Java数组详解：声明、创建、内存管理与操作
本文详细介绍了Java中的数组概念，包括数组定义、声明与创建、内存分析、初始化方法、边界规则、基础使用（如遍历、方法参数和返回值）、多维数组、Arrays类的方法以及冒泡排序和稀疏算法的应用。
Java数组
数组定义
数组是相同类型数据的有序集合，为一种最简单的数据结构，按照一定的先后次序排列组合而成。其中，每一个数据称为数值元素，每个数组元素可通过索引(下标)来进行访问。
注：在Java中，数组索引从0开始。
数组的声明与创建
声明
在Java语言中，数组的声明有两种形式，如下式所示。
int[] array; int arrays[];
两种定义方式效果相同，但一般采用前者作为首选方案。
注：
-
声明数组时，数组并不存在。
-
数组类型由变量类型 + "[ ]" 两部分组成。
创建
在Java语言中，使用new操作符来创建数组，如下图所示。
其中：数组尺寸表示数组的大小内容，即可以存放10个int类型的数字。
注：如果数组中最后的几个索引中没有赋值，则会赋默认值。Int类型赋0值，Sting类型赋null值，如下图所示。
Java内存分析
Java内存空间分为堆、栈、方法区等，如下表所示。
| 名称 | 功能 |
|---|---|
| 堆 | 用于存放new的对象和数组，可以被所有的线程所共享，不会存放其他的对象引用。 |
| 栈 | 存放基本变量类型(会包含这个基本类型的具体数值)。存放引用对象的变量(会存放这个引用在堆里的具体地址)。 |
| 方法区 | 可以被所有线程共享，包含了所有的class和static变量。 |
注：在声明数组时，将数组压入栈中；创建数组时，转入堆中创建，在堆中开辟了空间并对空间进行划分，在堆中实现对数组的赋值。
数组初始化
在Java中，数组具有三种初始化方法：
-
静态初始化 ，如下式所示。
int[] a = {1, 2, 3}; -
动态初始化 ，如下式所示。
int[] b = new int[10];
-
默认初始化：数组也是一种引用类型，它的元素相当于类中的实例变量。因此，数组一经分配空间，其中每个元素也按照与实例变量相同的方式被隐式初始化，即赋默认值：int[ ]为0；String[ ]为null。
注：数组基本特点包括以下四个方面：
-
数组的长度是确定的，一旦创建，大小不允许改变。
-
数组的元素必须是相同类型，元素类型不能混合。
-
数组元素可以是任意数据类型。
-
数组变量是一种引用类型，数组本身为对象，数组元素相当于对象的成员变量。在Java中，无论数组中存放基本类型还是其他对象类型，数组对象本身是在堆中存放的。
数组边界
下标的合法区间在 [0, length-1]，如果超过边界会报错，如下图所示。
注：可通过数组名 + "." + length 来获得数组的长度。
数组基础使用
-
数组可通过循环语句来打印出全部元素并实现部分简单功能，如下图所示。
-
使用加强for循环，更容易遍历输出数组元素，如下图所示。
注：没有索引(下标)，不方便具体操作。
-
数组可以作为方法的参数，如下图所示。
注：当数组作为传入参数时，传递的是引用地址的拷贝，但是拷贝的地址和真实的地址都指向一个真实数据，因此改动形参，实参也会发生改动。
补充：Java是值传递，当传递的是基本类型时，传得是值的拷贝，故修改形参并不影响实参；当传递的是引用类型时，传得是引用地址的拷贝，但拷贝地址和原始地址都指向一个真实的值，故修改形参会影响实参的结果；当传递封装类和String类时，虽然是它们是引用类型，但是由于其本质是由final修饰的，不能被修改，所以作为传参时实参是不会跟随形参发生改变的。
-
数组可以作为方法返回值，如下图所示。
多维数组
多位数组可以看成数组的数组，本质为数组的嵌套。以二维数组为例，二维数组中的每一个元素都为一个一位数组，多维数组以此类推。
二维数组的创建，如下式所示。
//静态初始化
int[][] arrays = {{2,3},{4,5},{5,6}};
//动态初始化
int[][] arrays2 = new int[3][2];
结果，如下图所示。
注：图中的二维数组arrays_2可以看成一个三行两列的数组，与arrays_1表示相同。
补充：
arrays_1.length表示为二维数组的长度，即内部有多少个一维数组。arrays_1[0].length表示为在二维数组中，下标为0的一维数组中的元素个数。
二维数组的加强for循环输出，由下图所示。
Arrays类（数组工具类）
常用方法
-
打印数组元素，使用Arrays.toString()方法，如下图所示。
-
排序数组（升序），使用Arrays.sort()方法，如下图所示。
-
给数组赋值，使用Arrays.fill()方法，如下图所示。
-
比较数组中数值是否相等，使用Arrays.equals()方法，如下图所示。
-
查找数组元素，能对排好序的数组来进行二分法查找，返回所查找数字的索引，使用Arrays.binarySearch()方法，如下图所示。
注：Arrays类中的方法都为static修饰的静态方法，直接用类名调用即可。（用对象来调用也行）
冒泡排序
冒泡算法为最出名的排序算法之一，它是通过元素之间两两比较，谁小或谁大就进行前移或后移。在冒泡算法中，外层为冒泡轮数，内层依次比较，如下图所示。
注：可以通过设置标志位来减少没有意义的比较，即若标志位没发生变化，则表示以及排好，退出即可,如下图所示。
稀疏算法
-
稀疏算法是一种压缩算法，用于处理数组中记录很多无意义的数据。
-
适用范围：当一个数组中大部分元素为0或者为同一元素值数组。
-
处理方式：**记录数组有几行几列，有多少不同的值，后将记录结果记录在一个小规模数组中。
具体流程，如下图所示。
实现代码，如下所示。
import java.util.Scanner;
public class ArrayDemo5 {
