Java基础语法-第六节-数组

数组的概述

• 数组(Array)，是多个相同类型数据按一定顺序排列的集合，并使用一个名字命名，并通过编号的方式对这些数据进行统一管理。
• 数组的常见概念
  • 数组名
  • 下标(或索引)
  • 元素
  • 数组的长度
• 数组本身是引用数据类型，而数组中的元素可以是任何数据类型，包括基本数据类型和引用数据类型。
• 创建数组对象会在内存中开辟一整块连续的空间，而数组名中引用的是这块连续空间的首地址。
• 数组的长度一旦确定，就不能修改。
• 我们可以直接通过下标(或索引)的方式调用指定位置的元素，速度很快。
• 数组的分类：
  • 按照维度：一维数组、二维数组、三维数组、…
  • 按照元素的数据类型分：基本数据类型元素的数组、引用数据类型元素的数组(即对象数组)

一维数组

• 一维数组的声明方式：

type var[] 或 type[] var;
例如：int a[];
	int[] a1;
	double b[];
	String[] c; //引用类型变量数组

• Java语言中声明数组时不能指定其长度(数组中元素的数)， 例如： int a[5]; //非法

• 动态初始化：数组声明且为数组元素分配空间与赋值的操作分开进行

  int[] arr = new int[3];
  arr[0] = 3;
  arr[1] = 9;
  arr[2] = 8;
  或
  String names[];
  names = new String[3];
  names[0] = “钱学森”;
  names[1] = “邓稼先”;
  names[2] = “袁隆平”;    
  

• 静态初始化：在定义数组的同时就为数组元素分配空间并赋值。

  int arr[] = new int[]{ 3, 9, 8};或int[] arr = {3,9,8};
  String names[] = {“李四光”,“茅以升”,“华罗庚” }
  

• 定义并用运算符new为之分配空间后，才可以引用数组中的每个元素；

• 数组元素的引用方式：数组名[数组元素下标]

  • 数组元素下标可以是整型常量或整型表达式。如a[3] , b[i] , c[6*i];
  • 数组元素下标从0开始；长度为n的数组合法下标取值范围: 0 —>n-1；如int a[]=new int[3]; 可引用的数组元素为a[0]、a[1]、a[2]

• 每个数组都有一个属性length指明它的长度，例如：a.length 指明数组a的长度(元素个数)

  • 数组一旦初始化，其长度是不可变的

• 数组是引用类型，它的元素相当于类的成员变量，因此数组一经分配空间，其中的每个元素也被按照成员变量同样的方式被隐式初始化。例如：

  int a[]= new int[5];
  System.out.println(a[3]); //a[3]的默认值为0
  

  • 对于基本数据类型而言，默认初始化值各有不同
  • 对于引用数据类型而言，默认初始化值为null(注意与0不同！

  数组元素类型	元素的默认初始化值
  byte	0
  short	0
  int	0
  long	0L
  float	0.0F
  double	0.0
  char	0或写为'u0000'(表现为空)
  boolean	false
  引用类型	null

• Java中使用关键字new来创建数组

  • 如下是创建基本数据类型元素的一维数组

  int[] s;
  s = new int[10];
  //int[] s=new int[10];
  //基本数据类型数组在显式赋值之前，
  //Java会自动给他们赋默认值。
  for ( int i=0; i<10; i++ ) {
      s[i] =2*i+1;
      System.out.println(s[i]);
  }
  

  • 执行int[] s;后的内存变化

  

  • 执行s = new int[10];后的内存变化

  

  • 执行 s[i] =2*i+1;后的内存变化

  

//1.一维数组的声明和初始化
int[] ids;//声明
//1.1静态初始化：数组的初始化和元素的赋值操作同时进行
ids = new int[] {1001,1002,1003,1004};
//1.2动态初始化：数组的初始化和数组元素的赋值操作分开进行
String[] names = new String[5];
//错误的写法
//int[] arr1 = new int[];
//int[5] arr2 = new int[];
//int[] arr3 = new int[3]{1,2,3};
//总结：数组一旦初始化完成，其长度就基本确定了

//2.如何调用数组的指定位置的元素：通过下标的方式调用
//数组的下标(或索引)从0开始的，到数组的长度-1结束
names[0] = "zhangsan";
names[1] = "lisi";
names[2] = "wangwu";
names[3] = "liuliu";
names[4] = "zhaoyun";

//3.如何获取数组的长度。
//属性：length
System.out.println(names.length);//5
System.out.println(ids.length);//4

//4.如何遍历数组
System.out.println(names[0]);
System.out.println(names[1]);
System.out.println(names[2]);
System.out.println(names[3]);
System.out.println(names[4]);
for(int i = 0;i < names.length;i++) {
    System.out.println(names[i]);
}

