【详识JAVA语言】数组的定义与使用

数组的基本概念

为什么要使用数组

假设现在要存5个学生的javaSE考试成绩，并对其进行输出，按照之前掌握的知识点，我么会写出如下代码：

public class TestStudent{

public static void main(String[] args){

int score1 = 70;

int score2 = 80;

int score3 = 85;

int score4 = 60;

int score5 = 90;

System.out.println(score1);

System.out.println(score2);

System.out.println(score3);

System.out.println(score4);

System.out.println(score5);

}

}

上述代码没有任何问题，但不好的是：如果有20名同学成绩呢，需要创建20个变量吗？有100个学生的成绩那不得要创建100个变量。仔细观察这些学生成绩发现：所有成绩的类型都是相同的，那Java中存在可以存储相同类型多个数据的类型吗？这就是本节要将的数组。

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：

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：

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。

那在程序中如何创建数组呢？

数组的创建及初始化

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

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。

1. 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];

2. 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", "!!!"};

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

数组的使用

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】

1. 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。

2. 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.

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：

1. 如果数组中增加了一个元素，就需要增加一条打印语句

2. 如果输入中有100个元素，就需要写100个打印语句

3. 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 < 5; i++){

System.out.println(array[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 < array.length; i++){

System.out.println(array[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.

数组是引用类型

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：

1. 程序运行时代码需要加载到内存

2. 程序运行产生的中间数据要存放在内存

3. 程序中的常量也要保存

4. 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：

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。

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[] arr = 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。

再谈引用变量

public static void func() {

int[] array1 = new int[3];

array1[0] = 10;

array1[1] = 20;

array1[2] = 30;

int[] array2 = new int[]{1,2,3,4,5};

array2[0] = 100;

array2[1] = 200;

array1 = array2;

array1[2] = 300;

array1[3] = 400;

array2[4] = 500;

for (int i = 0; i < array2.length; i++) {

System.out.println(array2[i]);

}

}

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.

注意: Java 中并没有约定 null 和 0 号地址的内存有任何关联.