前言
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第1-2章：Java零基础入门笔记：(1-2)入门（简介、基础知识）-优快云博客
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数组
数组的定义
数组是相同类型数据的有序集合.
在 Java 中，数组是一种用于存储固定大小的同类型数据的容器。它允许你将多个具有相同数据类型的元素组织在一起，并通过索引来访问和操作这些元素。数组的大小在创建时确定，并且在运行时不能改变。
数组可以存储基本数据类型（如 int、double、char 等）或对象类型（如 String、自定义类等）。数组的每个元素都有一个唯一的索引，从 0 开始，直到 length - 1，其中 length 是数组的长度。
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数组声明与创建
首先必须声明数组变量，才能在程序中使用数组。下面是声明数组变量的语法:
dataType[] arrayRefVar; //首选的方法
或
dataType arrayRefVar[]; //效果相同，但不是首选方法
Java语言使用new操作符来创建数组，语法如下:
arrayRefVar = new dataType[arraySize];
当然，以上方法可以总结成一句话：
dataType[] arrayRefVar = new dataType[arraySize];
下面是给数组变量赋值的语法:
arrayRefVar[index] = value
下面是从数组中取值的语法:
arrayRefVar[index]下面的代码演示了以上过程，首先声明并初始化一个整数数组，然后通过循环为数组的每个元素赋值，并最终打印数组中索引为 5 的元素值。
package array;
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
int[] nums; // 1.声明数组
nums = new int[10]; // 2.创建一个数组
// 赋值
for (int i=0;i<10;i++){
nums[i] = i;
}
// 取值
System.out.println(nums[5]);
}
}
获取数组长度:
arrays.length-
内存分析
在 Java 中，堆、栈和方法区是 Java 虚拟机（JVM）内存模型中的三个关键区域，它们共同管理程序运行时的内存分配和使用。
堆是 Java 中最大的内存区域，用于存储对象实例和数组。它是所有线程共享的内存空间，对象的生命周期由垃圾回收器管理。当程序运行时，通过 `new` 关键字创建的对象会被分配在堆内存中，垃圾回收器会定期清理不再使用的对象，以释放内存空间。
栈是线程私有的内存区域，每个线程在创建时都会分配一个栈空间。栈用于存储局部变量、方法调用的上下文信息以及部分结果。当方法被调用时，JVM 会为该方法创建一个栈帧，并将其压入当前线程的栈中。栈帧中包含了方法的局部变量表、操作数栈和方法的返回地址等信息。方法执行完毕后，栈帧会被弹出，局部变量和方法上下文信息随之销毁。由于栈的生命周期与线程绑定，栈中的数据访问速度快，但栈的大小通常有限制，过深的递归调用可能导致栈溢出。
方法区同样是所有线程共享的内存区域，用于存储类的结构信息，如常量池、字段和方法数据、构造函数和普通方法的字节码内容等。方法区是 JVM 规范中定义的一个逻辑区域，它在 HotSpot JVM 实现中被称为永久代（Permanent Generation）。永久代在 Java 8 及以后版本中被元空间（Metaspace）所取代，元空间使用本地内存来存储类的元数据，从而避免了永久代的内存限制问题。方法区的内存管理相对复杂，因为它需要处理类的加载、卸载以及常量的存储等操作。
总的来说，堆主要用于对象的存储和管理，栈用于方法调用和局部变量的存储，而方法区则用于存储类的结构信息和常量。
声明时在栈，new时在堆
数组初始化
- 静态初始化：创建+赋值
- 动态初始化：创建，数组里面包含默认值
- 数组的默认初始化
- 数组是引用类型，它的元素相当于类的实例变量，因此数组一经分配空间，其中的每个元素也被按照实例变量同样的方式被隐式初始化。如int里面默认初始化为0
静态初始化
数组的静态初始化是指在声明数组时直接为数组元素赋值，而不需要显式调用 `new` 来分配内存。这种方式在编译时完成初始化，因此称为静态初始化。
在静态初始化中，数组的大小由初始化列表中的元素数量决定，不需要显式指定数组长度。初始化列表用大括号 `{}` 包裹，元素之间用逗号分隔。例如，声明并初始化一个整数数组时，可以直接写为 `int[] arr = {1, 2, 3, 4};`。
下面的代码演示了如何进行静态初始化
package array;
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
//静态初始化：创建 + 赋值
int[] a = {1,2,3,4,5,6,7,8};
System.out.println(a[0]);
}
}
1动态初始化
数组的动态初始化是指在运行时通过 `new` 关键字为数组分配内存，并指定数组的长度，而数组的具体元素值可以在后续操作中赋值。这种方式允许在程序运行过程中根据需要动态确定数组的大小，提供了更大的灵活性。
动态初始化时，数组的初始值会根据其数据类型自动赋予默认值，例如，整型数组的默认值为 `0`，布尔型数组的默认值为 `false`。通过动态初始化，可以在运行时根据实际需求创建合适大小的数组，从而避免了静态初始化中数组大小固定的限制。
下面的代码演示了如何进行动态初始化
package array;
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
//动态初始化：包含默认初始化
int[] b = new int[10];
b[0] = 10;
b[1] = 10;
System.out.println(b[0]);
System.out.println(b[1]);
}
}
10
10
数组的默认初始化
数组的初始值会根据其数据类型自动赋予默认值，例如，整型数组的默认值为 `0`，布尔型数组的默认值为 `false`。
package array;
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
//动态初始化：包含默认初始化
int[] b = new int[10];
b[0] = 10;