//5.数组元素的默认初始化值
int[] arr = new int[4];
for(int i = 0;i < arr.length;i++) {
    System.out.println(arr[i]);//输出0
}
char[] arr1 = new char[4];
for(int i = 0;i < arr1.length;i++) {
    System.out.println((int)arr1[i]);//0
}

多维数值

• 对于二维数组的理解，我们可以看成是一维数array1又作为另一个一维数组array2的元素而存在。其实，从数组底层的运行机制来看，其实没有多维数组。

• 二维数组[][]：数组中的数组。初始化方法

  • 格式1（动态初始化）：int[][] arr = new int[3][2];

    • 定义了名称为arr的二维数组
    • 二维数组中有3个一维数组
    • 每一个一维数组中有2个元素
    • 一维数组的名称分别为arr[0], arr[1], arr[2]
    • 给第一个一维数组1脚标位赋值为78写法是：arr[0][1] = 78;
    • 格式2（动态初始化）：int[][] arr = new int[3][];
    • 二维数组中有3个一维数组。
    • 每个一维数组都是默认初始化值null (注意：区别于格式1）
    • 可以对这个三个一维数组分别进行初始化

    arr[0] = new int[3]; 
    arr[1] = new int[1]; 
    arr[2] = new int[2];
    

    • 注：int[][] arr = new int[][3]; //非法

  • 格式3（静态初始化）：int[][] arr = new int[][]{{3,8,2},{2,7},{9,0,1,6}};

    • 定义一个名称为arr的二维数组，二维数组中有三个一维数组
    • 每一个一维数组中具体元素也都已初始化
    • 第一个一维数组 arr[0] = {3,8,2};
    • 第二个一维数组 arr[1] = {2,7};
    • 第三个一维数组 arr[2] = {9,0,1,6};
    • 第三个一维数组的长度表示方式：arr[2].length;

• 注意特殊写法情况：int[] x,y[]; x是一维数组，y是二维数组。

• Java中多维数组不必都是规则矩阵形式

• 内存的解析

  

//1.一维数组的声明和初始化
int[] arr = new int[] {1,2,3};//一维数组
//静态初始化
int[][] arr1 = new int[][]{{1,2,3},{1,2},{1,2,3}};
//动态初始化1
String[][] arr2 = new String[3][2];
//动态初始化2
String[][] arr3 = new String[3][];
//错误的情况
//String[][] arr4 = new String[][4];
//String[4][3] arr5 = new String[][];
//int[][] arr6 = new int[4][3]{{1,2,3},{1,4,2},{1,2,3}};
//也是正确的
int[] arr4[] = new int[][]{{1,2,3},{1,2,3,4,5,6},{1,2,3}};
int[] arr5[] = {{1,2,3},{1,4,2},{1,2,3}};

//2.如何调用数组的指定位置的元素：
System.out.println(arr1[0][1]);//2
System.out.println(arr2[1][1]);//null
arr3[1] = new String[4];
System.out.println(arr3[1][0]);

//3.如何获取数组的长度
System.out.println(arr4.length);//3
System.out.println(arr4[0].length);//3
System.out.println(arr4[1].length);//6

//4.如何遍历数组
for (int i = 0; i < arr4.length; i++) {
    for (int j = 0; j < arr4[i].length; j++) {
        System.out.print(arr4[i][j]+" ");
    }
    System.out.println();
}

//5.数组元素的默认初始化值
int[][] arr9 = new int[4][3];
System.out.println(arr9);//[[I@15db9742  地址值，左边有两个[
System.out.println(arr9[0]);//[I@6d06d69c  地址值，左边有一个[
System.out.println(arr9[0][0]);//0
double[][] ar1 = new double[4][3];
System.out.println(ar1);//[[D@7852e922  地址值，左边有两个[
System.out.println(ar1[0]);//[D@4e25154f  地址值，左边有一个[
System.out.println(ar1[0][0]);//0.0
String[][] ar2 = new String[4][3];
System.out.println(ar2);//[[Ljava.lang.String;@70dea4e  地址值，左边有两个[
System.out.println(ar2[0]);//[Ljava.lang.String;@5c647e05  地址值，左边有一个[
System.out.println(ar2[0][0]);//null

String[][] ar3 = new String[4][];
System.out.println(ar3);//[[Ljava.lang.String;@33909752  地址值，左边有两个[
System.out.println(ar3[0]);//null 
//System.out.println(ar3[0][0]);//报错
double[][] ar4 = new double[4][];
System.out.println(ar4);//[[D@55f96302  地址值，左边有两个[
System.out.println(ar4[0]);//null
//System.out.println(ar4[0][0]);//报错

