Java基础---数据、查找、排序-优快云博客

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1 为什么需要数组

1.1 数组介绍

定义：数组是一种基本的数据结构，用于存储固定大小的相同类型的元素序列。
特点：
- 类型固定：数组中的所有元素都必须是相同类型的。
- 连续内存：数组元素在内存中是连续存储的，这使得访问速度快。
- 索引访问：可以通过索引快速访问任何一个元素。
- 固定大小：数组的大小在声明时确定，之后不能改变（单维数组）。
用途：
- 存储和管理大量相同类型的数据。
- 实现算法，如排序、搜索等。
- 作为函数参数传递数据集合。

1.2 数组快速入门

声明数组：
- int[] myArray; 声明一个整型数组。
- double[] prices = new double[10]; 声明并初始化一个大小为10的双精度浮点型数组。
初始化数组：
- 静态初始化：在声明时初始化数组。
```
int[] myArray = {
       1, 2, 3, 4, 5};
```
- 动态初始化：先声明数组，然后使用new关键字动态分配大小。
```
int[] myArray = new int[5]; // 分配一个大小为5的整型数组
```
访问数组元素：
- 使用索引访问数组元素，索引从0开始。
```
int firstElement = myArray[0]; // 获取第一个元素
```

遍历数组：

使用for循环遍历数组中的每个元素。

for (int i = 0; i < myArray.length; i++) {
       
    System.out.println(myArray[i]);
}

数组的长度：
- .length属性可以用来获取数组的长度，即数组中元素的数量。

这个部分提供了数组的基本概念和如何快速开始使用数组。

当然，以下是使用Markdown语法整理的关于Java数组使用的知识点。

2 数组的使用

2.1 动态初始化

动态初始化是指在创建数组时不立即指定数组的元素，而是在创建数组对象后，再为数组分配内存空间。

int[] dynamicArray;
// 声明数组但不立即分配内存

// 稍后分配内存
dynamicArray = new int[10];
// 此时数组的大小为10，但元素默认值为0

在Java中，数组的元素在声明时如果没有显式初始化，则会被自动初始化为默认值。对于整型数组，元素的默认值是0。

2.2 静态初始化

静态初始化是在声明数组的同时，直接指定数组的元素。

int[] staticArray = {
   10, 20, 30, 40, 50};
// 声明并初始化数组，数组的大小为5，元素值分别是10, 20, 30, 40, 50

静态初始化允许你定义数组时立即设置数组的元素，这在你需要一个具有特定初始值的数组时非常有用。

2.3 多维数组的初始化

后面会讲到多为数组。

int[][] twoDimensionalArray = {
   
    {
   1, 2, 3},
    {
   4, 5, 6},
    {
   7, 8, 9}
};
// 声明并初始化一个3x3的二维数组

多维数组可以视为数组的数组，通常用于表示矩阵或需要多个维度的数据结构。

3 数组使用注意事项和细节

在使用Java数组时，了解一些注意事项和细节可以帮助你避免常见的错误，并提高代码的效率和可读性。

3.1 避免数组越界

3.1.1错误示例

尝试访问数组的索引超出其长度，将导致ArrayIndexOutOfBoundsException。

int[] array = new int[5];
System.out.println(array[5]); // 抛出异常，因为索引5超出了数组的范围

3.1.2错误原因

在Java中，数组索引是从0开始的，所以一个长度为5的数组，其有效索引范围是从0到4。尝试访问索引5的元素会导致ArrayIndexOutOfBoundsException，因为索引5超出了数组的有效范围。

3.1.3异常详情

异常类型：ArrayIndexOutOfBoundsException
异常信息：通常包含“Index x out of bounds for length y”的格式，其中x是尝试访问的索引，y是数组的长度。

3.1.4调试和解决

检查索引值：确保索引值在数组的有效范围内。
使用循环：使用循环遍历数组时，确保循环条件不会导致越界。
添加边界检查：在访问数组元素之前，添加检查以确保索引有效。

3.1.5最佳实践：

在访问数组元素之前，始终检查索引是否在有效范围内。

if (index >= 0 && index < array.length) {
   
    System.out.println(array[index]);
}

3.2 理解数组的默认值

细节：当数组被声明并分配内存后，如果没有显式初始化，其元素将被赋予默认值。
示例：对于整型数组，默认值是0；对于浮点型数组，默认值是0.0。

3.3 避免使用魔法数字

3.3.1什么是魔法数字

在编程中，“魔法数字”（Magic Number）指的是在代码中直接硬编码的数值，这些数值没有明确的名称或含义，它们被直接嵌入到代码中。魔法数字使得代码难以理解和维护，因为它们的含义不是立即显而易见的。

3.3.2错误示例

在数组操作中直接使用硬编码的数字，这降低了代码的可读性和可维护性。

int[] array = new int[10]; // 魔法数字10

魔法数字的问题：

难以理解：新阅读代码的开发者可能不知道数字10的来源和目的。
难以维护：如果需要更改数组的大小，可能需要在代码的多个地方找到并替换这个数字。
代码重复：如果相同的数字在代码中多次出现，每次更改都需要在多个地方进行更新。
缺乏灵活性：硬编码的数字限制了代码的灵活性和可重用性。

3.3.3最佳实践

使用常量或变量代替硬编码的数字。

final int ARRAY_SIZE = 10;
int[] array = new int[ARRAY_SIZE];

3.4 注意数组的不可变性

数组在内存中是连续存储的，其大小在声明时就已经确定。因为数组元素的内存地址是连续的，改变数组的大小将需要重新分配内存并复制所有元素到新的位置，这在语言层面上是不提供的。

3.4.1解决和代替方案

使用动态数组：Java提供了ArrayList这样的动态数组实现，它可以根据需要自动调整大小。
```
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1); // 添加元素
```

复制数组：如果需要“扩展”数组，可以创建一个新的数组，并将原始数组的内容复制到新数组中。

int[] original = new int[]{
     1, 2, 3};
int[] expanded = new int[]{
     original.length + 1};
System.arraycopy(original, 0, expanded, 0, original.length);

使用Arrays.copyOf：Java提供了Arrays.copyOf方法来复制数组并扩展大小。
```
int[] newArray = Arrays.copyOf(original, original.length + 1);
```

使用System.arraycopy：可以手动复制数组内容到新的数组中。

int[] newArray = new int[original.length + 1];
System.arraycopy(original, 0, newArray, 0, original.length);

使用循环：在某些情况下，可以使用循环来手动复制数组元素。

复制int[] newArray = new int[original.length + 1];
for (int i = 0; i < original.length; i++) {
     
    newArray[i] = original[i];
}

3.4.2注意事项

性能考虑：复制数组是一个昂贵的操作，因为它涉及到创建新的内存空间和复制元素。在性能敏感的应用中，应该谨慎使用。
内存管理：在复制数组时，原始数组仍然存在于内存中，直到被垃圾回收器回收。确保不再使用原始数组，以避免内存泄漏。
数据一致性：在复制数组时，要确保所有相关数据保持一致性，特别是在多线程环境中

3.5 复制数组元素时要小心

在Java中，当你将一个数组赋值给另一个数组变量时，它们会指向内存中的同一数组对象。这意味着对一个数组所做的任何更改都会反映在另一个数组上，因为它们是同一个数组的两个引用。

3.5.1浅拷贝示例

int[] array1 = {
   1, 2, 3