6.1 数组的概念
6.1.1 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。
在java中数组有如下特点：
- 数组中存放的元素其类型相同。
- 数组的空间是连在一起的。
- 每个空间都有自己的编号，起始位置的编号为0，即数组的下标。
6.1.2 如何创建数组
T[] 数组名 = new T[N];
int[] arr=new int[6]; //创建一个可以容纳6个int类型元素的数组 String[] array2=new String[3]; //创建一个可以容纳3个字符串元素的数组
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
6.1.3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。
- 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 = new T[]{data1, data2, data3, …, datan};
int[] array={1,2,3,4,5}; //也可以这样写省略后面的new T[] double[] arr={1.1,2.9,3.3};
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};
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[]。
- 如果没有对数组进行初始化，数组中元素有其默认值，默认值为基类类型对应的默认值
如果数组中存储元素类型为基类类型，默认值如下
如果数组中存储为引用类型，默认值为null。
6.1.4 数组的使用
1.数组的访问
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。
例如:
int[] array=new int[]{1,2,3,4,5}; System.out.println(array[0]); //打印1 System.out.println(array[1]); //打印2 System.out.println(array[2]); //打印3 array[0] = 100; //也可以通过这样的方式进行修改 System.out.println(array[0]); //打印数组
== 注意==
- 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。
一个一个写语句遍历太慢我们可以使用循环遍历
在java数组中可以通过 数组对象.length 来获取数组的长度。
例如
int[] array=new int[]{1,2,3,4,5}; for (int i = 0; i < array.length; i++) { System.out.println(array[i]); }
也可以使用for-each 遍历数组
for（元素类型type 元素变量value ：遍历对象obj）{ 引用变量的java语句 }
int[] array = new int[]{1, 2, 3, 4, 5}; for (int x : array) { System.out.println(x); }
6.2 数组是引用类型
6.2.1 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。
- 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。
先做简单了解，后面再详细了解。
6.2.2 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 void func(){ int a=10; int[] arrays={10,20,30，1314}; }
在上述代码中，a 是方法内部的变量，因此其空间在main方法对应的栈帧中分配。
a 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。
arrays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。
6.2.3 引用变量
int[] arr=new int[6]; //创建数组arr，没有给数组元素赋值，即每个元素默认为0 arr[0]=1; //通过下标的方式修改数组元素 arr[1]=3; int[] arr1={1,2,3,4,5}; //创建数组arr1并赋值 arr1[0]=66666; arr1[1]=999; //通过下标的方式修改数组元素 arr=arr1; // 让arr去引用arr1所引用的数组空间，相对于arr与arr1指向同一个数组 System.out.println(arr[0]); //打印66666 System.out.println(arr[1]); //打印999
6.2.4 了解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]); //结果 /*Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException at main.main(main.java:83)*/
6.3 数组的使用场景
1.用来保存数据
public static void main(String[] args) { int[] array = {1, 2, 3}; //简单的就是存储一组类型相同的数据 for(int i = 0; i < array.length; i++){ System.out.println(array[i] + " "); } }
2.做为方法的参数
class main { public static void main(String[] args) { int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5}; Q q=new Q(); q.func(arr); System.out.println("========================"); System.out.println(arr[0]); } } class Q{ public void func(int[] arr) { //可以做为形参传入 for (int i = 0; i < arr.length; i++) { System.out.println(arr[i] + " "); arr[i]+=1; } } }
通过结果我们发现在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.做为方法的返回值
例如：获取斐波那契数列的前N项，直接将结果存入数组
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]); } }
6.4 数组练习
1.数组转字符串
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.
2.数组拷贝
1.方法一
// Array和arr引用的是同一个数组 // 因此Array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}; int[] array; array=arr; array[0]=99; System.out.println(Arrays.toString(arr));
2.方法二
int[] arr={1,2,3,4,5}; int[] array; array=Arrays.copyOf(arr,arr.length); //利用Arrays.copyOf()方法复制 System.out.println(Arrays.toString(array)); array[0]=99; // 因为array修改其引用数组中内容时，对arr没有任何影响 System.out.println(Arrays.toString(arr));
// 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。
3.求数组中元素的平均值
public class test{ public static void main(String[] args) { int[] arr={1,3,4,5,6,2,8,9}; System.out.println(func(arr)); } public static double func(int[] arr){ int num=0; for (int x:arr) { num+=x; } double n=(double)num/(double)arr.length; return n; } }
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。
public class test{ public static void main(String[] args) { int[] arr={1,3,4,56,78,754634,867356,23,520,1414,99}; System.out.println(func(arr, 99)); } public static int func(int[] arr,int x){ for (int i = 0; i < arr.length; i++) { if(arr[i]==x){ return i; } } return -1; //表示没找到 } }
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。
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
public class test { public static void main(String[] args) { int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}; System.out.println(func(arr,9)); } public static int func(int[] arr, int x) { int l=0; int r= arr.length-1; int mid=(l+ r)/2; while (l<=r){ if (mid>x){//去区间左边找 r=mid-1; mid=(l+ r)/2; }else if(mid<x){//去区间右边找 l=mid+1; mid=(l+ r)/2; }else { return mid; } } // 循环结束, 说明没找到 return -1; } }
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
public class test{ public static void main(String[] args) { int[] arr={2,3,1,5,7,4,9}; func(arr); System.out.println(Arrays.toString(arr)); } public static void func(int[] arr){ for (int i = 0; i < arr.length; i++) { for (int j = 0; j < arr.length-1-i; j++) { if(arr[j]>arr[j+1]){ int temp=arr[j]; arr[j]= arr[j+1]; arr[j+1]=temp; } } } } }
冒泡排序性能较低. Java 中内置了更高效的排序算法.(升级序排列）
public static void main(String[] args) { int[] arr = {9, 5, 2, 7}; Arrays.sort(arr); //Arrays.sort(数组名) System.out.println(Arrays.toString(arr)); }
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.
public class test{ public static void main(String[] args) { int[] arr={2,4,5,6,7,8,9}; func(arr); System.out.println(Arrays.toString(arr)); } public static void func(int[] arr){ int l=0; int r= arr.length-1; while (l<r) { int temp=arr[l]; arr[l]=arr[r]; arr[r]=temp; l++; r--; } } }
6.5 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。
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 };
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]); } S ystem.out.println(""); } / / 执行结果 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
二维数组的用法和一维数组并没有明显差别。