数组中涉及到的常见算法

• 数组元素的赋值(杨辉三角、回形数等)

  //杨辉三角
  /*
  * 1 
  * 1 1 
  * 1 2 1 
  * 1 3 3 1 
  * 1 4 6 4 1 
  * 1 5 10 10 5 1 
  * 1 6 15 20 15 6 1
  */
  //1.声明并初始化二维数组
  int[][] yangHui = new int[10][];
  //2.给数组的元素赋值
  for (int i = 0; i < yangHui.length; i++) {
      yangHui[i]= new int[i+1];
  
      //2.1给首末元素赋值
      yangHui[i][0] = yangHui[i][i]= 1;
      //2.2给每行的非首末元素赋值
      for (int j = 1; j < yangHui[i].length-1; j++) {
          yangHui[i][j]= yangHui[i-1][j-1] + yangHui[i-1][j]; 
      }
  }
  //3.遍历二维数组
  for (int i = 0; i < yangHui.length; i++) {
      for (int j = 0; j < yangHui[i].length; j++) {
          System.out.print(yangHui[i][j]+" ");
      }
      System.out.println();
  }
  //回形数
  /*
  *1   2   3   4 
  *12  13  14  5 
  *11  16  15  6 
  *10   9  8    7
  */
  int n = 4;
  int[][] arr = new int[n][n];
  int count = 0; //要显示的数据
  int maxX = n-1; //X轴的最大下标
  int maxY = n-1; //Y轴的最大下标
  int minX = 0; //X轴的最小下标
  int minY = 0; //Y轴的最小下标
  while(minX <= maxX) {
      for (int i = minX; i <= maxX; i++) {
          arr[minY][i] = ++count; 
      }
      minY++;
      for (int i = minY; i <= maxY; i++) {
          arr[i][maxX] = ++count; 
      }
      maxX--;
      for (int i = maxX; i >= minX; i--) {
          arr[maxY][i]= ++count;
      }
      maxY--;
      for (int i = maxY; i >= minY; i--) {
          arr[i][minX] = ++count;
      }
      minX++;
  }
  for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
      for (int j = 0; j < arr.length; j++) {
          String space = (arr[i][j] + " ").length() ==1 ? "0" : "";
          System.out.print(space + arr[i][j] + " " );
      }
      System.out.println();
  }
  

• 求数值型数组中元素的最大值、最小值、平均数、总和等

  //定义一个int型的一维数组，包含10个元素，分别赋一些随机整数，
  //然后求出所有元素的最大值，最小值，和值，平均值，并输出出来。
  //要求：所有随机数都是两位数。
  //初始化数组
  int[] arr = new int[10];
  for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
      arr[i] = (int)(Math.random() * (99 - 10 + 1) + 10); 
  }
  //遍历数组
  for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
      System.out.print(arr[i]+ " ");
  }
  System.out.println();
  //求数组的最大值
  int maxValue = arr[0];
  for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
      if(maxValue < arr[i]) {
          maxValue = arr[i];
      }
  }
  System.out.println("最大值: " + maxValue);
  //求数组元素的最小值
  int minValue = arr[0];
  for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
      if(minValue > arr[i]) {
          minValue = arr[i];
      }
  }
  System.out.println("最小值: " + minValue);
  //求数组元素的和
  int sum = 0;
  for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
      sum += arr[i];
  }
  System.out.println("和: " + sum);
  //求数组元素的平均数
  double avgValue = (double)sum/arr.length;
  System.out.println("平均数: " + avgValue);
  

• 数组的复制、反转、查找(线性查找、二分法查找)

  int[] arr1 = new int[] {1,2,3,4,5,6,7,8};
  //复制 
  int[] arr2 = new int[arr1.length];
  for (int i = 0; i < arr2.length; i++) {
      arr2[i]= arr1[i]; 
  }
  //反转
  for(int i = 0,j = arr1.length - 1;i < j;i++,j--) {
      int temp = arr1[i];
      arr1[i] = arr1[j];
      arr1[j] = temp;  
  }
  //查找
  //1.线性查找
  int dest = 6;//目标值
  int flag = false;
  for (int i = 0; i < arr1.length; i++) {
      if(arr1[i] == dest) {
          System.out.println("找到了，下标为："+i);
  		flag = true;
          break;
      }
  }
  if(flag){
       System.out.println("没找到");
  }
  //2.二分查找:前提是查找的数组必须是有序的
  int dest = 6;//目标值
  int left = 0;//初始的首索引
  int right = arr1.length - 1;//初始的末索引
  while(left < right) {
      int mid = (right + left) / 2;
      if(dest == arr1[mid]) {
          System.out.println("找到了，下标为："+i);
      }else if(arr1[mid] > dest) {
          right = mid - 1;
      }else {
          left = mid + 1;
      }
  }
  

