今天来学习Java数组的定义与使用

1 数组的基本概念

1.1 数组的意义

假设现在要存5个学生的javaSE考试成绩，并对其进行输出，
按照之前掌握的知识点，我么会写出如下代码：

    public static void main(String[] args) {int score1 = 60;int score2 = 56;int score3 = 46;int score4 = 96;int score5 = 76;System.out.println(score1);System.out.println(score2);System.out.println(score3);System.out.println(score4);System.out.println(score5);}

上述代码没有任何问题，但不好的是：如果有20名同学成绩呢，
需要创建20个变量吗？有100个学生的成绩那不得要创建100个变量。
仔细观察这些学生成绩发现：所有成绩的类型都是相同的，
那Java中存在可以存储相同类型多个数据的类型吗？。

1.2 数组的定义

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。比如现实中的车库

在java中，包含6个整形类型元素的数组，就相当于上图中连在一起的6个车位，从上图中可以看到：

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。
   那在程序中如何创建数组呢？

1.3 数组的创建及初始化

1.3.1 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

    public static void main(String[] args) {int[] array1 = new int[10];double[] array2 = new double[5];String[] array3 = new String[3];}

1.3.2 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

int[] array1 = 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

 T[] 数组名称 = {data1, data2, data3, ..., datan};

【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[]。

        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[]{"shuxing","yongyexinghe","lingmiaomiao"};

数组也可以按照如下C语言个数创建，不推荐

		// 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 = {1.0,1.7,5.31,10.17,10.31};String[] array3 = {"shuxing","yongyexinghe","lingmiaomiao"};

静态和动态初始化也可以分为两步，但是省略格式不可以。

/*
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};

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：

1.4 数组的使用

1.4.1 数组中的元素访问

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[] array1 = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};System.out.println(array1[0]);System.out.println(array1[3]);System.out.println(array1[7]);System.out.println(array1[9]);System.out.println(array1[2]);System.out.println();// 也可以通过[]对数组中的元素进行修改array1[0] = 1017;System.out.println(array1[0]);

【注意事项】

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。

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: 100at 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

1.4.2 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。

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])

上述代码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。

        int[] array1 = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};for(int i = 0;i < 10;i++){System.out.println(array1[i]);}

运行结果

注意：在数组中可以通过 数组对象.length 来获取数组的长度

    public static void main(String[] args) {int[]arr = new int[]{10,17,10,31};for(int i = 0;i <arr.length;i++){System.out.println(arr[i]);}

运行结果

也可以使用 for-each 遍历数组

        int[]array = new int[]{10,17,10,31};for(int i:array){System.out.println(i);}

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.

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：

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，
5. 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。

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 基本类型变量和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 再谈引用类型

   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]);}
}

2.4 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.

int[] arr = null;
System.out.println(arr[0]);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
at Test.main(Test.java:6)

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 数组的应用场景

3.1 保存数据

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

3.2 作为函数的参数

参数传数组类型（引用数据类型）、基本数据类型

    public static void func1(int[] array){array = new int[]{10,17,10,31};System.out.println(array[2]);}public static void func2(int a){a = 19;System.out.println(a);}public static void main(String[] args) {int[] array1 = new int[]{53,36};func1(array1);int num = 10;func2(num);System.out.println("num:"+num);System.out.println("array1[0]:"+array1[0]);}

运行结果

发现在func方法中修改形参 a 的值, 不影响实参的 num 值.
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).

3.2 作为函数的返回值

获取斐波那契数列的前N项
后一项等于前两项之和，第一项和第二项为1

    public class TestArray{public static int[] fib(int n){if(n <= 0){return null;}int[] array = new int[n];array[0] = 1;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 = TestArray.fib(10);
//        int[] array1 = new int[]{10,17};for (int i =0;i< array.length;i++){System.out.println(array[i]);}}

运行结果

总结

认识了数组的基本知识（概念，特性，作用），了解了数组再内存中的调用，会运用数组进行一些计算（获取斐波那契数的每一项）

今天我们对数组的定义与使用的学习就到这里了，如果感觉不错，希望可以给博主点个赞或者关注，感谢大家的支持，成为我继续分享的动力，还有什么问题和建议可以在评论区评论，拜拜。