初始Java篇（JavaSE基础语法）（4）（数组）（万字详解版）

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数组的创建及初始化

数组的创建

数组的初始化

数组的使用

遍历数组

数组是引用类型

基本类型变量与引用类型变量的区别

引用变量

认识 null

数组的应用场景

保存数据（最基本的功能）

作为函数的参数

参数传基本数据类型

参数传数组类型(引用数据类型)

作为方法的返回值

数组练习

1. 数组转字符串+排序（实现最快打印数组内容）

2. 数组逆序

3. 在数组中查找指定元素

4. 数组拷贝

5. 二维数组

数组的概念：数组是一组相同类型的元素的集合。在内存中是一段连续的空间。

数组的创建及初始化

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

数组的创建

一般有三种方式：

//创建数组并且初始化
int[] array = new int[]{1,2,3,4,5};//完整版
int[] array = {1,2,3,4,5};//简化版
//创建数组不初始化
int[] array = new int[10];
//int[] array = new int[n];//通过对n的改变来实现数组的变长变短（类似C语言中的变长数组）

注意[ ]里不需要给值，如果给了值，反而会报错。

上面是和C语言不一样的，但是有一种创建是和C语言一样的创建方法。

int array[] = {1,2,3,4,5};//这个是不推荐的

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。

int[] array = new int[]{1,2,3,4,5};
//两者都是可以的
//虽然省去了new int[], 但是编译器编译代码时还是会还原
int[] array = {1,2,3,4};

· 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。

· 当使用动态初始化的方式时，是不可以往[ ]里放数字的，因为如果没有对数组进行初始化，数组中元素有其默认值（下面会介绍）。

· 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};//error

如果数组中存储元素类型为基本类型且未被初始化，则默认值为基本类型对应的默认值。如下表：

类型	默认值
byte	0
short	0
int	0
long	0
float	0.0f
double	0.0
char	/u0000
boolean	false

如果数组中存储元素类型为引用类型，默认值为null。

数组的使用

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。

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]);

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

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]);

int[] array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
for(int i = 0; i < 5; i++){System.out.println(array[i]);
}

上面两种方式都可以实现打印，很明显第一种比较复杂。

数组的长度怎么获取呢？C语言中是用sizeof操作符来求。Java中则是直接用数组名.length 来求数组名长度的。

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。for-each也叫增强数组。

int[] array = {1, 2, 3};
//冒号右边放数组名，冒号左边创建一个数组元素类型的变量
for (int x : array) {System.out.println(x);
}

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。

for-each的优点：比较方便。

for-each的缺点：不能够随机访问数组元素。（没有下标，除非用计数器来实现）

数组是引用类型

JVM中有几块区域包括但不限于虚拟机栈，堆。JVM是Java虚拟机。

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。

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。

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。简而言之：我们可以把引用类型理解为C语言里的指针类型。

public static void func() {int a = 10;int b = 20;int[] array = 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元素地址。

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。

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]);}
}

因此最终输出的结果就是100 200 300 400 500 。上面那句话用Java解释就是array1这个引用指向了 array2这个引用所指向的对象。从而通过array1修改array2这个引用所指向的对象了。注意：在Java中当一个对象没有引用指向时，那么这个对象就会被操作系统回收（和C语言不同，C语言需要free后再置为NULL）。（用空格分开了，便于理解）

认识 null

null 在 Java 中表示 "空引用" , 也就是这个引用不指向任何对象。

int[] arr = null;
System.out.println(arr[0]);//error

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（字面翻译而已，并不是说明Java中有指针这个概念））的错误。

注意: Java 中并没有约定 null 和 0 号地址的内存有任何关联，而C语言中规定0的地址就是NULL。

数组的应用场景

保存数据（最基本的功能）

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

可以把数据保存在数组中。

作为函数的参数

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);
}

我们发现在func方法中修改形参 x 的值, 不影响实参的 num 值。类似C语言里的传值调用，改变形参的值不影响实参的值。因为形参是实参的一份临时拷贝。

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]);
}

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。

public class Test {public static void main(String[] args) {int[] array = new int[]{1,2,3,4};func1(array);for (int x: array) {System.out.print(x+" ");}System.out.println("\n");func2(array);for (int x: array) {System.out.print(x+" ");}}public static void func1(int[] array){array[0] = 90;}public static void func2(int[] array){array = new int[]{1,2,3,4,5};}
}//打印结果：90 2 3 4 
//
//         90 2 3 4

