1.1 为什么要使用数组

假设现在有一个任务,要你存储5个同学的学习成绩(double类型),这时候我们可以写出来 double score1 = 90.4…等五个语句来定义学生的成绩,那如果我说有50个,100个学生呢?继续这么做么,显然效率太低了,所以我们引入数组这一概念
下面是数组的基本特征

1. 数组中存放的元素其类型相同
2. 数组的空间是连在一起的
3. 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 数组的定义及初始化

数组的创建

数组元素类型[] 数组名 = new 数组元素类型[元素个数]
例如:
int[] arr = new int[5];
创建一个整型数组里面有5个整型元素
String[] arr = new String[4];
创建一个字符串数组,里面存放4个字符串 

数组的初始化
数组的初始化分成动态初始化和静态初始化
1.动态初始化
在定义数组的同时直接指定数组元素的大小

例如:
int[] arr = new int[5];

2.静态初始化,在定义数组的同时不直接指定数组的大小,而是根据后面的内容确定

例如
int[] arr = new int[]{1,2,3,4};
double[] arr =new double[]{1.1,2.2,3.3};
......

静态初始化数组的注意事项
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[]。
例如:

int[] arr = {1,5,6,3};

静态和动态的初始化数组可以分步骤,但是静态省略版本不可以

double[] arr;
arr = new double[5];

double[] arr;
arr = new int[]{1,2,3,4,5};

注意:以下操作是不合理的,会报错
double[] arr;
arr = {4,5,6,4};

请注意:
如果不对数组进行初始化,那么数组会进行特定的初始化(这里面我怀疑是因为数组也是一种引用类型,可能有什么构造器之类的,在创建的实话就进行了初始化)
具体的默认值见下表

1.3 数组的使用

1.数组中的元素访问
在内存中数组是一块连续的内存,通过下标进行的访问
数据的下标范围集中在[ 0 , N ) 之间

int[] arr = new int[]{1,2,3,4};
int ret = arr[2];
此时ret的值就是3
int res = arr[4];
这时候程序就会报错...

错误见下

其实数组的越界访问,这个错误要记下来,以后会经常遇到
如果一个数组为空,可能存在的异常如下

这个也是非常重要的一种异常,叫做空指针异常

1.4 遍历数组

我们有三种方式进行数组的遍历
1.通过基础的for循环来遍历数组

for(int i = 0; i < arr.length; ++i){
	System.out.print(arr[i]+" ");
}

这个就是最简单的遍历数组的方式,不用多说了

2.for each循环(增强for循环)

int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5};
    for(int element : arr){
        System.out.println(element);
    }
基本原理就是遍历数组arr,将遍历所得到的值保存进入element进行使用
这其实就导致了一个坏处,就是我们只能遍历完所有的数据
而不可以遍历特定范围的数据,也不可以知晓相应的下标

3.Arrays类方法中的toString方法

import java.util.Arrays;
public class Array {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[]{1, 2, 3, 4};
        String ret = Arrays.toString(arr);
        System.out.println(ret);
    }
}
使用这个方法我们要首先进行导包的操作

这个方法其实就是返回一个包含有arr元素的字符串
下面我们想要进行这个方法的源码的分析,ctrl+鼠标左键挪动到指定的方法下面点开点进行,就可以找到相应方法所对应的源码

如果仔细看,可以发现有好多的方法重载在其中,但是以我们现有的水平,不足以完全看懂底层的一些方法
但是我们可以自己模拟一下属于我们自己的toString方法

public static String myToString(int[] arr){
        if(arr == null){
            return "null";
        }else if(arr.length == 0){
            return "[]";
        }else{
            String ret = "[";
            for(int i = 0; i < arr.length; ++i){
                ret = ret + arr[i] + ", ";
                if(i == arr.length - 1){
                    ret = ret + arr[arr.length - 1] + "]";
                }
            }
            return ret;
        }
    }

这就非常好理解了…

1.5 数组在内存中的存储分析

我们首先分析一下 Java虚拟机运行时的内存区域划分
可以划分为5个区域,分别是我们的

1. 虚拟机栈
2. 堆
3. 本地方法栈
4. 方法区
5. 程序计数器
   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r): 只是一个很小的空间, 保方法调用相关的一些信息，栈、动态链接等…

上面是一些专业的术语,我们现在用我们自己的话翻译一下,首先,我们要知道引用类型new出来的是对象,而对象就是存储在堆空间中的
我们分析一下当下面这段代码运行时发生的事情

int[] arr = new int[5];

系统首先会执行右侧的代码,先在堆区分配一个20字节的空间,地址为0x666,并且默认初始化为0,然后再栈区创建一个临时变量arr用来保存这个地址
所以如果我们System.out.print(arr),会发现打印出来一个类似于地址的东西

这就是开辟数组的时候内存的变化情况
其实这也就是所有引用类型的内存逻辑分析

1.6 数组的传参

之前我们提到过,一切传参传递的都是值,现在我们理解了,现在假设我们有以下代码

在之前的篇章中我们提到过,为什么上述代码可以完成数组元素的交换呢,下面我们通过下面这张图来理解

当我们运行程序的时候会将arr保存的地址给arr(swap的形参),此时二者都指向了一块相同的空间,该空间的地址也就是0x621所以在方法内部进行的改动,可以影响外部原数组的情况

下面我们再分析一个案例

分析以下上面这个例子,首先会在堆空间开辟一块内存存储{1,2,3,4,5},然后返回该空间的地址交给arr来管理,假设这个地址是0x111,然后调用方法,此时我们的arr(方法中)也指向了0x111这一块地址,但是方法内部又开辟了一块新的空间,地址为0x222,操作之后最后返回了arrNew也就是0x222,我们知道arrNew是一个局部变量,所以方法结束之后他是会被销毁的,但是我们的开辟的0x222这个地址,如果有返回值接收,那就不会被销毁,如果没有,jvm会自动进行回收,然后我们把ret中保存的0x222这个地址拷贝一份交给了arr,所以此时二者都指向空间0x222,然后jvm虚拟机回收掉没人用的0x111

1.7 数组的拷贝

下面我们介绍三种数组拷贝的方法
方法一:
使用基础的for循环进行数组的遍历

public static int[] copyArray(int[] arr){
        int[] arrNew = new int[arr.length];
        for(int i = 0; i < arr.length; ++i){
            arrNew[i] = arr[i];
        }
        return arrNew;
    }

这个方法比较基础我们就不多说了