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一、数组定义和访问

1.1 容器的概念

  • 容器：是将多个数据存储到一起，每个数据称为该容器的元素。
  • 生活中的容器： 水杯，衣柜，教室等。

1.2 数组的概念

数组：就是存储数据长度固定的容器，保证多个数据的数据类型要一致。

1.3 数组的特点

  • 数组是一种引用数据类型
  • 数组当中的多个数据，类型必须统一
  • 数组的长度在程序运行期间不可改变

1.3 数组的定义（初始化）

  • 数组的初始化：在内存当中创建一个数组，并且向其中赋予一些默认值。

  • 两种常见的初始化方式：

    1. 动态初始化（指定长度）
    2. 静态初始化（指定内容）

1.3.1 动态初始化（指定长度）

在创建数组的时候，直接指定数组当中的数据元素个数。

  • 格式：

    数组存储的数据类型[] 数组名字 = new 数组存储的数据类型[长度];

  • 格式详解：

    • 数组存储的数据类型： 创建的数组容器可以存储的数据类型。
    • [] : 表示数组。
    • 数组名字：为定义的数组起个变量名，满足标识符规范，可以使用名字操作数组。
    • new：关键字，创建数组使用的关键字。
    • [长度]：数组的长度，表示数组容器中可以存储多少个元素。

    PS：数组有定长特性，长度一旦指定，不可更改。

    ​ 和水杯道理相同，买了一个2升的水杯，总容量就是2升，不能多也不能少。

  • 举例：

    定义可以存储3个整数的数组容器，代码如下：

    int[] arr = new int[3];

1.3.2 静态初始化（指定内容）

在创建数组的时候，不直接指定数据个数多少，而是直接将具体的数据内容进行指定。

  • 基本格式：

    数据类型[] 数组名 = new 数据类型[]{元素1,元素2,元素3...};

    • 举例：

      定义存储1，2，3，4，5整数的数组容器。

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

使用静态初始化数组的时候，格式还可以省略一下。

  • 省略格式：

    数据类型[] 数组名 = { 元素1, 元素2, ... };

    • 举例：

      定义存储1，2，3，4，5整数的数组容器

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

1.3.3 定义的注意事项

  • 静态初始化没有直接指定长度，但是仍然会自动推算得到长度。
  • 静态初始化标准格式可以拆分成为两个步骤。
  • 动态初始化也可以拆分成为两个步骤。
  • 静态初始化一旦使用省略格式，就不能拆分成为两个步骤了。
  • 如果不确定数组当中的具体内容，用动态初始化；否则，已经确定了具体的内容，用静态初始化。 
public class Demo03Array {
   

    public static void main(String[] args) {
   
        // 省略格式的静态初始化
        int[] arrayA = {
    10, 20, 30 };

        // 静态初始化的标准格式，可以拆分成为两个步骤
        int[] arrayB;
        arrayB = new int[] {
    11, 21, 31 };

        // 动态初始化也可以拆分成为两个步骤
        int[] arrayC;
        arrayC = new int[5];

        // 静态初始化的省略格式，不能拆分成为两个步骤。
// int[] arrayD;
// arrayD = { 10, 20, 30 };
    }
}

1.4 数组的访问

直接打印数组名称，得到的是数组对应的：内存地址哈希值，故我们需要通过索引来获取数组的值。

  • 索引： 每一个存储到数组的元素，都会自动的拥有一个编号，从0开始，一直到“数组的长度-1”为止。这个自动编号称为数组索引(index)，可以通过数组的索引访问到数组中的元素。

  • 格式：

    数组名[index]

  • 数组的长度属性：每个数组都具有长度，而且是固定的，Java中赋予了数组的一个属性，可以获取到数组的长度，语句为： 数组名.length ，属性length的执行结果是数组的长度，int类型结果。由此可以推断出，数组的最大索引值为 数组名.length-1 。

    public static void main(String[] args) {
      
    int[] arr = new int[]{
     1,2,3,4,5}; //打印数组的长度属性，输出结果是5 
    System.out.println(arr.length); 
}

  • 索引访问数组中的元素：

    • 数组名[索引]=数值，为数组中的元素赋值
    • 变量=数组名[索引]，获取出数组中的元素 
    public static void main(String[] args) {
      
    //定义存储int类型数组，赋值元素1，2，3，4，5 
    int[] arr = {
     1,2,3,4,5}; 
    //为0索引元素赋值为6 
    arr[0] = 6; 
    //获取数组0索引上的元素 
    int i = arr[0]; 
    System.out.println(i); 
    //直接输出数组0索引元素 
    System.out.println(arr[0]); 
}

