【JavaSE】--数组的定义与使用

1. 数组的基本概念

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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每个空间有自己的编号，起始位置的编号为0，即数组的下标。

1.2 数组的创建及初始化

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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
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

array中存放的是数组的地址。

array这个变量叫做引用变量，简称引用。之所以叫引用变量，是因为它其中存放的是地址。

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。
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

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", "!!!"};

• 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

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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。

【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。

1.3.2 遍历数组

使用 for-each 遍历数组

2. 数组是引用类型

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2.1 初识JVM的内存分布

JVM是Java虚拟机，所有的程序都会运行在JVM上面，JVM上会对内存进行划分。

1. 为什么要划分内存？
   可以对内存进行更好的管理。

2. 划分了哪些内存？
   

3. 为什么会有两个栈？
   JVM本身是由C和C++代码实现的一个软件，在JVM底层中势必会有一些C和C++代码实现的一些方法。
   本地方法栈： 会执行一些底层是由C/C++代码实现的方法。
   Java虚拟机栈：平时嘴里说的哪个“栈”

Java中，在栈上的这块内存，是不支持获取其地址的，这也体现出了Java的安全性。

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。

在方法中定义的变量，都是局部变量。array和 a 都是一个局部变量，array既是一个局部变量，又是一个引用变量，这并不冲突。

所有的局部变量都是存储在栈中的。

数组其实是一个对象，数组也是通过 new 关键字实例化出来的一个对象，所有的对象都是在堆中开辟一块内存，同样也会给array数组对象在堆中开辟一块内存，就用来存放这个数组对象的元素，此时这个对象一定是有地址的，在栈中的那块内存就是存放的这个对象的地址，array是一个引用，它就会通过这个地址，指向这个对象。

引用怎么去和对象关联起来呢？
引用去指向对象。（array这个引用指向了一个数组对象）

同样的，局部变量 a 也会在栈中开辟一块内存。但是，变量a只是一个普通的局部变量，它不是引用变量；所以，在栈这块内存中存放的就是a的值10，它不会再在堆里开辟一块内存给局部变量a.

array[0]=9；通过array这个引l用访问当前的这个对象的0下标。
array.length通过array这个引l用访问当前的这个对象的长度。

2.3 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]);}
}

定义一个array1是一个引用变量，会在栈上给array1开辟一块内存，同时array1 new了一个int[3]，new的对象都存储在堆上，同时会在堆上给这个对象开辟一块内存，大小长度是3，此时array1在栈上存储的就是array1 new 出的这个对象在堆上内存的地址，此时，array1 通过这个地址指向这个数组对象。创建数组array1，没有给数组元素设置初始值，默认每个位置都是0。

紧接着，分别给0、1、2下标的位置赋上值，此时0、1、2这三个下标对应的就不是0了，而是10、20、30。

下面来到array2，同array1一样，会给array2在栈上都分配一块内存，给array2new出来的这个对象在堆上开辟一块内存，将这些赋的初值存储在堆上，此时array2里面存储的是array2new出来的对象在堆中内存的地址，此时array2通过这个地址指向这个数组对象。唯一不同的就是array2赋有初值。
程序再往下走，将array2的0下标元素的值改成100，array2的1下标的元素的值改为200。

接下来，程序走到array1 = array2;我们知道array1 和 array2中存储的都是对应对象在堆上的地址。此时将array2的值赋给了array1，相当于将array2存储的地址赋给了array1，此时array1 和 array2 都同时指向了array2 new 出来的这个数组对象（array1这个引用 指向array2这个引用所指向的对象）。

此时就没有引用指向array1 new 出来的这个数组对象，在JVM中会有一个回收算法，这个算法会自动检测，如果发现这个对象一直没有引用 引用他，那么这个对象就会被JVM自动回收（C语言里面是通过free释放来回收的）。

程序再往下走，将下标2、3、4对应的元素的值分别赋值为300、400、500，此时改动的就是array2 这个引用 new 出来的数组对象。

当两个引用同时指向一个对象的时候，通过任何一个引用 都能修改这个对象的值。

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[] array2 = null;
System.out.println(array2[0]);
// 执行结果:
// Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException(空指针异常)
// at Test.main(Test.java:6)

代表array2这个引用不指向任何对象。

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.

总结： 如果将来代码报错空指针异常，那么，我们要做的是，找到这行代码的引用。判断这个引用为什么是空的。

3. 数组的应用场景

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代码：

public static int[] func1(int[] array){int[] ret = new int[array.length];for (int i = 0; i < array.length; i++) {ret[i] = array[i]*2;}return ret;
}
public static void main(String[] args) {int[] array = {1,2,3,4,5};int[] tmp = func1(array);System.out.println(Arrays.toString(array));System.out.println(Arrays.toString(tmp));
}

代码分析：
程序开始执行，从main函数开始执行，程序进来有一个array ,此时会在栈上给array这个引用开辟一块空间，同时给array这个引用new出来的数组对象在堆上开辟一块内存，并存储其初值，同时array这个引用指向这个对象。

接下来程序走到int[] tmp = func1(array);我们调用func1的时候，需要给func1在栈上开一个栈帧，此时开辟的栈帧也是叫array,但是这个array和上面的array不一样，此时作为方法传递，将实参array的值传给形参array，就意味着形参array就拿到了实参的值，他们两个都指向了这个数组对象。

接下来程序走到int[] ret = new int[array.length]; ret也是局部变量，也会在栈中为ret开辟内存，也会在堆中为ret new的这个数组对象开辟一块内存，此时引用ret存储了这个对象在堆中的地址，并且ret这个引用指向了这个对象。

然后通过for循环实现了将其扩大二倍，并存放在ret中，最后这个方法走完，返回ret.