b[1] = 10;
System.out.println(b[0]);
System.out.println(b[1]);
System.out.println(b[2]); // 默认初始化
System.out.println(b[3]); // 默认初始化
}
}
10
10
0
0
-
数组越界
数组的四个基本特点
- 其长度是确定的。数组一旦被创建，它的大小就是不可以改变的。
- 其元素必须是相同类型，不允许出现混合类型。
- 数组中的元素可以是任何数据类型，包括基本类型和引用类型
- 数组变量属引用类型，数组也可以看成是对象，数组中的每个元素相当于该对象的成员变量。数组本身就是对象，Java中对象是在堆中的，因此数组无论保存原始类型还是其他对象类型，数组对象本身是在堆中的。
-
数组边界：下标的合法区间：[0, length-1]，如果超过这个边界就会报错;
- ArrayIndexOutOfBoundsException:数组下标越界异常!
下面的代码演示了数组越界代码
int[] a=new int[2];
System.out.println(a[2]);
-
数组使用
下面的代码演示了如何结合for循环遍历数组
package array;
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
int[] arrays = {1, 2, 3, 4, 5};
// 打印全部数组元素
for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
System.out.print(arrays[i]);
}
System.out.println();
// 计算所有数组元素的和
int sum = 0;
for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
sum += arrays[i];
}
System.out.println("sum="+sum);
// 查找数组中的最大值
int max = arrays[0];
for (int i = 1; i < arrays.length; i++) {
if (arrays[i] > max)
max = arrays[i];
}
System.out.println("max="+max);
}
}
输出结果如下：
12345
sum=15
max=5下面的代码演示了For-Each循环（for循环增强）:增强型 for 循环会依次取出数组中的每个元素，并将其赋值给循环变量 array，然后执行循环体中的代码。
package array;
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
int[] arrays = {1, 2, 3, 4, 5};
// 打印全部数组元素
for (int array : arrays) {
System.out.print(array);
}
System.out.println();
}
}
12345下面的代码演示了数组作方法的参数：
-
在
main方法中，调用了printArray方法，并将数组arrays作为参数传递给该方法。 - 这个
printArray方法接收一个整数数组作为参数
package array;
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
int[] arrays = {1, 2, 3, 4, 5};
// 打印全部数组元素
printArray(arrays);
System.out.println();
}
public static void printArray(int[] arrays){
for (int array: arrays) {
System.out.print(array);
}
}
}
下面的代码演示了 数组作返回值：
- 调用
reverseArray方法，传入原始数组arrays，并返回一个新的数组re_array，其中元素顺序与原始数组相反。 reverseArray方法：-
创建一个新的数组
result，其长度与原始数组相同。 -
使用循环将原始数组的元素按逆序赋值给新数组。
-
返回翻转后的数组。
-
package array;
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
int[] arrays = {1, 2, 3, 4, 5};
// 打印全部数组元素
printArray(arrays);
System.out.println();
int[] re_array = reverseArray(arrays);
printArray(re_array);
}
public static void printArray(int[] arrays){ // 打印数组
for (int array: arrays) {
System.out.print(array);
}
}
public static int[] reverseArray(int[] arrays) { // 翻转数组
int[] result = new int[arrays.length];
for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
result[i] = arrays[arrays.length-i-1];
}
return result;
}
}
12345
54321-
多维数组
多维数组可以看成是数组的数组，比如二维数组就是一个特殊的一维数组，其每一个元素都是一个一维数组。
二维数组定义
如下二维数组a 可以看成一个两行五列的数组。
int a[][] = new int[2][5];
多维数组的使用
num[1][0];
下面的代码演示了如何使用二维数组
package array;
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
int[][] arrays = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
System.out.println(arrays[0]); // [I@10f87f48
System.out.println(arrays[0][0]); // 1
for (int i = 0; i < arrays.length; i++) {
for (int j = 0; j < arrays[i].length; j++) {