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)。

作为方法的返回值

public class Test {public static void main(String[] args) {int[] ret = new int[4];ret = func(ret);for (int x : ret) {System.out.print(x+" ");}}public static int[] func(int[] array){for (int i = 0; i < array.length; i++) {array[i] = i+1;}return array;}
}

练习：获取斐波那契数列的前N项。

public class Test {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) {Scanner scanner = new Scanner(System.in);int n = scanner.nextInt();int[] ret = new int[n];ret = fib(n);for (int x : ret) {System.out.print(x+" ");}}
}

数组练习

1. 数组转字符串+排序（实现最快打印数组内容）

介绍一个Java中最快打印数组的方法。

用Arrays.toString（）这个方法来直接实现。

//ret是字符串类型，array是一个要转换的数组
String ret = Arrays.toString(array);

public class Test {public static void main(String[] args) {int[] array = new int[]{1,2,3,4};//把数组array的内容转换为字符串，以字符串的方式返回String ret = Arrays.toString(array);System.out.println(ret);}    
}

还有一个方法可以排序数组：Arrays.sort（）。

//array是要被排序的数组（默认排升序）
array.sort(array);

public class Test {public static void main(String[] args) {int[] array = new int[]{4,3,2,1};String ret = Arrays.toString(array);System.out.println("排序前："+ret);Arrays.sort(array);ret = Arrays.toString(array);System.out.println("排序后："+ret);}
}

从结果来看是排成升序的。

我们现在可以尝试来模拟实现Arrays.toString（）。

public class Test {public static void main(String[] args) {int[] array = new int[]{4,3,2,1};String ret = arraysMyToString(array);System.out.println(ret);}public static String arraysMyToString(int[] array){if(array == null){return "null";}if(array.length == 0){return "[]";}//上面两个都是根据标准的Arrays.toString()来模拟的String ret = "[";//最左边for (int i = 0; i < array.length; i++) {ret += array[i];//最后一个数据后面不需要加逗号if(i != array.length-1){ret += ",";}}ret += "]";//最右边return ret;}
}

我们再来模拟实现 Array.sort（）。

public class Test {public static void main(String[] args) {int[] array = new int[]{4,3,2,1};arraysMySort(array);//用C语言里我们学过的冒泡排序的思想来实现String ret = arraysMyToString(array);System.out.println(ret);}public static void arraysMySort(int[] array){if(array == null){return ;}//趟数for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {//每一趟要比较的内容int flag = 1;//假设已经有序for (int j = 0; j < array.length-1-i; j++) {//开始比较（根据我们自己的需要——>升序）if(array[j] > array[j+1]){flag = 0;//如果交换了，就说明还不是有序的int tmp = array[j];array[j] = array[j+1];array[j+1] = tmp;}}//如果一次也没有交换，就说明已经有序了，就不需要比较了if(flag == 1){break;}}}public static String arraysMyToString(int[] array){if(array == null){return "null";}if(array.length == 0){return "[]";}//上面两个都是根据标准的Arrays.toString()来模拟的String ret = "[";//最左边for (int i = 0; i < array.length; i++) {ret += array[i];//最后一个数据后面不需要加逗号if(i != array.length-1){ret += ",";}}ret += "]";//最右边return ret;}
}

如果对上面冒泡排序的思想不是很理解的小伙伴，可以取看看下面这篇文章。深入解剖指针篇（2）-CSDN博客

Java 中提供了 java.util.Arrays 包, 其中包含了一些操作数组的常用方法，而这些方法我们直接拿过来用就行了，类似于C语言提供的库函数。

2. 数组逆序

给定一个数组, 将里面的元素逆序排列（注意不是简单的把数组逆序输出，而是逆序改变数组的内容）。

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，直至两个下标相遇，循环就停止了。

public class Test {public static void main(String[] args) {//数组逆序int[] array = new int[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};reverseArray(array);String ret = Arrays.toString(array);System.out.println(ret);}public static void reverseArray(int[] array){int i = 0;int j = array.length-1;//写成i<=也是可以的，但是没必要。当i和j指向同一个数组下标时，再去交换也不会产生任何变化while(i < j){int tmp = array[i];array[i] = array[j];array[j] = tmp;i++;j--;}}
}

3. 在数组中查找指定元素

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。有两种方法来解决：1. 暴力查找（遍历数组） 2. 二分查找。要注意的是：一定是要数组有序，才可以用二分查找；但是暴力查找不需要数组有序。

