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本章节对应知识库

https://www.yuque.com/nanchengcyu/java

本内容来自尚硅谷课程，此处在知识库做了个人理解
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1. 数组的概述

1.1 为什么需要数组

需求分析1：

需要统计某公司50个员工的工资情况，例如计算平均工资、找到最高工资等。用之前知识，首先需要声明50个变量来分别记录每位员工的工资，这样会很麻烦。因此我们可以将所有的数据全部存储到一个容器中统一管理，并使用容器进行计算。

需求分析2：

容器的概念：

• **生活中的容器：**水杯（装水等液体），衣柜（装衣服等物品），集装箱（装货物等）。
• **程序中的容器：**将多个数据存储到一起，每个数据称为该容器的元素。

1.2 数组的概念

• 数组(Array)，是多个相同类型数据按一定顺序排列的集合，并使用一个名字命名，并通过编号的方式对这些数据进行统一管理。

• 数组中的概念

  • 数组名
  • 下标（或索引）
  • 元素
  • 数组的长度

数组的特点：

• 数组本身是引用数据类型，而数组中的元素可以是任何数据类型，包括基本数据类型和引用数据类型。
• 创建数组对象会在内存中开辟一整块连续的空间。占据的空间的大小，取决于数组的长度和数组中元素的类型。
• 数组中的元素在内存中是依次紧密排列的，有序的。
• 数组，一旦初始化完成，其长度就是确定的。数组的长度一旦确定，就不能修改。
• 我们可以直接通过下标(或索引)的方式调用指定位置的元素，速度很快。
• 数组名中引用的是这块连续空间的首地址。

1.3 数组的分类

1、按照元素类型分：

• 基本数据类型元素的数组：每个元素位置存储基本数据类型的值
• 引用数据类型元素的数组：每个元素位置存储对象（本质是存储对象的首地址）（在面向对象部分讲解）

2、按照维度分：

• 一维数组：存储一组数据
• 二维数组：存储多组数据，相当于二维表，一行代表一组数据，只是这里的二维表每一行长度不要求一样。

2. 一维数组的使用

2.1 一维数组的声明

格式：

//推荐
元素的数据类型[] 一维数组的名称;

//不推荐
元素的数据类型  一维数组名[];

举例：

int[] arr;
int arr1[];
double[] arr2;
String[] arr3;  //引用类型变量数组

数组的声明，需要明确：

（1）数组的维度：在Java中数组的符号是[]，[]表示一维，[][]表示二维。

（2）数组的元素类型：即创建的数组容器可以存储什么数据类型的数据。元素的类型可以是任意的Java的数据类型。例如：int、String、Student等。

（3）数组名：就是代表某个数组的标识符，数组名其实也是变量名，按照变量的命名规范来命名。数组名是个引用数据类型的变量，因为它代表一组数据。

举例：

public class ArrayTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        //比如，要存储一个小组的成绩
        int[] scores;
        int grades[];
//        System.out.println(scores);//未初始化不能使用

        //比如，要存储一组字母
        char[] letters;

        //比如，要存储一组姓名
        String[] names;

        //比如，要存储一组价格
        double[] prices;

    }
}

注意：Java语言中声明数组时不能指定其长度(数组中元素的个数)。 例如： int a[5]; //非法

2.2 一维数组的初始化

2.2.1 静态初始化

• 如果数组变量的初始化和数组元素的赋值操作同时进行，那就称为静态初始化。

• 静态初始化，本质是用静态数据（编译时已知）为数组初始化。此时数组的长度由静态数据的个数决定。

• 一维数组声明和静态初始化格式1：

  数据类型[] 数组名 = new 数据类型[]{元素1,元素2,元素3,...};
  
  或
      
  数据类型[] 数组名;
  数组名 = new 数据类型[]{元素1,元素2,元素3,...};
  

  • new：关键字，创建数组使用的关键字。因为数组本身是引用数据类型，所以要用new创建数组实体。

例如，定义存储1，2，3，4，5整数的数组容器。

int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5};//正确
//或
int[] arr;
arr = new int[]{1,2,3,4,5};//正确

• 一维数组声明和静态初始化格式2：

数据类型[] 数组名 = {元素1,元素2,元素3...};//必须在一个语句中完成，不能分成两个语句写

例如，定义存储1，2，3，4，5整数的数组容器

int[] arr = {1,2,3,4,5};//正确

int[] arr;
arr = {1,2,3,4,5};//错误

举例：

public class ArrayTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1,2,3,4,5};//右边不需要写new int[]

        int[] nums;
        nums = new int[]{10,20,30,40}; //声明和初始化在两个语句完成，就不能使用new int[]

        char[] word = {'h','e','l','l','o'};

        String[] heros = {"袁隆平","邓稼先","钱学森"};

        System.out.println("arr数组：" + arr);//arr数组：[I@1b6d3586
        System.out.println("nums数组：" + nums);//nums数组：[I@4554617c
        System.out.println("word数组：" + word);//word数组：[C@74a14482
        System.out.println("heros数组：" + heros);//heros数组：[Ljava.lang.String;@1540e19d
    }
}

2.2.2 动态初始化

数组变量的初始化和数组元素的赋值操作分开进行，即为动态初始化。

动态初始化中，只确定了元素的个数（即数组的长度），而元素值此时只是默认值，还并未真正赋自己期望的值。真正期望的数据需要后续单独一个一个赋值。

格式：

数组存储的元素的数据类型[] 数组名字 = new 数组存储的元素的数据类型[长度];

或

数组存储的数据类型[] 数组名字;
数组名字 = new 数组存储的数据类型[长度];

