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Java 数组详解

数组是 Java 中最基础、最重要的数据结构之一，它用于存储固定大小 的同类型元素的有序集合。

1. 数组的核心特性

• 长度固定：一旦创建，数组容量不可改变。
• 类型一致：所有元素必须是相同的数据类型（基本类型或引用类型）。
• 连续内存：元素在内存中按顺序紧密排列，访问速度快。
• 索引从 0 开始 ：第一个元素的索引是 0，最后一个元素的索引是 length - 1。

2. 声明数组

声明数组时只需指定元素类型和数组名，不分配内存。

// 推荐写法
int[] arr1;
double[] arr2;
String[] arr3;

// 不推荐但合法的写法（C/C++风格）
int arr4[];

3. 创建数组（分配内存）

使用 new 关键字分配固定大小的数组，元素会被赋予默认值（数值类型为 0，boolean 为 false，引用类型为 null）。

int[] arr = new int[5];   // 创建一个能存5个int的数组，默认值均为0

4. 初始化数组

• 静态初始化：创建时直接指定元素值，长度由编译器自动计算。

  int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
  String[] names = new String[]{"Alice", "Bob", "Charlie"};

• 动态初始化：先创建数组，之后单独为每个元素赋值。

  int[] arr = new int[3];
  arr[0] = 10;
  arr[1] = 20;
  arr[2] = 30;

5. 访问与修改元素

通过索引访问元素，索引必须在 [0, length-1] 范围内，否则抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException。

int[] arr = {1, 2, 3};
int first = arr[0];   // 1
arr[1] = 99;          // 修改第二个元素为99

6. 数组的长度属性

每个数组都有一个 length 属性（注意不是方法），用于获取数组容量。

int size = arr.length;   // 返回数组的长度

7. 遍历数组

• 普通 for 循环：可控制索引。

  for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
      System.out.println(arr[i]);
  }

• 增强 for 循环（for-each）：简洁，但不能获取索引，也不能修改元素值。

  for (int num : arr) {
      System.out.println(num);
  }

• 使用 java.util.Arrays.toString：快速打印数组内容。

  System.out.println(Arrays.toString(arr));

8. 多维数组

Java 中的多维数组本质上是"数组的数组"。例如二维数组可以看作一个一维数组，其每个元素又是一个一维数组。

// 创建并初始化
int[][] matrix = {
    {1, 2, 3},
    {4, 5, 6},
    {7, 8, 9}
};

// 动态创建（3行4列）
int[][] table = new int[3][4];

// 不规则数组（每行长度可以不同）
int[][] ragged = new int[3][];
ragged[0] = new int[2];
ragged[1] = new int[3];
ragged[2] = new int[1];

// 访问元素
int val = matrix[1][2];   // 6

9. 数组工具类 java.util.Arrays

Java 提供了丰富的静态方法方便操作数组：

方法	说明
Arrays.toString(arr)	返回数组的字符串表示
Arrays.sort(arr)	对数组进行升序排序
Arrays.binarySearch(arr, key)	二分查找（数组必须已排序）
Arrays.fill(arr, val)	将数组所有元素填充为 val
Arrays.copyOf(arr, newLength)	复制数组，可改变长度
Arrays.equals(arr1, arr2)	比较两个数组是否相等
Arrays.deepToString(arr2d)	打印多维数组

int[] arr = {3, 1, 4, 1, 5};
Arrays.sort(arr);                 // [1, 1, 3, 4, 5]
int index = Arrays.binarySearch(arr, 3); // 2
int[] copy = Arrays.copyOf(arr, 10);      // 扩容，多出位置补0

10. 数组的局限与替代方案

• 缺点：长度固定，无法动态增删元素；插入/删除操作效率低（需要移动元素）。
• 替代方案 ：java.util.ArrayList 实现了可变长度的动态数组，提供了更丰富的方法（add、remove、contains 等）。

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(10);
list.add(20);
list.remove(0);

11. 注意事项

• 数组变量是引用类型，赋值时只复制引用，不复制元素（浅拷贝）。
• 使用 = { ... } 静态初始化只能在声明语句中直接使用。
• 方法可以返回数组，作为参数传递时，方法内对数组元素的修改会影响原始数组。
• 多维数组中，每个子数组可以长度不同，称为"不规则数组"或"锯齿数组"。

12. 经典示例：查找与统计

int[] scores = {88, 72, 93, 66, 85};
int sum = 0, max = scores[0];
for (int score : scores) {
    sum += score;
    if (score > max) max = score;
}
double average = (double) sum / scores.length;
System.out.printf("平均分: %.2f, 最高分: %d", average, max);

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