Java 数组的定义与使用

1. 数组的基本概念

     1.1 什么是数组?

                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。相当于一个车库.

                由此我们可以看出:

                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。

        1.2 数组的创建方式

                1.2.1 数组的创建

                        数据类型[] 数组名 = new 数据类型[数组长度]

                1.2.2 数组创建的三种方式

       //TODO 创建数组的三个方式
        int[] array = {1,2,3,4};
        int[] array1 = new int[]{12,34};
        //new是一个关键字 一般用来new对象,数组就是一个对象
        //数组
        int[] array2 = new int[10];//分配了一个大小为10的内存,里面没初始化的话,默认里面的值是0
        System.out.println(array[0]);
        System.out.println(array[1]);
        System.out.println(array[2]);
        System.out.println(array[3]);
//        System.out.println(array[-1]);//数组下标越界异常

              1.2.3 遍历数组的俩种方式

                        补充:数组名.length是求数组的长度

        //TODO 创建数组的三个方式
        int[] array = {1,2,3,4};
        int[] array1 = new int[]{12,34};
        //new是一个关键字 一般用来new对象,数组就是一个对象
        //数组
        int[] array2 = new int[10];//分配了一个大小为10的内存,里面没初始化的话,默认里面的值是0
        System.out.println(array[0]);
        System.out.println(array[1]);
        System.out.println(array[2]);
        System.out.println(array[3]);
//        System.out.println(array[-1]);//数组下标越界异常
        //TODO 求数组长度 数组名.length
        System.out.println(array.length);
        //可以自定义数组长度
        int n = 10;
        int[] a1 = new int[n];

                1> 单纯使用for

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

                2> 使用for each

   public static void main(String[] args) {
        //数组是引用类型
        int[] arr = null;
        System.out.println(arr);
        //TODO 数组的遍历
        int[] a1 = {1,2,3,4};
        for(int x : a1) {//遍历这个数组的时候,把数组的元素赋值给x,并进行打印
            System.out.print(x + " ");
        }
        for (int i = 0; i < a1.length;i++){
            System.out.print(a1[i] + " ");
        }
    }

2. 数组是引用类型

        2.1 初始JVM的内分部

                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对于使用的内存按照功能进行了划分

• 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
• 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

        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；

        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。

        2.3 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]);
}
}

如下图所视:

        2.4 认识null

                null在java中表示"空引用",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)

3.数组的应用场景

        3.1 作为函数的参数

                1. 参数传基本类型

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

                2. 参数传数组类型

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

        3.2 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;
} in
t[] array = new int[n];
array[0] = array[1] = 1;
for(int i = 2; i < n; ++i){
array[i] = array[i-1] + array[i-2];
} r
eturn array;
}
public static void main(String[] args) {
int[] array = fib(10);
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
System.out.println(array[i]);
}
}
}

4. 数组练习

        4.1 把数组作为字符串进行输出和数组排序

                使用Arrays.toString(数组名)把数组作为字符串进行输出

                使用Arrays.sort(数组名)把数组进行排序

     int[] array = {31,23,3,4,34};
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        //TODO 数组排序
        //区间排序
        Arrays.sort(array,0,2);//[0,2)
        System.out.println(Arrays.toString(array));

        Arrays.sort(array);
        System.out.println(Arrays.toString(array));

        4.2 判断俩个数组内容是否一致和填充数字

                        使用Arrays.equals(数组1,数组2)把数组1和数组2进行比较

                        使用Arrays.fill(数组名,填充数字)把数组进行数字填充

    //TODO 判断俩个数组的内容一样不

        int[] array1 = {1,2,3,4};
        int[] array2 = {1,2,3,4};
        System.out.println(Arrays.equals(array1, array2));//返回值是boolen
        //TODO 填充数字
        int[] array = new int[10];
        Arrays.fill(array,0,3,8);//[0,3)这个玩意就是部分填充
        System.out.println(Arrays.toString(array));

        4.3 数组的拷贝

                        使用Arrays.copyOf(要复制的数组名,数组长度)来对数组进行拷贝(返回一个新的数组)

int[] array = {1,2,3,4};
        int[] array1 = Arrays.copyOf(array,array.length*2);//二倍扩容
        System.out.println(Arrays.toString(array1));
        //区间拷贝
        int[] copy = Arrays.copyOfRange(array,0,3);//新造了一个数组
        System.out.println(Arrays.toString(copy));

        4.4 二分查找

                思想: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：

                1. 如果相等，即找到了返回该元素在数组中的下标

                2. 如果小于，以类似方式到数组左半侧查找

                3. 如果大于，以类似方式到数组右半侧查找                   

    public static int binarySearch(int[] array,int key) {
        int i = 0;
        int j = array.length -1;
        while (i <= j) {
            int mid = (i+j)/2;
            //如果mid下标的值小于key则是右半区
            if(array[mid] < key) {
                i = mid + 1;
                //如果相等,说明找到了
            }else if(array[mid] == key) {
                return mid;
            }else {//不然就是左半区域
                j = mid - 1;
            }
        }
        return -1;//没有找到
    }

        java内置的二分查找:

                Arrays.binarySearch(数组名,查找元素)

        int[] array = {1,2,5,8,9,44,90};
//        System.out.println(binarySearch(array, 9));
        //TODO 在Arrays工具类里面也有一个binarySearch
        System.out.println(Arrays.binarySearch(array, 90));

        4.5 冒泡排序

                思想: 假设排升序：

                1. 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

                2. 依次从上上述过程，直到数组中所有的元素都排列好

    public static void bubbleSort(int[] array) {
        //i代表趟数
        for(int i = 0 ; i < array.length - 1; i++) {
            //每次比上一次的少一次
            boolean flag = false;//如果没有交换则说明已经排好序了
            for (int j = 0 ; j < array.length - 1 - i ;j++){
                if(array[j] > array [j+1]) {
                    int tep = array[j];
                    array[j] = array[j+1];
                    array[j+1] = tep;
                    flag = true;
                }
                if(flag == false) {
                    return ;
                }
            }
        }
    }

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.

        基本写法:数据类型[][] 数组名称 = new 数据类型 [行数][列数] { 初始化数据 }

        注意: 二维数组名.length表示的是二维数组行的长度

                二维数组名[0].length表示的是二维数组第一行列的长度

                二维数组名[0]存的是第一行一维数组的首个元素的地址

  public static void main(String[] args) {
        //定义
        int[][] array = {{1,2,3},{4,5,6}};//2行3列
        int[][] array2 = new int[][]{{1,2,3},{3,4,5}};
        int[][] array3 = new int[2][];//可以不写列
        System.out.println(array3[0]);
        array3[0] = new int[]{1,2};
        array3[1] = new int[]{3,4,5};
        System.out.println(array3[0]);
        System.out.println("行" + array.length);
        System.out.println("列" + array[0].length);//每个行下表存的就是一维数组的地址
        //遍历
        for(int i = 0;i < array.length;i++) {
            for (int j = 0;j <array[0].length;j++) {
                System.out.print(array[i][j] + " ");
            }
        }
        //二维数组的打印
        System.out.println(Arrays.deepToString(array));
        for(int[] temp : array){
            for (int x : temp) {
                System.out.print(x+" ");
            }
            System.out.println();
        }

    }
//执行结果:
null
[I@1540e19d
行2
列3
1 2 3 4 5 6 [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
1 2 3 
4 5 6