JavaSE语法之五：数组的定义与使用（超详解！！！）

一、数组的概念

假设存5个学生的考试成绩，并进行输出，我们用之前掌握的知识点来写：

public class TestStudent{
	public static void main(String[] args){
		int score1 = 70;
		int score2 = 80;
		int score3 = 85;
		int score4 = 60;
		int score5 = 90;
		System.out.println(score1);
		System.out.println(score2);
		System.out.println(score3);
		System.out.println(score4);
		System.out.println(score5);
	}
}

假如存20个、100个同学的成绩呢？不仅非常麻烦，代码也非常冗余，我们仔细观察可以发现：所有成绩的类型都是相同的， 那就引出我们的数组。

1. 什么是数组

数组是用来存储一组相同类型的数据的，在内存中是一段连续的空间。

数组的存储：

1. 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；
3. 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/索引。

2. 数组的创建及初始化

【数组的创建】

//方式一：定义数组，同时进行初始化（用的最多！！！）
int[] array = {1,2,3,4,5,6};

//方式二：定义数组，new开辟内存同时进行初始化。
int[] array = new int[]{1,2,3,4,5,6,};

//方式三：只是分配了内存，没有进行初始化。大小是10，内容是0
int[] array = new int[10];

int[] array = new int[]{1,2,3,4,5,6,};

注意：

• 一般通过 new关键字 实例化对象；
• Java当中的数组，其实就是一个对象，所以Java中：一些皆对象；
• 在new的时候会生成一块内存，放12345，里面的编号是多少。

【数组的初始化】

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", "!!!"};

//也可以这样写
int[] array;
array = new int[]{1,2,3,4};

//不可以这样写，会报错
int[] array;
array = {1,2,3,4};

如果没有对数组进行初始化，数组中元素有其默认值

• 如果数组中储存元素为基类类型，默认值为基类类型对应的默认值，如：
  

• 如果数组元素存储元素类型为引用类型，默认值为null

3. 数组的使用

3.1 数组中元素的访问

	int[] array = {1,2,3,4,5};
	array[0] = 99; //修改第一个值
  System.out.println(array[0]); //99
  System.out.println(array[6]); //越界或负数，都会报数组越界异常ArrayIndexOutOfBoundsException
  System.out.println(array.length); //5 数组的长度

【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。

3.2 遍历数组

1. 可以一个一个的输出进行遍历
2. 也可以用for循环
   【方法1 】
   【代码】

	int[] array = {1,2,3,4,5,6};
//方法1：通过下标来访问
	for (int i = 0; i < array.length; i++) {
		System.out.println(array[i]);
}

【输出结果】

【方法2】
【代码】

//方法2：for-each：和下标没关系，数组中每个元素的类型的变量
	for (int x : array) {
		System.out.println(x);
}

【输出结果】

【方法3】
Java中有个类Arrays，是专门操作数组的。
【代码】

//方法3：用定义好的类
	String ret = Arrays.toString(array); //有String返回值，所以要接收一下，就在=左边定义String
	System.out.println(ret);

【输出结果】

其中：
在所有遍历方法的前面加上Arrays.sort(array);即可对数组里面的值进行排序.

二、数组是引用类型

1. 初始JVM的内存分布

程序最终都是保存在JVM里的,内存是一段连续的存储空间,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.

其中,JVM 也对使用的内存按照功能的不同进行了划分:

其中:

1. Java虚拟机栈(JVM Stack) :就是我们平常所说的栈.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: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写一些信息.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.
2. 堆: JVM所管理的最大内存区域,使用 new 创建的对象都是在对上保存,堆是对着程序开始而创建,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.
3. 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个区域.
4. 本地方法栈: 本地方法栈与虚拟机栈的作用类似,之不报保存的内容是Native方法的局部变量.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.
5. 程序计数器:只是一个很小的空间,保存下一条执行的指令地址.

关于数组为什么是引用类型变量?
为什么说数组array是引用类型的变量,因为他存了数组的地址

int[] array = {1,2,3};

1. 首先,有两块内存,一个是栈(Java虚拟机栈),一个是堆;
2. 只要是new什么,就是在堆里开辟内存,并且在堆里面开辟了一块内存,存储数组中new出来的内容(1,2,3);
3. array是局部变量,局部变量的内存在栈上,其中array存的是变量的地址0x111,我们把存了地址的变量叫做引用变量 .

【代码】

	int[] array = {1,2,3};
	System.out.println(array);

【运行结果】

其中:
① " I " 代表是一个整型数组;
② " @ " 符号作为分割;
③ 后面是一个16进制的数字,这个数字暂且代表地址.

