Java——数组的定义与使用

目录

一.数组的基本概念

1.什么是数组

2.数组的创建及初始化

3.数组的使用

二.数组是引用类型

1.初始JVM的内存分布

2.基本类型变量与引用类型变量的区别  

3.再谈引用变量

4.认识 null

三.数组的应用场景

1.保存数据

2.作为函数的参数

2.1参数传基本数据类型

2.2参数传数组类型(引用数据类型)

2.3作为函数的返回值

一.数组的基本概念

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。比如现实中的车库:

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( 内存是连续的
(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。

2.数组的创建及初始化

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
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
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[] array = 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
语法格式: T[] 数组名称 = {data1, data2, data3, ..., datan};
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[]
// 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", "!!!"};
  • 数组也可以按照如下C语言个数创建,不推荐
/*
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};
  •  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};
  •  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

3.数组的使用

数组中元素访问
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[]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
(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: 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.
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,有三种方法,for循环,for each,Arrays.toString
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[]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 3 问题可以全部解决,但是无法解决问题 1
注意: 在数组中可以通过 数组对象 .length 来获取数组的长度
int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
for(int i = 0; i < array.length; i++){System.out.println(array[i]);
}
也可以使用 for-each 遍历数组
int[] array = {1, 2, 3};
for (int x : array) {System.out.println(x);
}

for-each 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,这个循环获取不到下标

二.数组是引用类型

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
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。比如:

 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
  • (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
  • 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. 方法编译出的的字节码就是保存在这个区域

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;
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,abarr,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。

3.再谈引用变量

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]);}
}

其中①java会自动回收

注意:

  • int [ ]arr=null代表arr这个引用不指向任何的对象
  • 引用指向的是对象
  • 一个引用不可能同时指向多个对象

 

4.认识 null

null 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)
空指针异常
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.(空指针异常
注意: Java 中并没有约定 null 和 0 号地址的内存有任何关联.

三.数组的应用场景

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] + " ");}
}

2.作为函数的参数

2.1参数传基本数据类型

public static void main(String[] args) {int num = 0;func(num);System.out.println("num = " + num);
}
public static void func(int x) {x = 10;System.out.println("x = " + x);
}
// 执行结果x = 10num = 0
发现在 func 方法中修改形参 x 的值 , 不影响实参的 num .

2.2参数传数组类型(引用数据类型)

public static void main(String[] args) {int[] arr = {1, 2, 3};func(arr);System.out.println("arr[0] = " + arr[0]);
}
public static void func(int[] a) {a[0] = 10;System.out.println("a[0] = " + a[0]);
}
// 执行结果
a[0] = 10
arr[0] = 10
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 ).

2.3作为函数的返回值

比如:获取斐波那契数列的前N

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]);}}
}

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