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[Java知识库]【 JavaSE 】深入数组

前言

一维数组

前言

本章主要讲解：

一维数组的定义和使用
数组在内存的基本存储知识
二维数组的定义和使用
数组练习

一维数组

什么是数组：

数组本质上就是让我们能 "批量" 创建相同类型的变量（相同的类型）

注：特别是表示大量的数据，用数组非常便捷

创建一维数组

基本语法：

// 动态初始化
数据类型[] 数组名称 = new 数据类型 [] { 初始化数据 };
// 静态初始化
数据类型[] 数组名称 = { 初始化数据 };

示例：

int[] arr = new int[]{1, 2, 3};
int[] arr = new int[3];	// 默认元素为0
int[] arr = {1, 2, 3};

注：静态初始化的时候, 数组元素个数和初始化数据的格式要一致

一维数组的使用

示例：

int[] arr = {1, 2, 3};
// 获取数组长度（本身属性）
System.out.println("length: " + arr.length); // 执行结果: 3
// 访问数组中的元素
System.out.println(arr[1]); // 执行结果: 2
System.out.println(arr[0]); // 执行结果: 1
arr[2] = 100;
System.out.println(arr[2]); // 执行结果: 100

注意：

使用arr.length能够获取到数组的长度：. 这个操作为成员访问操作符（进行修改和读取）
使用[ ]按下标取数组元素, 下标从0开始计数（[]写在变量名前后都行）
下标访问操作不能超出有效范围 [0, length - 1] ，否则会出现下标越界
数组类型中 [] 内不能写数值

示例：遍历数组

//循环遍历
int[] arr = {1, 2, 3};
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    System.out.println(arr[i]);
}
//用 for-each 遍历
int[] arr = {1, 2, 3};
for (int x : arr) {
    System.out.println(x);
}
//使用 Arrays 类中的 toString 方法(toString的功能就是将当前的数组转换成字符串的形式返回)
// 使用 Arrays 类前先导入它的包
import java.util.Arrays;
public class TestDemo{
    public static void main(Strings[] args){
        int[] array = {1, 2, 3};
        String ret = Arrays.toString(array);
        System.out.println(ret);
    }
}
// 输出结果：[1, 2, 3]

数组作参数

认识 JVM 内存区域划分

一个 Java 文件的执行需要先通过编译变成字节码文件，字节码文件再通过 Java 虚拟机运行

?JVM 内存划分：

各区域作用：

程序计数器：是一个很小的空间，保存下一条执行的指令地址
Java 虚拟机栈：这就是我们平常说的栈，它重点是存储局部变量（如创建的数组的存储地址的引用就存在这里）
本地方法栈：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（?Java 中调用的一些 C++ 实现的函数）的局部变量
堆：这就是我们平常说的堆，是 JVM 所管理的最大的内存区，使用 new 创建的对象都是在堆上保存
方法区：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（方法编译出的字节码就是保存在这里）
运行时常量池：这个是方法区的一部分用来存放字面量（字符串常量）与符号引用（注意：从 JDK 1.8 开始，运行时常量池在堆上）

数组做参数基本用法

结论：数组为引用类型，数组做参数传递的是地址

示例：打印数组内容

public static void main(String[] args) {
    int[] arr = {1, 2, 3};
    printArray(arr);
}
public static void printArray(int[] a) {
    for (int x : a) {
        System.out.println(x);
    }
}
//int[] a 是函数的形参, int[] arr 是函数实参

理解引用类型

示例：参数传内置类型

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

注：修改形参 x 的值, 不影响实参的 num 值（形参是实参的一份临时拷贝：开辟另一个空间来存实参的内容，修改形参与实参无关）

示例：参数传数组类型

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

注：此时数组名 arr 是一个 "引用" ：当传参的时候, 是按照引用传参（找到对应元素空间，直接对元素内容）

简单类比：引用相当于一个 "别名", 也可以理解成一个指针

创建一个引用只是相当于创建变量来保存一个整数, 这个整数表示内存中的一个地址

图解：对于上述例题

而修改 a[0]是根据 0x100 这样的地址找到对应的内存位置, 将内容改成 100

注：传地址可以避免对整个数组的拷贝(特别是长数组, 拷贝开销会很大）

认识 null

null 在 Java 中表示 "空引用" , 也就是一个无效的引用(不能进行访问)

作用类似C语言中NULL (空指针), 都是表示一个无效的内存位置，但Java并没有约定 null 和 0 号地址的内存有任何关联

示例：

int[] arr = null;
System.out.println(arr[0]);//err

数组作为方法的返回值

示例：写一个方法, 将数组中的每个元素都 * 2

// 直接修改原数组
class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3};
        transform(arr);
        printArray(arr);
    }
    public static void printArray(int[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.println(arr[i]);
        }
    }
    public static void transform(int[] arr) {
    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
        arr[i] = arr[i] * 2;
        }
    }
}
//破坏原有数组

// 返回一个新的数组
class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3};
        int[] output = transform(arr);
        printArray(output);
    }
    public static void printArray(int[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.println(arr[i]);
        }
    }
    public static int[] transform(int[] arr) {
        int[] ret = new int[arr.length];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            ret[i] = arr[i] * 2;
        }
    return ret;
    }
}
//返回的时候只是将这个数组的首地址返回给函数调用者, 没有拷贝数组内容, 从而比较高效

二维数组

二维数组本质上也就是一维数组, 只不过每个元素又是一个一维数组

基本语法：

数据类型[][] 数组名称 = new 数据类型 [行数][列数] { 初始化数据 };