1.5 数组初始化的默认值

public class Demo05ArrayUse {
   

    public static void main(String[] args) {
   
        // 动态初始化一个数组
        int[] array = new int[3];

        System.out.println(array); // 内存地址值
        System.out.println(array[0]); // 0
        System.out.println(array[1]); // 0
        System.out.println(array[2]); // 0
        System.out.println("=================");

        // 将数据123赋值交给数组array当中的1号元素
        array[1] = 123;
        System.out.println(array[0]); // 0
        System.out.println(array[1]); // 123
        System.out.println(array[2]); // 0
    }
}

  • 使用动态初始化数组的时候，其中的元素将会自动拥有一个默认值。规则如下：

    • 如果是整数类型，那么默认为0；
    • 如果是浮点类型，那么默认为0.0；
    • 如果是字符类型，那么默认为'\u0000'；
    • 如果是布尔类型，那么默认为false；
    • 如果是引用类型，那么默认为null。

  • 静态初始化其实也有默认值的过程，只不过系统自动马上将默认值替换成为了大括号当中的具体数值。

二、数组原理内存图

2.1 内存概述

内存是计算机中的重要原件，临时存储区域，作用是运行程序。我们编写的程序是存放在硬盘中的，在硬盘中的程序是不会运行的，必须放进内存中才能运行，运行完毕后会清空内存。

Java虚拟机要运行程序，必须要对内存进行空间的分配和管理。

2.2 Java虚拟机的内存划分

为了提高运算效率，就对空间进行了不同区域的划分，因为每一片区域都有特定的处理数据方式和内存管理方式。

  • JVM的内存划分：
    • 栈（Stack）: 存放都是方法中的局部变量。方法的运行一定要在栈当中运行。
      • 局部变量：方法放入参数，或者是方法{}内部的变量
      • 作用域：一旦超出作用域，立刻从栈内存当中消失。
    • 堆（Heap）: 存储对象或者数组，凡是new出来的，都存储在堆内存中。
      • 堆内存里面的东西都有一个地址值：16 进制
      • 堆内存里面的数据，都有默认值。规则：
        • 如果是整数类型，那么默认为0；
        • 如果是浮点类型，那么默认为0.0；
        • 如果是字符类型，那么默认为'\u0000'；
        • 如果是布尔类型，那么默认为false；
        • 如果是引用类型，那么默认为null。
    • 方法区（Method Area）: 存储 .class 相关的信息，包含方法的信息。
    • 本地方法栈（Native Method Stack）: 与操作系统相关。
    • 寄存器（pc register）: 与CPU相关。

2.3 数组在内存中的存储

2.3.1 一个数组内存图

public class Demo01ArrayOne {
   

    public static void main(String[] args) {
   
        int[] array = new int[3]; // 动态初始化
        System.out.println(array); // 地址值
        System.out.println(array[0]); // 0
        System.out.println(array[1]); // 0
        System.out.println(array[2]); // 0
        System.out.println("==============");

        // 改变数组当中元素的内容
        array[1] = 10;
        array[2] = 20;
        System.out.println(array); // 地址值
        System.out.println(array[0]); // 0
        System.out.println(array[1]); // 10
        System.out.println(array[2]); // 20
    }
}
  • 程序执行流程:
    1. main方法进入方法栈执行
    2. 创建数组，JVM会在堆内存中开辟空间，存储数组
    3. 数组在内存中会有自己的内存地址，以十六进制数表示
    4. 数组中有3个元素，默认值 0
    5. JVM将数组的内存地址赋值给引用类型变量array
    6. 变量array保存的是数组内存中的地址，而不是一个具体是数值，因此称为引用数据类型。
    7. 为array[1]和array[2]赋值。其地址不变，值改变。

2.3.2 两个数组内存图

package day05.demo02;

public class Demo02ArrayTwo {
   

    public static void main(String[] args) {
   
        int[] arrayA = new int[3];
        System.out.println(arrayA); // 地址值
        System.out.println(arrayA[0]); // 0
        System.out.println(arrayA[1]); // 0
        System.out.println(arrayA[2]); // 0
        System.out.println("==============");

        arrayA[1] = 10;
        arrayA[2] = 20;
        System.out.println(arrayA); // 地址值
        System.out.println(arrayA[0]); // 0
        System.out.println(arrayA[1]); // 10
        System.out.println(arrayA[2]); // 20
        System.out.println("==============");

        int[] arrayB = new int[3];
        System.out.println(arrayB); // 地址值
        System.out.println(arrayB[0]); // 0
        System.out.println(arrayB[1]); // 0
        System.out.println(arrayB[2]); // 0
        System.out.println("==============");

        arrayB[1] = 100;
        arrayB[2] = 200;
        System.out.println(arrayB); // 地址值
        System.out.println(arrayB[0]); // 0
        System.out.println(arrayB[1]); // 100
        System.out.println(arrayB[2]); // 200
    }
}