此时回到main函数中，用tmp这个引用来接受ret. 此时，也会在栈中和堆中开辟一块内存，tmp中存放的就是ret所指向的对象的地址, 此时，ret引用和tmp引用都指向同一个数组对象。

但是，当func1这个函数结束的时候，就意味着回收局部变量的内存（回收array和ret）.

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代码1：

public static void funcc2(int[] array){array[0] = 99;
}
public static void main(String[] args) {int[] array = new int[]{1,2,3,4,5};funcc2(array);System.out.println(Arrays.toString(array));
}
// 输出结果：
// [99, 2, 3, 4, 5]

代码分析：

代码2：

public static void funcc1(int[] array){array = new int[]{9,8,7,6,5};
}
public static void main(String[] args) {int[] array = new int[]{1,2,3,4,5};funcc1(array);System.out.println(Arrays.toString(array));
}
// 输出结果:
// [1, 2, 3, 4, 5]

代码分析：

4. 数组练习

4.1 数组转字符串

import java.util.Arrays
int[] arr = {1,2,3,4,5,6};
String newArr = Arrays.toString(arr);
System.out.println(newArr);
// 执行结果
// [1, 2, 3, 4, 5, 6]

Java 中提供了 java.util.Arrays 包, 其中包含了一些操作数组的常用方法.

4.2 数组拷贝

import java.util.Arrays;
public static void func(){
// newArr和arr引用的是同一个数组
// 因此newArr修改空间中内容之后，arr也可以看到修改的结果int[] arr = {1,2,3,4,5,6};int[] newArr = arr;newArr[0] = 10;System.out.println("newArr: " + Arrays.toString(arr));
// 使用Arrays中copyOf方法完成数组的拷贝：
// copyOf方法在进行数组拷贝时，创建了一个新的数组
// arr和newArr引用的不是同一个数组arr[0] = 1;newArr = Arrays.copyOf(arr, arr.length);System.out.println("newArr: " + Arrays.toString(newArr));
// 因为arr修改其引用数组中内容时，对newArr没有任何影响arr[0] = 10;System.out.println("arr: " + Arrays.toString(arr));System.out.println("newArr: " + Arrays.toString(newArr));
// 拷贝某个范围.int[] newArr2 = Arrays.copyOfRange(arr, 2, 4);System.out.println("newArr2: " + Arrays.toString(newArr2));
}

4.3 数组比较

判断两个数组是否相等，不能使用 == 来判断，这样判断只是在比较这两个数组的地址是否一样，而不是在比较数组元素。
可以直接通过Arrays.equals（）方法来比较。

public static void main(String[] args) {int[] array = new int[]{1,2,3};int[] array2 = new int[]{1,2,3};System.out.println(array == array2);// falseSystem.out.println(Arrays.equals(array, array2));// true
}

4.4 数组排序（冒泡排序）

public static void bubbleSort(int[] array){for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {boolean flg = false;for (int j = 0; j < array.length-i-1; j++) {if(array[j+1] > array[j]){int tmp = 0;tmp = array[j];array[j] = array[j+1];array[j+1] = tmp;}}if(flg == false){return;}}}public static void main(String[] args) {int[] array = new int[]{10,9,8,6,2,7,3,6,4,6,1};bubbleSort(array);System.out.println(Arrays.toString(array));}

冒泡排序性能较低. Java 中内置了更高效的排序算法

public static void main(String[] args) {int[] arr = {9, 5, 2, 7};Arrays.sort(arr);System.out.println(Arrays.toString(arr));
}

5. 二维数组

定义方式：

    public static void main(String[] args) {int[][] array = {{1,2,3}, {4,5,6}};int[][] array2 = new int[][]{{1,2,3}, {4,5,6}};int[][] array3 = new int[2][3];}

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public static void main(String[] args) {int[][] array = {{1,2,3}, {4,5,6}};System.out.println(array[0]);System.out.println(array[1]);System.out.println(Arrays.toString(array[0]));System.out.println(Arrays.toString(array[1]));
}
// 输出结果：
// [I@4eec7777
// [I@3b07d329
// [1, 2, 3]
// [4, 5, 6]

输出的是地址，而不是元素。因为二维数组本质上是一维数组的数组。

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二维数组的每个元素是数组，需要用数组来接收：

public static void main(String[] args) {int[][] array = {{1,2,3}, {4,5,6}};for (int[] tmpArray : array) {for (int x : tmpArray) {System.out.print(x + " ");}System.out.println();}
}

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打印二维数组的每一个元素：

String ret = Arrays.deepToString(array);
System.out.println(array);