【0基础学Java第六课】-- 数组的定义与使用

水冠72023-11-04 11:11

6 数组的定义与使用

  • [6.1 什么是数组](#6.1 什么是数组)
  • [6.2 数组的创建及初始化](#6.2 数组的创建及初始化)
    • [6.2.1 数组的创建：](#6.2.1 数组的创建：)
    • [6.2.2 数组的初始化](#6.2.2 数组的初始化)
  • [6.3 数组的使用](#6.3 数组的使用)
    • [6.3.1 数组中元素的访问](#6.3.1 数组中元素的访问)
    • [6.3.2 Java中JVM当中的内存划分](#6.3.2 Java中JVM当中的内存划分)
    • [6.3.3 遍历数组](#6.3.3 遍历数组)
  • [6.4 数组是引用类型](#6.4 数组是引用类型)
    • [6.4.1 初始JVM的内存分布](#6.4.1 初始JVM的内存分布)
    • [6.4.2 基本类型变量与引用类型变量的区别](#6.4.2 基本类型变量与引用类型变量的区别)
    • [6.4.3 引用变量](#6.4.3 引用变量)
    • [6.4.4 认识null](#6.4.4 认识null)
  • [6.5 作为函数的参数](#6.5 作为函数的参数)
    • [6.5.1 参数传参基本数据类型](#6.5.1 参数传参基本数据类型)
    • [6.5.2 参数传数组类型（引用数据类型）](#6.5.2 参数传数组类型（引用数据类型）)
  • [6.6 作为函数的返回值](#6.6 作为函数的返回值)
  • [6.7 数组练习](#6.7 数组练习)
    • [6.7.1 数组转字符串](#6.7.1 数组转字符串)
    • [6.7.2 数组拷贝](#6.7.2 数组拷贝)
    • [6.7.3 求数组中元素的平均值](#6.7.3 求数组中元素的平均值)
  • [6.8 查找数组中指定元素(顺序查找)](#6.8 查找数组中指定元素(顺序查找))
  • [6.9 查找数组中指定元素(二分查找)](#6.9 查找数组中指定元素(二分查找))
  • [6.10 数组排序之冒泡排序](#6.10 数组排序之冒泡排序)
  • [6.11 数组的逆序](#6.11 数组的逆序)

6.1 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。

  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。

6.2 数组的创建及初始化

6.2.1 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

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 double[3]; // 创建一个可以容纳3个字符串元素的数组

6.2.2 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。

  1. 动态初始化：在创建数组时，直接指定数组中元素的个数
java 复制代码 
int[] array = new int[10];//里面元素默认为0；
  1. 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};
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[] array3 = new String[]{"hell", "Java", "!!!"};

注意：

  • 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[ ]。
java 复制代码 
// 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", "!!!"};

静态和动态初始化也可以分为两步，但是省略格式不可以。

java 复制代码 
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

java 复制代码 
        //默认是false
        boolean[] array = new boolean[10];
        System.out.println(array[1]);

        //存储元素是String 引用类型，默认值为null
        String[] array3 = new String[10];
        System.out.println("faa");

6.3 数组的使用

6.3.1 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**

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,2,3,4,5};
        System.out.println(array[0]);
        array[0] = 100;
        System.out.println(array[0]);
        // System.out.println(array[5]); // 越界
        
        System.out.println(array.length);//数组的长度

        System.out.println(array);
        int[] array2 = null;
        System.out.println(array2); // 局部变量使用的时候 一定要进行初始化
    }

注意：

  1. 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
  2. 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。

6.3.2 Java中JVM当中的内存划分

6.3.3 遍历数组

** "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**

java 复制代码 
        int[] array = {1,2,3,4};
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            System.out.print(array[i] + " ");
        }
        System.out.println();
        // for-each  如果只是用来遍历程序 如果需要下标 用for循环
        for (int x : array) {
            System.out.print(x + " ");
        }
        System.out.println();

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.

java 复制代码 
        //将数组转化为字符串输出
        String ret = Arrays.toString(array);
        System.out.println(ret);

6.4 数组是引用类型

6.4.1 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：

  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
    蓝色区域==：由所有线程共享的数据区==
    粉色区域==：线程隔离的数据区==
  • 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。

6.4.2 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。

java 复制代码 
        int[] array = {1,2,3,4};//局部变量  引用变量
        int a = 10; //局部变量   基本类型的变量

6.4.3 引用变量

java 复制代码 
    public static void main(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;
        array1[4] = 500;
    }

6.4.4 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.

java 复制代码 
        int[] arr = null;
        //System.out.println(arr[0]);  //报错

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.