System.out.print(arrays[i][j]);
}
System.out.println();
}
}
}
[I@10f87f48
1
12
34
56-
Arrays类
数组的工具类java.util.Arrays
由于数组对象本身并没有什么方法可以供我们调用,但API中提供了一个工具类Arrays供我们使用,从而可以对数据对象进行一些基本的操作。可查看JDK帮助文档
Arrays类中的方法都是static修饰的静态方法,在使用的时候可以直接使用类名进行调用,而"不用"使用对象来调用(注意:是"不用”而不是"不能")
-
具有以下常用功能:
- 给数组赋值:通过fill方法。
- 对数组排序:通过sort方法,按升序。
- 比较数组:通过equals方法比较数组中元素值是否相等。
- 查找数组元素:通过binarySearch方法能对排序好的数组进行二分查找法操作。
打印数组toString()
package array;
import java.util.Arrays;
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
int[][] array = {{1,2},{2,3},{3,4},{4,5}};
int[] a = {1,2,3,53,32,556,433,4};
System.out.println(Arrays.toString(array)); // 打印数组
System.out.println(Arrays.toString(a)); // 打印数组
}
}
[[I@10f87f48, [I@b4c966a, [I@2f4d3709, [I@4e50df2e]
[1, 2, 3, 53, 32, 556, 433, 4]打印二维数组可使用：
// 打印二维数组
System.out.println(Arrays.deepToString(array)); // 输出：[[1, 2], [2, 3], [3, 4], [4, 5]]toString的实现原理：写一个自己的方法复现
-
使用
for循环遍历数组：-
如果当前元素不是数组的最后一个元素，则打印元素值后加逗号和空格（
a[i] + ", "）。 -
如果是最后一个元素，则只打印元素值。
-
-
最后，打印右方括号
]并换行。
package array;
import java.util.Arrays;
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
int[][] array = {{1,2},{2,3},{3,4},{4,5}};
int[] a = {1,2,3,53,32,556,433,4};
printArray(a);
}
public static void printArray(int[] a){
System.out.print("[");
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
if (i != a.length-1){
System.out.print(a[i]+", ");
}else{
System.out.print(a[i]);
}
}
System.out.println("]");
}
}
排序sort()
Arrays.sort 方法用于对数组进行排序，默认按照升序排列数组元素。它使用了高效的排序算法（如双轴快速排序或归并排序），能够快速完成排序任务。
package array;
import java.util.Arrays;
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
int[] a = {1,2,3,53,32,556,433,4};
System.out.println(Arrays.toString(a)); // 打印数组
Arrays.sort(a); // 排序
System.out.println(Arrays.toString(a));
}
}
[1, 2, 3, 53, 32, 556, 433, 4]
[1, 2, 3, 4, 32, 53, 433, 556]填充 fill
Arrays.fill 是 Java 标准库中的一个实用方法，用于将数组中的所有元素填充为指定的值。
package array;
import java.util.Arrays;
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
int[] a = {1,2,3,53,32,556,433,4};
System.out.println(Arrays.toString(a)); // 打印数组
Arrays.fill(a, 0); // 排序
System.out.println(Arrays.toString(a));
}
}
[1, 2, 3, 53, 32, 556, 433, 4]
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
-
-
冒泡排序
冒泡排序是一种简单的排序算法，它通过重复遍历数组，比较相邻的两个元素，并在必要时交换它们的位置，从而逐步将数组中的元素按顺序排列。排序过程中，较小的元素会像气泡一样逐渐“浮”到数组的前面，而较大的元素则会“沉”到数组的后面，这也是“冒泡排序”名称的由来。每次遍历至少保证一个元素移动到它最终的位置，因此冒泡排序的时间复杂度为O(n²)，其中n是数组的长度。
package array;
import java.util.Arrays;
//冒泡排序
//1.比较数组中，两个相邻的元素，如果第一个数比第二个数大，我们就交换他们的位置。
//2.每一次比较，都会产生出一个最大，或者最小的数字。
//3.下一轮则可以少一次排序！
//4.依次循环，直到结束！
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
int[] a = {1,4,5,6,72,2,2,2,25,6,7};
System.out.println(Arrays.toString(a));
int[] b = sort(a);
System.out.println(Arrays.toString(b));
}
public static int[] sort(int[] array){
int temp = 0; // 临时变量
for (int i = 0; i < array.length; i++) { // 外层循环，判断我们这个要走多少次