2.3.3 两个变量指向一个数组

package day05.demo02;

public class Demo03ArraySame {
   

    public static void main(String[] args) {
   
        int[] arrayA = new int[3];
        System.out.println(arrayA); // 地址值
        System.out.println(arrayA[0]); // 0
        System.out.println(arrayA[1]); // 0
        System.out.println(arrayA[2]); // 0
        System.out.println("==============");

        arrayA[1] = 10;
        arrayA[2] = 20;
        System.out.println(arrayA); // 地址值
        System.out.println(arrayA[0]); // 0
        System.out.println(arrayA[1]); // 10
        System.out.println(arrayA[2]); // 20
        System.out.println("==============");

        // 将arrayA数组的地址值，赋值给arrayB数组
        int[] arrayB = arrayA;
        System.out.println(arrayB); // 地址值
        System.out.println(arrayB[0]); // 0
        System.out.println(arrayB[1]); // 10
        System.out.println(arrayB[2]); // 20
        System.out.println("==============");

        arrayB[1] = 100;
        arrayB[2] = 200;
        System.out.println(arrayB); // 地址值
        System.out.println(arrayB[0]); // 0
        System.out.println(arrayB[1]); // 100
        System.out.println(arrayB[2]); // 200
    }
}

三、数组的常见操作

3.1 数组越界异常

如果访问数组元素的时候，索引编号并不存在，那么将会发生数组索引越界异常 ArrayIndexOutOfBoundsException

public static void main(String[] args) {
    
    int[] arr = {
   1,2,3}; 
    System.out.println(arr[3]); 
}

创建数组，赋值3个元素，数组的索引就是0，1，2，没有3索引，因此我们不能访问数组中不存在的索引，程序运行后，将会抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException 数组越界异常。在开发中，数组的越界异常是不能出现的，一 旦出现了，就必须要修改我们编写的代码。

3.2 数组空指针异常

所有的引用类型变量，都可以赋值为一个null值。但是代表其中什么都没有。

数组必须进行new初始化才能使用其中的元素。如果只是赋值了一个null，没有进行new创建，
那么将会发生：空指针异常 NullPointerException

public static void main(String[] args) {
    
    int[] arr = {
   1,2,3}; 
    arr = null; 
    System.out.println(arr[0]);
｝

arr = null 这行代码，意味着变量arr将不会在保存数组的内存地址，也就不允许再操作数组了，因此运行的时候会抛出 NullPointerException 空指针异常。在开发中，数组的越界异常是不能出现的，一旦出现了，就必须要修改我们编写的代码。

空指针异常在内存图中的表现

3.3 数组长度

  • 如何获取数组的长度，

    格式：数组名称.length ，这将会得到一个int数字，代表数组的长度。

public class Demo03ArrayLength {
   

    public static void main(String[] args) {
   
        int[] arrayA = new int[3];

        int[] arrayB = {
   10, 20, 30, 3, 5, 4, 6, 7, 8, 8, 65, 4, 44, 6, 10, 3, 5, 4, 6, 7, 8, 8, 65, 4};
        int len = arrayB.length;
        System.out.println("arrayB数组的长度是：" + len);
        System.out.println("=============");

        int[] arrayC = new int[3];
        System.out.println(arrayC.length); // 3
        arrayC = new int[5];
        System.out.println(arrayC.length); // 5
    }

}

注意：数组一旦创建，程序运行期间，长度不可改变。

  • 上述程序的内存图

3.4 数组遍历【重点】

  • 数组遍历： 就是将数组中的每个元素分别获取出来，就是遍历。遍历也是数组操作中的基石。

    public static void main(String[] args) {
      
    int[] arr = {
      1, 2, 3, 4, 5 }; 
    System.out.println(arr[0]); 
    System.out.println(arr[1]); 
    System.out.println(arr[2]); 
    System.out.println(arr[3]); 
    System.out.println(arr[4]); 
}

    以上代码是可以将数组中每个元素全部遍历出来，但是如果数组元素非常多，这种写法肯定不行，因此我们需要改造成循环的写法。数组的索引是 0 到 lenght-1 ，可以作为循环的条件出现。

    public static void main(String[] args) {
     
    int[] arr = {
      1, 2, 3, 4, 5 }; 
    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
     
