【Java.SE】数组的定义与使用

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作者简介：辭七七，目前大一，正在学习C/C++，Java，Python等

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文章收录专栏：Java.SE，本专栏主要讲解运算符，程序逻辑控制，方法的使用，数组的使用，类和对象，继承和多态，抽象类和接口等内容

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数组的定义与使用

1. 数组的基本概念

1.1 什么是数组
1.2 数组的创建及初始化

1.2.1 数组的创建
1.2.2 数组的初始化
1.3 数组的使用

1.3.1 数组中元素访问
1.3.2 遍历数组
2. 数组是引用类型

2.1 初始JVM的内存分布
2.2 基本类型变量与引用类型变量的区别
2.3 再谈引用变量
2.4 认识 null
3. 数组的应用场景

3.1 保存数据
3.2 作为函数的参数

3.3 作为函数的返回值

1. 数组的基本概念

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空间。比如现实中的车库：

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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：

数组中存放的元素其类型相同
数组的空间是连在一起的
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

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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

数组的定义：

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,2,3,4};
    }
}

画图理解：

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。

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];

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", "!!!"};

打印结果：

这说明数组里存储的是地址。（可以理解成地址，但是不是真实的地址，是哈希值）

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：
如果数组中存储元素类型为引用类型，默认值为null

1.3 数组的使用

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】

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
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.

【异常】：

算数异常
数组越界异常

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：

如果数组中增加了一个元素，就需要增加一条打印语句
如果输入中有100个元素，就需要写100个打印语句
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  
改成循环之后，上述三个缺陷可以全部2和3问题可以全部解决，但是无法解决问题1。那能否获取到数组的长度呢？
注意：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  
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.
【for-each循环和for循环的区别】：
for-each循环拿不到下标 
2. 数组是引用类型 
2.1 初始JVM的内存分布 
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： 
 程序运行时代码需要加载到内存
 
 程序运行产生的中间数据要存放在内存
 
 程序中的常量也要保存
 
 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。
因此JVM也对所使用的内存按照功能的不同进行了划分：
平时所说的栈就是Java虚拟机栈，局部变量存放在栈里

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。现在我们只简单关心堆和虚拟机栈这两块空间，后序JVM中还会更详细介绍。

2.2 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[] array = 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。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。

图中是array这个引用指向了数组对象

2.3 再谈引用变量

 public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,2,3,4};
        int[] array2 = array;
    }

在栈上的存储布局图如下：

当前这个数组对象有两个引用在指向

两个引用同时指向了一个对象

所以，当array[0] = 99

array2[0] = ?答案是99

问：引用可以指向引用吗？

答案是：不可以

引用要指向另一个引用所指向的对象

如：array2这个引用指向了array这个引用所指向的对象

public static void func() {
    int[] array1 = new int[3];
    array1[0] = 10;
    array1[1] = 20;
    array1[2] = 30;
    //执行完之后array1里放了三个变量，分别是10，20，30
 
    int[] array2 = new int[]{1,2,3,4,5};
    array2[0] = 100;
    array2[1] = 200;
    //执行完之后array2里放了五个变量，分别是100，200，3，4，5
 
    array1 = array2;
    array1[2] = 300;
    array1[3] = 400;
    array2[4] = 500;
    //这个代码首先是把array2里面的值赋给了array1，
    //此时array1里面的值变成了100，200，3，4，5
    //然后又对array1里面下标为2，3，4的值进行修改，
    //执行完之后array1里面的值变成了100，200，300，400，500
    for (int i = 0; i  
对第三段代码的画图理解：
 
 
 当func方法执行完毕之后，此时array1，array2是局部变量，会被回收 
 
 
2.4 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。
NullPointerException为空指针异常，空指针异常会伴随整个学习的过程，如果以后空指针异常，那么要定位，看哪个指针是空的 
 
 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  
3.2 作为函数的参数 
我们先来看一段代码： 
public class TestDemo {
    public static void func1(int[] array) {
        array = new int[10];
    }
    public static void func2(int[] array) {
        array[0] = 99;
    }
    public static void main(String[] args) {
        int[] array1 = {1,2,3,4};
        func1(array1);
        for (int i = 0; i  
调用func1部分的理解（调用func1会给array1分配一块内存）画图理解：
定义一个新的数组给array之后
影响了形参的指向，但是并不会影响实参的指向，所以打印结果为1，2，3，4 
调用func2部分的理解（调用func2会给array2分配一块内存）画图理解：
在这种情况下可以通过修改形参的变量来改变实参 
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 
数组可以直接作为函数值返回，看如下代码： 
public class TestDemo {
    public static int[] func3() {
        int[] array = {1, 2, 3, 4,5,6};
        return array;
    }
    public static void main(String[] args) {
        int[] ret = func3();
        for (int i = 0; i  
打印结果：
 
画图理解：
当func3走完之后，array在堆上的空间就会被回收掉，但是他所指向的对象依然存在，所以说对象一定在队上，引用变量不一定在栈上 
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 
            return null;
       }
 
        int[] array = new int[n];
        array[0] = array[1] = 1;
        for(int i = 2; i