static int line = 4;
static int col = 4;
final static int sparseCol = 3;
public static void main(String[] args) {
int[][] nums = new int[line][col];
int sum = 0;
nums = inPut(line,col);
outOldPut(nums);
sum = count(nums);
int[][] sparseNums = new int[sum+1][sparseCol];
sparseNums = draw(nums, sum);
outSparsePut(sparseNums);
int[][] backNums = new int[line][col];
backNums = back(sparseNums);
outBackPut(backNums);
}
public static int[][] inPut(int line, int col){
int[][] arrays2 = new int[line][col];
System.out.println("请输入数组内容：");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
for (int i = 0; i < arrays2.length; i++) {
for (int j = 0; j < arrays2[i].length; j++) {
if(scanner.hasNextInt()){
arrays2[i][j] = scanner.nextInt();
}
}
}
scanner.close();
return arrays2;
}
public static void outOldPut(int[][] nums){
System.out.println("输出原始数组为：");
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
for(int j = 0; j < nums[i].length ; j++) {
System.out.print(nums[i][j] + "\t");
if(j==nums[i].length-1){
System.out.println();
}
}
}
System.out.println("====================");
}
public static void outSparsePut(int[][] nums){
System.out.println("输出稀疏数组为：");
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
for(int j = 0; j < nums[i].length ; j++) {
System.out.print(nums[i][j] + "\t");
if(j==nums[i].length-1){
System.out.println();
}
}
}
System.out.println("====================");
}
public static void outBackPut(int[][] nums){
System.out.println("输出还原数组为：");
//使用加强for循环输出二维数组。
for (int[] i:nums) {
for(int j :i) {
System.out.print(j + "\t");
}
System.out.println();
}
System.out.println("====================");
}
public static int count(int[][] nums){
int count = 0;
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
for (int j = 0; j < nums[i].length; j++) {
if (nums[i][j]!=0){
count++;
}
}
}
return count;
}
public static int[][] draw(int[][] nums, int sum){
int[][] sparseNums = new int[sum+1][sparseCol];
sparseNums[0][0] = line;
sparseNums[0][1] = col;
sparseNums[0][2] = sum;
int count = 1;
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
for (int j = 0; j < nums[i].length; j++) {
if (nums[i][j]!=0){
sparseNums[count][0] = i;
sparseNums[count][1] = j;
sparseNums[count][2] = nums[i][j];
count++;
}
}
}
return sparseNums;
}
public static int[][] back(int[][] sparseNums){
int[][] backNums = new int[line][col];
for (int i = 1; i < sparseNums.length; i++) {
backNums[sparseNums[i][0]][sparseNums[i][1]] = sparseNums[i][2];
}
return backNums;
}
}
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