        System.out.println(arr[i]);
    } 
}

3.5 数组获取最大值元素

  • 最大值获取：从数组的所有元素中找出最大值。
  • 实现思路：
    • 定义变量，保存数组 0 索引上的元素
    • 遍历数组，获取出数组中的每个元素
    • 将遍历到的元素和保存数组 0 索引上值的变量进行比较
    • 如果数组元素的值大于了变量的值，变量记录住新的值
    • 数组循环遍历结束，变量保存的就是数组中的最大值 
public class Demo05ArrayMax {
   

    public static void main(String[] args) {
   
        int[] array = {
    5, 15, 30, 20, 10000, 30, 35 };

        int max = array[0]; // 比武擂台
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
   
            // 如果当前元素，比max更大，则换人
            if (array[i] > max) {
    // 获取最小值，将大于号改成小于号即可
                max = array[i];
            }
        }
        // 谁最后最厉害，就能在max当中留下谁的战斗力
        System.out.println("最大值：" + max);
    }
}
  • 比武招亲的示意图

3.6 数组反转

  • 数组的反转： 数组中的元素颠倒顺序，例如原始数组为1,2,3,4,5，反转后的数组为5,4,3,2,1
  • 实现思想：数组最远端的元素互换位置。
    • 实现反转，就需要将数组最远端元素位置交换
    • 定义两个变量，保存数组的最小索引和最大索引
    • 两个索引上的元素交换位置 （利用第三方变量）
    • 最小索引++，最大索引–，再次交换位置
    • 最小索引超过了最大索引，数组反转操作结束 

/* 数组元素的反转： 本来的样子：[1, 2, 3, 4] 之后的样子：[4, 3, 2, 1] 要求不能使用新数组，就用原来的唯一一个数组。 */
public class Demo07ArrayReverse {
   

    public static void main(String[] args) {
   
        int[] array = {
    10, 20, 30, 40, 50 };

        // 反转前，遍历数组
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
   
            System.out.println(array[i]);
        }
        System.out.println("============");

        /* 初始化语句：int min = 0, max = array.length - 1 条件判断：min < max 步进表达式：min++, max-- 循环体：用第三个变量倒手 */
        for (int min = 0, max = array.length - 1; min < max; min++, max--) {
   
            int temp = array[min];
            array[min] = array[max];
            array[max] = temp;
        }

        // 反转后，遍历数组
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
   
            System.out.println(array[i]);
        }
    }
}

四、数组作为方法参数和返回值

4.1 数组作为方法参数

  • 数组作为方法参数传递，传递的参数是数组内存的地址。

    public static void main(String[] args) {
      
    int[] arr = {
      1, 3, 5, 7, 9 }; 
    //调用方法，传递数组 
    printArray(arr); 
}
/* 创建方法，方法接收数组类型的参数 进行数组的遍历 */
public static void printArray(int[] arr) {
      
    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
      
        System.out.println(arr[i]); 
    } 
}

  • 上述程序内存图：

4.2 数组作为方法返回值

一个方法可以有0、1、多个参数；但是只能有0或者1个返回值，不能有多个返回值。如果希望一个方法当中产生了多个结果数据进行返回，怎么办？

解决方案：使用一个数组作为返回值类型即可，因为任何数据类型都能作为方法的参数类型，或者返回值类型。

  • 数组作为方法的返回值，返回的是数组的内存地址 。

    public static void main(String[] args) {
     
    //调用方法，接收数组的返回值 
    //接收到的是数组的内存地址 
    int[] arr = getArray(); 
    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
      
        System.out.println(arr[i]); 
    } 
}
/* 创建方法，返回值是数组类型 return返回数组的地址 */
public static int[] getArray() {
      
    int[] arr = {
      1, 3, 5, 7, 9 }; 
    //返回数组的地址，返回到调用者 
    return arr; 
}

  • 上述程序内存图：

4.3 方法放入参数类型区别

  1. 分析下列程序代码，计算输出结果。

    public static void main(String[] args) {
      
    int a = 1; 
    int b = 2; 
    System.out.println(a); 
    System.out.println(b); 
    change(a, b); 
    System.out.println(a); 
    System.out.println(b); 
}
public static void change(int a, int b) {
      
    a = a + b; 
    b = b + a; 
}

  1. 分析下列程序代码，计算输出结果。

    public static void main(String[] args) {
     
    int[] arr = {
     1, 3, 5};
    System.out.println(arr[0]);
    change(arr);
    System.out.println(arr[0]);
}

public static void change(int[] arr) {
     
    arr[0] = 200;
}

    ​

总结:

  1. 方法的参数为基本类型时,传递的是数据值。
  2. 方法的参数为引用类型时,传递的是地址值