• [长度]：数组的长度，表示数组容器中可以最多存储多少个元素。

• **注意：数组有定长特性，长度一旦指定，不可更改。**和水杯道理相同，买了一个2升的水杯，总容量就是2升是固定的。

举例1：正确写法

int[] arr = new int[5];

int[] arr;
arr = new int[5];

举例2：错误写法

int[] arr = new int[5]{1,2,3,4,5};//错误的，后面有{}指定元素列表，就不需要在[]中指定元素个数了。

2.3 一维数组的使用

2.3.1 数组的长度

• 数组的元素总个数，即数组的长度
• 每个数组都有一个属性length指明它的长度，例如：arr.length 指明数组arr的长度(即元素个数)
• 每个数组都具有长度，而且一旦初始化，其长度就是确定，且是不可变的。

2.3.2 数组元素的引用

如何表示数组中的一个元素？

每一个存储到数组的元素，都会自动的拥有一个编号，从0开始，这个自动编号称为数组索引(index)或下标，可以通过数组的索引/下标访问到数组中的元素。

数组名[索引/下标]

数组的下标范围？

Java中数组的下标从[0]开始，下标范围是[0, 数组的长度-1]，即[0, 数组名.length-1]

数组元素下标可以是整型常量或整型表达式。如a[3] , b[i] , c[6*i];

举例

public class ArrayTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1,2,3,4,5};

        System.out.println("arr数组的长度：" + arr.length);
        System.out.println("arr数组的第1个元素：" + arr[0]);//下标从0开始
        System.out.println("arr数组的第2个元素：" + arr[1]);
        System.out.println("arr数组的第3个元素：" + arr[2]);
        System.out.println("arr数组的第4个元素：" + arr[3]);
        System.out.println("arr数组的第5个元素：" + arr[4]);

        //修改第1个元素的值
        //此处arr[0]相当于一个int类型的变量
        arr[0] = 100;
        System.out.println("arr数组的第1个元素：" + arr[0]);
    }
}

2.4 一维数组的遍历

将数组中的每个元素分别获取出来，就是遍历。for循环与数组的遍历是绝配。

举例1

public class ArrayTest4 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5};
        //打印数组的属性，输出结果是5
        System.out.println("数组的长度：" + arr.length);

        //遍历输出数组中的元素
        System.out.println("数组的元素有：");
        for(int i=0; i<arr.length; i++){
            System.out.println(arr[i]);
        }
    }
}

举例2

public class ArrayTest5 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[5];

        System.out.println("arr数组的长度：" + arr.length);
        System.out.print("存储数据到arr数组之前：[");
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            if(i==0){
                System.out.print(arr[i]);
            }else{
                System.out.print("," + arr[i]);
            }
        }
        System.out.println("]");

        //初始化
 		/* 
 		arr[0] = 2;
        arr[1] = 4;
        arr[2] = 6;
        arr[3] = 8;
        arr[4] = 10;
        */

        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = (i+1) * 2;
        }

        System.out.print("存储数据到arr数组之后：[");
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            if(i==0){
                System.out.print(arr[i]);
            }else{
                System.out.print("," + arr[i]);
            }
        }
        System.out.println("]");
    }
}

2.5 数组元素的默认值

数组是引用类型，当我们使用动态初始化方式创建数组时，元素值只是默认值。例如：

public class ArrayTest6 {
	public static void main(String argv[]){
		int a[]= new int[5]; 
		System.out.println(a[3]); //a[3]的默认值为0
	}
} 

对于基本数据类型而言，默认初始化值各有不同。

对于引用数据类型而言，默认初始化值为null（注意与0不同！)

public class ArrayTest7 {
    public static void main(String[] args) {
        //存储26个字母
        char[] letters = new char[26];
        System.out.println("letters数组的长度：" + letters.length);
        System.out.print("存储字母到letters数组之前：[");
        for (int i = 0; i < letters.length; i++) {
            if(i==0){
                System.out.print(letters[i]);
            }else{
                System.out.print("," + letters[i]);
            }
        }
        System.out.println("]");

       //存储5个姓名
        String[] names = new String[5];
        System.out.println("names数组的长度：" + names.length);
        System.out.print("存储姓名到names数组之前：[");
        for (int i = 0; i < names.length; i++) {
            if(i==0){
                System.out.print(names[i]);
            }else{
                System.out.print("," + names[i]);
            }
        }
        System.out.println("]");
    }
}

3. 一维数组内存分析

3.1 Java虚拟机的内存划分

为了提高运算效率，就对空间进行了不同区域的划分，因为每一片区域都有特定的处理数据方式和内存管理方式。

区域名称	作用
虚拟机栈	用于存储正在执行的每个Java方法的局部变量表等。局部变量表存放了编译期可知长度 的各种基本数据类型、对象引用，方法执行完，自动释放。
堆内存	存储对象（包括数组对象），new来创建的，都存储在堆内存。
方法区	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。
本地方法栈	当程序中调用了native的本地方法时，本地方法执行期间的内存区域
程序计数器	程序计数器是CPU中的寄存器，它包含每一个线程下一条要执行的指令的地址

3.2 一维数组在内存中的存储

1、一个一维数组内存图

public static void main(String[] args) {
  	int[] arr = new int[3];
  	System.out.println(arr);//[I@5f150435
}

2、数组下标为什么是0开始

因为第一个元素距离数组首地址间隔0个单元格。

3、两个一维数组内存图

两个数组独立

public static void main(String[] args) {
    int[] arr = new int[3];
    int[] arr2 = new int[2];
    System.out.println(arr);
    System.out.println(arr2);
}