6.5 作为函数的参数

6.5.1 参数传参基本数据类型

java 复制代码 
    public static void print(int[] array) {
        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};
        print(array);
    }

6.5.2 参数传数组类型（引用数据类型）

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,2,3,4};
        func1(array);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        func2(array);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
    public static void func1(int[] array) {
        array = new int[]{11,22,33,44,55};
    }
    public static void func2(int[] array) {
        array[0] = 99;
    }

调用func1时：

调用func2：

注意：其实Java只有一种传参数的方法--就是传值

  • 引用变量当中存的是"地址"
  • 引用指向对象

6.6 作为函数的返回值

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        int[] ret = func5();
        System.out.println(Arrays.toString(ret));
    }
    public static int[] func5() {
        int[] array = {1,2,3,4};
        return array;
    }

6.7 数组练习

6.7.1 数组转字符串

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,2,3,4};
        String ret = myToString(array);
        System.out.println(ret);
    }
    public static String myToString(int[] array) {
        if (array == null) {
            return null;
        }
        String ret = " ";
        System.out.print("[");
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            ret += array[i];
            if (i != array.length - 1) {
                ret += ",";
            }
        }
        ret += "]";
        return ret;
    }

6.7.2 数组拷贝

使用copyOf（）

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,2,3,4};
        //拷贝array数组  长度为array.length
        int[] copy = Arrays.copyOf(array,array.length);

        System.out.println(Arrays.toString(copy));
    }

** 数组扩容**

java 复制代码 
        //数组扩容
        int[] array = {1,2,3,4};
        array = Arrays.copyOf(array,array.length*2);
        // array  指向了 新的数组空间
        System.out.println(array);
    }

打印部分内容 Array.copyOfRange(原数组，from，to) [from,to)

java 复制代码 
    //打印部分内容
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,2,3,4,5};
        int[] copy = Arrays.copyOfRange(array,1,3);  // [1,3)
        System.out.println(Arrays.toString(copy));
    }

** System.arraycopy()**

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        // 用 System.arraycopy()
        int[] array = {1,2,3,4,5};
        int[] dest = new int[array.length];
        System.arraycopy(array,0,dest,0,array.length);
        System.out.println(Arrays.toString(dest));
    }

** array.clone()**

也可以实现拷贝

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,2,3,4,5};
        int[] copy = array.clone();
        System.out.println(Arrays.toString(copy));
    }

6.7.3 求数组中元素的平均值

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,2,3,4,5,6};
        System.out.println(avg(array));
    }
    public static double avg(int[] arr) {
        int sum = 0;
        for (int x:arr) {
            sum += x;
        }
        return (double)sum / (double)arr.length;
    }

6.8 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.

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,2,3,44,5};
        System.out.println(find(array,2));
    }
    public static int find(int[] arr,int key) {
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            if (arr[i] == key) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

6.9 查找数组中指定元素(二分查找)

** 使用二分查找的前提是有序数组**

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

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,2,31,14,5};
        Arrays.sort(array);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        System.out.println(binarySearch(array,14));
    }

    public static int binarySearch(int[] array,int key) {
        int i = 0;
        int j = array.length - 1;
        while (i <= j) {
            int mid = (i+j) / 2;
            if (array[mid] < key) {
                i = mid + 1;
            } else if ( array[mid] == key) {
                return i;
            } else {
                j = mid - 1;
            }
        }
        return -1;
    }
//结果 为 3

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.

6.10 数组排序之冒泡排序

算法思路：
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

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,12,31,4,5};
        bubbleSort(array);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        //5个数据 比较4趟  i 代表的是趟数
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
            boolean flag = 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;
                    flag = true;
                }
            }
            if (flag == false) {
                return;  //说明已经有序了
            }
        }
    }

6.11 数组的逆序

java 复制代码 
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,2,31,14,5};
        reverse(array);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
    public static void reverse(int[] array) {
        int i =0;
        int j = array.length - 1;
        while (i < j) {
            int tmp;
            tmp = array[i];
            array[i] = array[j];
            array[j] = tmp;
            i++;
            j--;
        }
    }
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