• 数组元素的排序算法

  int[] arr = new int[] {1,5,9,3,8,7,6,4,2};
  //冒泡排序
  for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
      boolean flag = true;
      for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
          if(arr[j]> arr[j + 1]) {
              flag = false;
              int temp = arr[j];
              arr[j] = arr[j + 1];
              arr[j + 1] = temp;
          }
      }
      if(flag) {
          break;
      }
  }
  

Arrays工具类的使用

• java.util.Arrays类即为操作数组的工具类，包含了用来操作数组（比如排序和搜索）的各种方法。

  boolean equals(int[] a,int[] b)	判断两个数组是否相等。
  void fill(int[] a,int val)	将指定值填充到数组之中。
  void sort(int[] a)	对数组进行排序。
  String toString(int[] a)	输出数组信息。
  int binarySearch(int[] a,int key)	对排序后的数组进行二分法检索指定的值。

  //boolean equals(int[] a,int[] b)
  int[] arr = new int[] {1,2,3,4};
  int[] arr2 = new int[] {1,5,3,8};
  boolean isEquals = Arrays.equals(arr, arr2);
  System.out.println(isEquals);//false
  //void fill(int[] a,int val)
  Arrays.fill(arr, 0);
  //String toString(int[] a)
  System.out.println(Arrays.toString(arr));//[0, 0, 0, 0]
  //void sort(int[] a)
  Arrays.sort(arr2);
  System.out.println(Arrays.toString(arr2));//[1, 3, 5, 8]
  //int binarySearch(int[] a,int key)
  int index = Arrays.binarySearch(arr2, 5);
  System.out.println(index);//2
  

数组使用中的常见异常

数组脚标越界异常( ArrayIndexOutOfBoundsException)

int[] arr = new int[2];
System.out.println(arr[2]);
System.out.println(arr[-1]);
访问到了数组中的不存在的脚标时发生。

空指针异常(NullPointerException)

int[] arr = null;
System.out.println(arr[0]);
arr引用没有指向实体，却在操作实体中的元素时。

总结

/*
 * 一：数组的概述
 * 	1.数组(Array)，是多个相同类型数据按一定顺序排列的集合，并使用一个名字命名，并通过编号的方式对这些数据进行统一管理。
 * 	2.数组相关的概念
 * 		>数组名
 * 		>元素
 *  	>角标，下标，索引
 *  	>数组的长度，元素的个数
 *  3.数组的特点。
 *  	1)数组是有序排列的
 *  	2)数组属于引用数据类型的变量。数组的元素既可以是基本数据类型，也可以是引用数据类型
 *  	3)创建数组对象会在内存中开辟一整块连续的内存空间
 *  	4)数组的长度一旦确定，就不能改变
 *  4.数组的分类
 *  	①按照维数：一维数组，二维数组。。。
 *  	②按照数组元素的类型：基本数据类型元素的数组，引用数据类型元素的数组
 *  5.一维数组的使用
 *  	①一维数组的声明和初始化
 *  	②如何调用数组的指定位置的元素
 *  	③如何获取数组的长度
 *  	④如何遍历数组
 *  	⑤数组元素的默认初始化值
 *  		>数组元素是整型：0
 *  		>数组元素是浮点型：0.0
 *  		>数组元素是char型：0(ASCII码)或'u0000'
 *  		>数组元素是boolean型：false
 *  		>数组元素是引用数据型：null
 *  	⑥数组的内存解析
 *  6.二维数组的使用
 *  	对于二维数组的理解，我们可以看成是一维数组array1又作为另一个一维数组array2的元素而存在。
 *  	其实，从数组底层的运行机制来看，其实没有多维数组.
 *  	二维数组的元素分为外层数组的元素和内层数组的元素
 *  	int[][] arr = new int[4][3];
 *  	外层数组元素：arr[0],arr[1]等
 *  	内层数组元素：arr[0][0],arr[1][1]等
 *		①一维数组的声明和初始化
 *  	②如何调用数组的指定位置的元素
 *  	③如何获取数组的长度
 *  	④如何遍历数组
 *  	⑤数组元素的默认初始化值
 *  	针对与初始化方式一：例如：int[][] arr9 = new int[4][3];
 *  		外层元素的初始值为：地址值
 *  		内层元素的初始值为：与一维数组初始情况相同
 *  	针对于初始化方式二：例如：int[][] arr9 = new int[4][];	
 *  		外层元素的初始值为：null
 *  		内层元素的初始值为：不能调用，否则报错
 *  	⑥数组的内存解析
 */