环（也被称为增强型for循环）是一种简化迭代集合（如数组、List、Set等）

for-each循环提供了一种更简洁、易读的方式来遍历集合元素。

java 复制代码 
for (Type Name : collection) {
 // 代码块
}

Type：表示集合中元素的类型。
Name：是一个临时变量，用于在每次迭代中存储集合中的当前元素。
collection：要遍历的集合。

如果需要处理一个集合中的所有元素，可以用for each循环语句对传统循环语句进行改进。

3、数组的拷贝

Java 中Arrays.copyOf 可以用于复制原数组，返回一个新的数组，并且这个新数组可以选择一个新的长度。

java 复制代码 
int new_array = Arrays.copyOf(array,new_length);
  • array：原数组。
  • new_length：新数组的长度。
  • 如果数组元素是数值型，那么多余的元素将被赋值为0；如果数组元素是布尔型，那么多余元素将被赋值为false
java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        int[] array1 = new int[5];
        for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
            array1[i] = i;
        }
        int[] array2 = Arrays.copyOf(array1,array1.length*2);
        for (int x:array2) {
            System.out.print(x+" ");
        }
    }

三、数组是引用类型

1、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。

  • 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。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。

2、引用类型

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。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。

java 复制代码 
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。这个有点类似C语言中的指针，但是Java中引用要比指针的操作更简单。

3、引用变量

java 复制代码 
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]);
	}
}

引用变量其实就是一个变量，不过他存储的是一个对象的内存地址。

四、数组的应用

1、存储数据

java 复制代码 
public static void main(String[] args) {
    int[] array = {1, 2, 3};
    for(int i = 0; i < array.length; ++i){
    	System.out.println(array[i] + " ");
    }
}

int[] array = {1, 2, 3}; 代表着array里面存着1，2，3 三条数据。

2、作为函数的参数

Ⅰ、参数传数组类型

java 复制代码 
 public static void print(int[] array){
        array[0] = 8;
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            System.out.print(array[i]+" ");
        }
    }


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

发现在print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)

Ⅱ、作函数返回值

java 复制代码 
    public static int[] func(){
        int a = 111;
        int b = 222;
        return new int[]{a,b};
    }
    public static void main(String[] args){
        int[] array = func();
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            System.out.print(array[i]+" ");
        }
    }

例如：写一个方法myToString，传入一个数组的时候以字符串的方式进行打印

java 复制代码 
    public static String myToString(int[] array) {
        if(array==null)
            return "null";
        String s = "[";
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            s+=array[i];
            if(i!= array.length-1)
                s+=",";
        }
        s+="]";
        return s;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
        int[] array2 = null;
        String ret = myToString(array);
        String ret2 = myToString(array2);
        System.out.println(ret);
        System.out.println(ret2);
    }

五、二维数组

二维数组本质上就是一维数组，只不过每个元素又是一个一维数组。这使得我们可以使用行和列的方式来组织和访问数据。

java 复制代码 
数据类型[][] 数组名称 = new 数据类型 [行数][列数] { 初始化数据 };
java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        int[][] arr = {
                {1, 2, 3, 4},
                {5, 6, 7, 8},
                {9, 10, 11, 12}
        };
        for (int row = 0; row < arr.length; row++) {
            for (int col = 0; col < arr[row].length; col++) {
                System.out.printf("%d\t", arr[row][col]);
            }
            System.out.println("");
        }
    }

二维数组的用法和一维数组并没有明显差别。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。

今天就先聊到这里啦，希望看完这篇文章，你能学会Java数组。我们下次再见！

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