1. 暴力查找

public class Test {public static void main(String[] args) {int[] array = new int[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};Scanner scanner = new Scanner(System.in);int target = scanner.nextInt();//如果找到了，就返回目标数在数组中的下标；找不到，就返回-1int ret = arraySearchNum(array, target);if(ret == -1){System.out.println("找不到："+target);}else {System.out.println("找到了，"+target+"在数组中的下标是："+ret);}}public static int arraySearchNum(int[] array, int target){for (int i = 0; i < array.length; i++) {if(array[i] == target){return i;}}return -1;}
}

2. 二分查找

public class Test {public static void main(String[] args) {int[] array = new int[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};Scanner scanner = new Scanner(System.in);int target = scanner.nextInt();int ret = arraySearchNum(array, target);if(ret == -1){System.out.println("找不到："+target);}else {System.out.println("找到了，"+target+"在数组中的下标是："+ret);}}public static int arraySearchNum(int[] array, int target){int left = 0;int right = array.length-1;while(left <= right){int num = (left + right) / 2;if(array[num] < target){left = num+1;}else if(array[num] > target) {right = num-1;}else {return num;}}return -1;}
}

注意二分查找也有类似C语言库函数的实现。

4. 数组拷贝

public class Test {public static void main(String[] args) {int[] array = new int[]{1,2,3,4,5};int[] arraycopy = new int[array.length];for (int i = 0; i < array.length; i++) {arraycopy[i] = array[i];}System.out.println(Arrays.toString(arraycopy));}
}

用类似C语言库函数的方法。

public class test {public static void main(String[] args) {int[] array = new int[]{1,2,3,4,5};//                         被拷贝的数组    要拷贝的长度（可以实现扩容）int[] ret = Arrays.copyOf(array, array.length*2);System.out.println(Arrays.toString(ret));}
}

这个返回值是一个数组。

还可以实现范围拷贝。

public class Test {public static void main(String[] args) {int[] array = new int[]{1,2,3,4,5};//  from：开始拷贝的初始下标    被拷贝的数组   to：拷贝到的末位置//  [0,3)——>也就是拷贝0，1，2int[] ret = Arrays.copyOfRange(array, 0,3);System.out.println(Arrays.toString(ret));}
}

5. 二维数组

数据类型[][] 数组名称 = new 数据类型 [行数][列数] { 初始化数据 };

二维数组的创建：

public class Test {public static void main(String[] args) {int[][] array1 = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6}};int[][] array2 = {{1,2,3},{4,5,6}};//上面的简化int[][] array3 = new int[2][3];int[][] array4 = new int[2][];//列可以省略（不规则二维数组）//下面是错误的初始化方式(或者创建方式)//int[][] array4 = new int[][]{1,2,3,4,5,6};(简化也不行)//int[][] array5 = new int[][3];(行不可以省略)}
}

二维数组的打印：

public class Test {public static void main(String[] args) {int[][] array = new int[][]{{1,2,3},{4,5,6}};for (int i = 0; i < 2; i++) {for (int j = 0; j < 3; j++) {System.out.print(array[i][j]+" ");}System.out.println();}}
}

我们可以用下面这张图来理解二维数组与一维数组的关系：二维数组中存放的是一维数组的地址，也就是说可以通过二维数组当中的元素来找到其所指向的对象（也就是一维数组）。

那么下面这段代码执行的结果是什么呢？

public class Test {public static void main(String[] args) {int[][] array = new int[][]{{1,2,3}, {4,5,6}};System.out.println(array);System.out.println(array[0]);System.out.println(array[1]);}
}

根据我们前面的理解：代码最终是打印三个地址。因为array是一个引用变量（也就是地址），因此就是打印地址。而array[0] 是二维数组中的一个元素（也就是一个一维数组），又因为二维数组中存放的是一维数组的地址，因此array[0] 与 array[1] 都是一个地址。

还记得我们前面学习求数组长度吗？使用：数组名 . length ，而这个数组名就是一个引用。那么我们是不是也可以用前面的代码来这样求数组长度呢？答案是可以的。如下图所示：

因此，打印二维数组也就有了一个新的方法。

public class Test {public static void main(String[] args) {int[][] array = new int[][]{{1,2,3}, {4,5,6}};//                 二维数组的长度for (int i = 0; i < array.length; i++) {//                        一维数组的长度for (int j = 0; j < array[i].length; j++) {System.out.print(array[i][j]+" ");}System.out.println();}}
}

当然还有一种是for-each 的打印。（不记得怎么使用for-each的小伙伴可以去本文前面看看）

public class Test {public static void main(String[] args) {int[][] array = new int[][]{{1,2,3}, {4,5,6}};//二维数组的元素  二维数组的数组名for (int[] ret : array) {// 一维数组的元素  一维数组的数组名for (int x : ret) {System.out.print(x+" ");}System.out.println();}}
}