Java——数组的定义与使用

一.数组的基本概念

1.什么是数组

2.数组的创建及初始化

3.数组的使用

二.数组是引用类型

1.初始JVM的内存分布

2.基本类型变量与引用类型变量的区别

3.再谈引用变量

4.认识 null

三.数组的应用场景

1.保存数据

2.作为函数的参数

2.1参数传基本数据类型

2.2参数传数组类型(引用数据类型)

2.3作为函数的返回值

一.数组的基本概念

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：

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（ 内存是连续的 ）

（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。

2.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

3.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，有三种方法，for循环，for each，Arrays.toString。

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 。

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，这个循环获取不到下标

二.数组是引用类型

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：

（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。比如：

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

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；

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。

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。

3.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]);
 }
}

其中①java会自动回收

注意：

int [ ]arr=null代表arr这个引用不指向任何的对象
引用指向的是对象
一个引用不可能同时指向多个对象

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)
空指针异常

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.（空指针异常）

注意: Java 中并没有约定 null 和 0 号地址的内存有任何关联.

三.数组的应用场景

1.保存数据

public static void main(String[] args) {
  int[] array = {1, 2, 3};
   for(int i = 0; i < array.length; ++i){
    System.out.println(array[i] + " ");
   }
}

2.作为函数的参数

2.1参数传基本数据类型

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 .

2.2参数传数组类型(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 ).

2.3作为函数的返回值

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 <= 0){
   return null;
  }
  int[] array = new int[n];
  array[0] = array[1] = 1;
  for(int i = 2; i < n; ++i){
   array[i] = array[i-1] + array[i-2];
}
return array;
}
 public static void main(String[] args) {
   int[] array = fib(10);
   for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    System.out.println(array[i]);
   }
 }
}