JAVA中数组的定义与使用

这个java能不能学了
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1.数组的概念

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的空间。比如现实中的一排车库：

image.png 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
  3. 每个空间有自己的编号，其位置的编号为0，即数组的下标。

1.2数组的创建及初始化

1.2.1 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

 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
1.2.2 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[] 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：

image-20240510180816601-1717252391200-3.png

  • 如果数组中存储元素类型为引用类型，默认值为null

1.3 数组的试用

1.3.1 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.

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

并且，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 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 static void func() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    int[] arr = new int[]{1,2,3};
}

image-20240510220455851.png

image-20240510220455851.png

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。

2.2 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
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 = 10
    num = 0

发现在func方法中修改形参 x 的值, 不影响实参的 num 值 。

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)

3.3 作为函数的返回值

比如：获取斐波那契数列的前N项

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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