2. 基本类型变量与引用变量的区别

基本数据类型变量：又称为基本变量，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。
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. 引用变量

1. int[] array2 = array1; 代表array2这个引用指向了array1这个引用所指向的对象！
2. 两个引用同时指向了一个对象
3. 通过其中任何一个引用，修改这个对象的值，另一个引用去访问的时候，也是被改变的

例1：

  	int[] array1 = {1,2,3,4};
        array1[0] = 99;

        int[] array2 = array1;
        array2[0] = 100;

        System.out.println(Arrays.toString(array1)); //100 2 3 4
        System.out.println(Arrays.toString(array2)); //100 2 3 4

如图:

由此可以看出:
int[] array2 = array1; 代表 array2这个引用 指向了array1这个引用 所指向的对象, array1 和 array2 二者指向一个对象.

例2：

	 public static void main(String[] args) {
        int[] array1 = {1,2,3,4};
        int[] array2 = {11,22,33,44};
        array1 = array2;
        array1[0] = 1888;
        System.out.println(Arrays.toString(array1)); // 1888 22 33 44
        System.out.println(Arrays.toString(array2)); // 1888 22 33 44
    }

由图可知：
①array1 = array2; 代表array1这个引用，指向了array2这个引用所指向的对象。array1之前的对象就没有任何变量用了，被系统回收；
②此时在0x1230中，两个引用同时指向一个对象；
③通过其中任何一个引用，修改0x123对象的值，另一个引用去访问的时候，也是会被改变的。

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; //此时arr这个引用，不指向任何对象
System.out.println(arr[0]);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
at Test.main(Test.java:6)

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.
注意：Java中并没有约定 null 和 0 号地址有关联。

三、数组的应用场景

1. 保存数据

//存储 1 2 3，并把1 2 3打印出来
int[] array = {1,2,3};

for(int i = 0;i <arr.length; i++){
	System.out.println(array[i] + " ");
 }
 

2. 作为函数的参数

2.1 参数传基本类型

形参的改变，不会影响到实参的值。

	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

执行过程如图：

我们发现在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 func1(int[] array) {
        array = new int[]{22,33,44};
    }
    public static void func2(int[] array) {
        array[0] = 999;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] array1 = {1,2,3,4};
        func1(array1);
        System.out.println(Arrays.toString(array1));  //[1, 2, 3, 4]
        
        int[] array2 = {1, 2, 3, 4};
        func2(array2);
        System.out.println(Arrays.toString(array2)); //[999, 2, 3, 4]

    }
}
//执行结果
[1, 2, 3, 4]
[999, 2, 3, 4]

执行过程：
当数组作为参数进行传递的时候，其实还是按值传递，只不过此时的值是一个地址！！那么就会出现两种情况：

关于func1()：形参修改指向

所以此代码，只是改变了形参的指向，并没有改变形参的指向，最后结果打印的是实参。

关于func2()：形参修改指向对象的值

此时，传递的是引用，我们通过引用修改了原来的值。

3. 作为函数的返回值

如：将数组的每个元素都扩大2倍。
方法：调用grow()方法，会给grow方法开辟一块内存

 //将数组的每个元素都扩大2倍！
    public static int[] grow(int[] array) {
    //遍历数组中的每个元素
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            array[i] = array[i]*2;
        }
        return array;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,2,3,5,9};
        int[] ret = grow(array);
        System.out.println(Arrays.toString(array)); //[2, 4, 6, 10, 18]
        System.out.println(Arrays.toString(ret));  //[2, 4, 6, 10, 18]
    } 

相当于在同一个对象上进行了修改。

四、二维数组

二维数组本质上也就是一堆数组，只不过每个元素 又是一个一维数组。
可以理解是两行。

【格式】
int[][] array = {{1,2,3} , {4,5,6}}; 两行三列
int[][] array = new int[][]{{1,2,3} , {4,5,6}};
int[][] array = new int[2][3];
不规则的二维数组：int[][] array = new int[2][]; 指定了是两行，没有指定列。

【代码】

//for循环的三组打印方式
public static void main(String[] args) {
	int[][] array = {{1,2,3},{4,5,6}};
  for (int i = 0;i < 2,i++) {
    for (int j = 0;j <3;j++) {
       System.out.println(array[i][j]);
    }
      System.out.println();

 }
  }

二维数组的用法和一维数组并没有明显差别，因此我们不再赘述。
同理， 还存在 “三维数组”，“四维数组” 等更复杂的数组, 只不过出现频率都很低。