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数组的定义与使用
【本节目标】
- 理解数组基本概念
- 掌握数组的基本用法
- 数组与方法互操作
- 熟练掌握数组相关的常见问题和代码
1. 数组的基本概念
1.1 为什么要使用数组
假设现在要存5个学生的javaSE考试成绩，并对其进行输出，按照之前掌握的知识点，我么会写出如下代码：
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); } } 上述代码没有任何问题，但不好的是：如果有20名同学成绩呢，需要创建20个变量吗？有100个学生的成绩那不得
要创建100个变量。仔细观察这些学生成绩发现：所有成绩的类型都是相同的，那Java中存在可以存储相同类型多
个数据的类型吗？这就是本节要将的数组。
1.2 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。比如现实中的车库
在java中，包含6个整形类型元素的数组，就相当于上图中连在一起的6个车位，从上图中可以看到：
- 数组中存放的元素其类型相同
- 数组的空间是连在一起的
- 每个空间有自己的编号，其实位置的编号为0，即数组的下标。
那在程序中如何创建数组呢？
1.3 数组的创建及初始化
1.3.1 数组的创建
T[]name=new[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 1.3.2 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。
- 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[n]; - 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
int[]array={1,2,3,4,5}; 语法格式： 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", "!!!"}; 数组也可以按照如下C语言个数创建，不推荐
/* 该种定义方式不太友好，容易造成数组的类型就是int的误解 []如果在类型之后，就表示数组类型，因此int[]结合在一块写意思更清晰 */ int arr[] = {1, 2, 3}; 静态和动态初始化也可以分为两步，但是省略格式不
int[] array1; array1 = new int[10]; int[] array2; array2 = new int[]{10, 20, 30}; // 注意省略格式不可以拆分, 否则编译失败 // int[] array3; // array3 = {1, 2, 3}; 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
1.4 数组的使用
1.4.1 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。比如：
int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50}; System.out.println(array[0]); System.out.println(array[1]); System.out.println(array[2]); System.out.println(array[3]); System.out.println(array[4]); // 也可以通过[]对数组中的元素进行修改 array[0] = 100; System.out.println(array[0]); 【注意事项】
- 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
- 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。
int[] array = {1, 2, 3}; System.out.println(array[3]); // 数组中只有3个元素，下标一次为：0 1 2，array[3]下标越界 // 执行结果 Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100 at Test.main(Test.java:4) 抛出了 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException 异常. 使用数组一定要下标谨防越界.
1.4.2 遍历数组
所谓 “遍历” 是指将数组中的所有元素都访问一遍, 访问是指对数组中的元素进行某种操作，比如：打印。
int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50}; System.out.println(array[0]); System.out.println(array[1]); System.out.println(array[2]); System.out.println(array[3]); System.out.println(array[4]); 上述代码可以起到对数组中元素遍历的目的，但问题是：
- 如果数组中增加了一个元素，就需要增加一条打印语句
- 如果输入中有100个元素，就需要写100个打印语句
- 如果现在要把打印修改为给数组中每个元素加1，修改起来非常麻烦
通过观察代码可以发现，对数组中每个元素的操作都是相同的，则可以使用循环来进行打印。
int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50}; for(int i = 0; i < 5; i++){ System.out.println(array[i]); } 改成循环之后，上述三个缺陷可以全部2和3问题可以全部解决，但是无法解决问题1。那能否获取到数组的长度
呢？
注意：在数组中可以通过 数组对象.length 来获取数组的长度
int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50}; for(int i = 0; i < array.length; i++){ System.out.println(array[i]); } 也可以使用 for-each 遍历数组
int[] array = {1, 2, 3}; for (int x : array) { System.out.println(x); } for-each 是 for 循环的另外一种使用方式. 能够更方便的完成对数组的遍历. 可以避免循环条件和更新语句写错
第一小节补充
动态数组初始化与大括号赋值是冲突的；
静态数组初始化限定了数组的大小；
。
数组初始化可以用变量表示大小；
但是数组大小一旦确定，变量再变数组大小都不会再变
除了上面两种遍历数组的方式，还有一种将数组转化字符串的方式：
Arrays.toString(name); 2. 数组是引用类型
2.1 初始JVM的内存分布
内存是一段连续的存储空间，主要用来存储程序运行时数据的。比如：
- 程序运行时代码需要加载到内存
- 程序运行产生的中间数据要存放在内存
- 程序中的常量也要保存
- 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
如果对内存中存储的数据不加区分的随意存储，那对内存管理起来将会非常麻烦。比如：
因此JVM也对所使用的内存按照功能的不同进行了划分：
程序计数器 (PC Register): 只是一个很小的空间, 保存下一条执行的指令的地址
虚拟机栈(JVM Stack): 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
有：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。
本地方法栈(Native Method Stack): 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方法的局
部变量. 在有些版本的 JVM 实现中(例如HotSpot), 本地方法栈和虚拟机栈是一起的
堆(Heap): JVM所管理的最大内存区域. 使用 new 创建的对象都是在堆上保存 (例如前面的 new int[]{1, 2,
3} )，堆是随着程序开始运行时而创建，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。
方法区(Method Area): 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. 方法编译出的的字节码就是保存在这个区域
现在我们只简单关心堆 和 虚拟机栈这两块空间，后序JVM中还会更详细介绍。
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。
public static void func() { int a = 10; int b = 20; int[] arr = new int[]{1,2,3}; } 在上述代码中，a、b、arr，都是函数内部的变量，因此其空间都在main方法对应的栈帧中分配。
a、b是内置类型的变量，因此其空间中保存的就是给该变量初始化的值。
array是数组类型的引用变量，其内部保存的内容可以简单理解成是数组在堆空间中的首地址。
从上图可以看到，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。
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]); } } 
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[] arr = null; 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 号地址的内存有任何关联.
3. 数组的应用场景
3. 数组的应用场景
public static void main(String[] args) { int[] array = {1, 2, 3}; for(int i = 0; i < array.length; ++i){ System.out.println(array[i] + " "); } } 3.2 作为函数的参数
- 参数传基本数据类型
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 发现在func方法中修改形参 x 的值, 不影响实参的 num 值.
2. 参数传数组类型(引用数据类型)
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 发现在func方法内部修改数组的内容, 方法外部的数组内容也发生改变.
因为数组是引用类型，按照引用类型来进行传递，是可以修改其中存放的内容的。
总结: 所谓的 “引用” 本质上只是存了一个地址. Java 将数组设定成引用类型, 这样的话后续进行数组参数传参, 其实
只是将数组的地址传入到函数形参中. 这样可以避免对整个数组的拷贝(数组可能比较长, 那么拷贝开销就会很大).
3.3 作为函数的返回值
比如：获取斐波那契数列的前N项
public class TestArray { public static int[] fib(int n){ if(n <= 0){ return null; } int[] array = new int[n]; array[0] = array[1] = 1; for(int i = 2; i < n; ++i){ array[i] = array[i-1] + array[i-2]; } return array; } public static void main(String[] args) { int[] array = fib(10); for (int i = 0; i < array.length; i++) { System.out.println(array[i]); } } } 