for (int j = 0; j < array.length-i-1; j++) { // 内层循环，比较判断两个数，如果第一个数，比第二个数大，则交换位置
if (array[j+1]>array[j]){
temp = array[j];
array[j] = array[j+1];
array[j+1] = temp;
}
}
}
return array;
}
}
这个算法的时间复杂度为O(n²)。
思考：如何优化? 答：通过flag标识位减少没有意义的比较
package array;
import java.util.Arrays;
//冒泡排序
//1.比较数组中，两个相邻的元素，如果第一个数比第二个数大，我们就交换他们的位置。
//2.每一次比较，都会产生出一个最大，或者最小的数字。
//3.下一轮则可以少一次排序！
//4.依次循环，直到结束！
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
int[] a = {1,4,5,6,72,2,2,2,25,6,7};
System.out.println(Arrays.toString(a));
int[] b = sort(a);
System.out.println(Arrays.toString(b));
}
public static int[] sort(int[] array){
int temp = 0; // 临时变量
for (int i = 0; i < array.length; i++) { // 外层循环，判断我们这个要走多少次
boolean flag = false; // 通过flag标识位减少没有意义的比较
for (int j = 0; j < array.length-i-1; j++) { // 内层循环，比较判断两个数，如果第一个数，比第二个数大，则交换位置
if (array[j+1]>array[j]){
temp = array[j];
array[j] = array[j+1];
array[j+1] = temp;
flag = true;
}
}
if (flag==false){
break;
}
}
return array;
}
}
-
-
稀疏数组
分析问题:因为该二维数组的很多值是默认值0，因此记录了很多没有意义的数据。
解决方法:稀疏数组
稀疏数组介绍
当一个数组中大部分元素为0，或者为同一值的数组时，可以使用稀疏数组来保存该数组。
稀疏数组的处理方式是:
- 记录数组一共有几行几列，有多少个不同值
- 把具有不同值的元素和行列及值记录在一个小规模的数组中，从而缩小程序的规模
如下图:左边是原始数组，右边是稀疏数组
需求:使用稀疏数组保存五子棋游戏的棋局，有存盘退出和续上盘的功能
package array;
import java.util.Arrays;
public class demo1 {
public static void main(String[] args) {
// 1. 创建一个二维数组11*11 0：没有棋子 1：黑棋 2：白棋
int[][] array1 = new int[11][11];
array1[1][2] = 1;
array1[2][3] = 2;
for (int[] ints : array1) {
for (int anInt : ints) {
System.out.print(anInt+"\t");
}
System.out.println();
}
//获取有效值的个数
int sum = 0;
for (int i = 0; i < 11; i++) {
for (int j = 0; j < 11; j++) {
if (array1[i][j]!=0){
sum++;
}
}
}
System.out.println("有效值的个数："+sum);
// 2.创建一个稀疏数组的数组
int[][] array2 = new int[sum+1][3];
array2[0][0] = 11; // 多少行
array2[0][1] = 11; // 多少列
array2[0][2] = sum; // 总共几个有效数
int count = 0;
for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
for (int j = 0; j < array1[i].length; j++) {
if (array1[i][j]!=0){
count++;
array2[count][0] = i;
array2[count][1] = j;
array2[count][2] = array1[i][j];
}
}
}
//输出稀疏数组
System.out.println("稀疏数组");
for (int i = 0; i < array2.length; i++) {
System.out.println(array2[i][0]+"\t"
+array2[i][1]+"\t"
+array2[i][2]+"\t");
}
// 3.还原
System.out.println("====================");
System.out.println("还原");
int[][] array3 = new int[array2[0][0]][array2[0][1]]; // 1.读取稀疏数组
for (int i = 1; i < array2.length; i++) { // 2.给其中的元素还原它的值
array3[array2[i][0]][array2[i][1]] = array2[i][2];
}
System.out.println("输出还原的数组"); // 3.打印
for (int[] ints : array3) {
for (int anInt : ints) {
System.out.print(anInt+"\t");
}
System.out.println();
}
}
}
输出原始的数组
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
====================
有效值的个数：2
稀疏数组
11 11 2
1 2 1
2 3 2
====================
还原
输出还原的数组
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
-
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