示例：

int[][] arr = {
    {1, 2, 3, 4},
    {5, 6, 7, 8},
    {9, 10, 11, 12}
};
for (int row = 0; row < arr.length; row++) {
    for (int col = 0; col < arr[row].length; col++) {
        System.out.printf("%d\t", arr[row][col]);
    }
    System.out.println("");
}
// 执行结果
1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12

注意：在 Java 当中的二维数组不能省略行，但可以省略列

示例：

int[][] array = new int[2][];

注意：但需要正常打印前，需要初始化，不然二维数组元素都为 null

//不规则二维数组(列是不确定)
int[][] array = new int[2][];
array[0] = new int[4];
array[1] = new int[2];
System.out.println(Arrays.deepToString(array));
//打印结果为：[[0, 0, 0, 0], [0, 0]]

二维数组的长度

示例：

int[][] array = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
System.out.println(array.length);//array为整个二维数组
//输出结果：2（两个元素）
System.out.println(array[0].length);//array[0]为二维数组第一个元素，即一维数组
System.out.println(array[1].length);
// 输出结果：3 3

注：对于不规则二维数组求长度同样适用

二维数组的遍历

//使用 for 循环遍历打印
int[][] array = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
for(int i = 0; i < array.length; i++){
    for(int j = 0; j < array[0].length; j++){
        System.out.println(arrat[i][j] + " ");
    }
}
//使用 for-each 遍历打印
int[][] array = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
for(int[] arr : array){//二维数组的元素为一维数组，即int[] arr
    for(int x : arr){//一维数组的元素为int元素，即int x
        System.out.println(x);
    }
}
//使用 Arrays.deepToString 打印
int[][] array = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
System.out.println(Arrays.deepToString(array));

数组练习

例题1：数组转字符串（模拟实现 toString ）

示例：

public static String myToString(int[] array){
    String str = "[";
    for(int i = 0; i < array.length; i++){
        if(i == 0){
            str +=array[i];
        }else{
            str +=", " + array[i];
        }
    }
    str += "]";
    return str;
}
//如果还想完善的话，注意数组长度为0或者数组为 null 的情况

例题2：数组拷贝

示例1：

// for 循环拷贝
public static int[] copyArray(int[] array){
    int[] newArray = new int[array.length];
    for(int i = 0; i < array.length; i++){
        newArray[i] = array[i];
    }
    return newArray;
}

示例2：

//使用 Array 包的工具类
//copyOf(原数组，要返回的副本的长度)方法
int[] array = {1, 2, 3};
int[] ret1 = Arrays.copyOf(array ,array.length);
System.out.println(Arrays.toString(ret1));
//copyOfRange(原数组，起始索引值，终点索引值的后一个值)方法
//这里的起点和终点(下标)范围是一个左闭右开区间，如下示例范围为：[1,3) （java中大部分都是如此）
int[] ret2 = Arrays.copyOfRange(array ,1, 3);
System.out.println(Arrays.toString(ret2));
// 输出结果：[2, 3]

示例3：

//本地方法（native） arraycopy(原数组（src）,原数组的起始位置（srcPos）,目的数组（dest）,目的数组（dest）的起始位置（destPos）)
int[] array = {1, 2, 3};
int[] ret3 = new int[array.length];// length 不能超过原数组的长度,否则越界
System.arraycopy(array, 0, ret5, 0, array.length);
System.out.println(Arrays.toString(ret3));
// 输出结果：[1, 2, 3]

示例4：

//调用对象的 clone() 方法
int[] array = {1, 2, 3};
int[] ret4 = array.clone();
System.out.println(Arrays.toString(ret4));
// 输出结果：[1, 2, 3]

对于拷贝有深浅之分：

深拷贝：拷贝数组的数据（基本数据类型），修改拷贝数组不改变原数组数据

浅拷贝：拷贝数组的地址（引用类型），修改拷贝数组改变原数组数据

例题3：找数组中的最大元素

示例：

public static void main(String[] args){
    int[] array = {1,4,5,9,2};
    System.out.println(maxNum(array));
}
public static int maxNum(int[] array){
    int max = array[0];
    for(int i = 1; i < array.length; i++){
        if(array[i] > max){
            max = array[i];
        }
    }
    return max;
}

例题4：查找数组中指定元素（顺序查找）

示例：

public static int findNum(int[] array, int x){
    for(int i = 0; i < array.length; i++){
        if(array[i] == x){
            return i;
        }
    }
    return -1;
}

例题5：检查数组的有序性（升序数组）

示例：

public static boolean isSorted(int[] array){
    for(int i = 0; i < array.length - 1; i++){
        if(array[i] > array[i+1]){
            return false;
        }
    }
    return true;
}

例题6：数组排序（冒泡排序）

示例：

public static void dubbleSort(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] > array[j + 1]){
                int tmp = array[j];
                array[j] = array[ j + 1];
                array[j  + 1] = tmp;
                flg = true;
            }
        }
        if(flg == true){
            break;
        }
    }
}

例题7：数组数字排序（偶数放在数组前半部分，将所有的奇数放在后半部分）

示例：

public static void sort(int[] array){
    int left = 0;
    int right = array.length - 1;
    while(left < right){
        while(left < right && array[left] % 2 == 0){
            left++;
        }
        while(left < right && array[right] % 2 != 0){
            right--;
        }
        if(left < right){
            int tmp =array[left];
            array[left] = array[right];
            array[right] =tmp;   
        }
    }
}