Java——数组及Java某些方法、二维数组

为什么要使用数组

假设现在要存5个学生的成绩，并进行输出，按照之前我们掌握的知识点，我们会写出如下代码：

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);}

这段代码没有任何问题，但不好的是：万一有50个学生成绩呢？需要创建50个变量吗？这肯定是不现实的。
仔细观察可以发现：所以成绩的类型都是相同的，那Java中可以存储相同类型的多个数据吗？这就是数组。

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什么是数组

数组：可以看成是相同类型的一个集合，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个整型类型元素的数组，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
• 每个空间都有自己的编号

那在程序中如何创建数组呢？

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数组的创建及初始化

创建了一个数组array

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

这个array是一个变量，存的是这个数组的地址0x99（可以理解为array存了这个数组的首元素地址，但在Java中一般说array存的是数组的地址）

把array这种存了数组的地址的变量叫做“引用变量”，简称“引用”。

再创建一个数组array2

int[] array={1,2,3,4,5,6};
//第一种写法
int[] array2=new int[]{1,2,3,4,5,6};
//第二种写法

那么这两种写法有区别吗？
没有，第一种写法是语法上的简写，这两种写法没区别。第二种写法中的new这个关键字在Java中使用频率很高，一般是指创建新的对象。
既然new了一个新的对象，那么数组{1,2,3,4,5,6}，就叫做数组对象

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数组的创建

T[] 数组名=new T[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

像int[] array=new int[]{1,2,3,4,5};这种定义，左边的int[]是声明变量的类型，说明array这个变量是用来存放整数数组的；右边new后面的int[]是创建数组对象时指定的类型，说明要创建的是一个整数数组。
两者前后呼应，保证了变量类型和所赋值的对象类型一致
注：

• int说明数组中存储的元素类型是整数
• []是数组的标志

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 String[3];
//创建一个可以容纳3个字符串元素的数组

所以，数组的创建可以有这三种方法：

int[] array1={1,2,3,4,5,6};
int[] array2=new int[6];
int[] array3=new int[]{1,2,3,4,5,6};

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数组的初始化

数组的初始化主要分为动态初始化和静态初始化

• 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[10];

• 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};
double[] array2=new double[]{1.0,2.0,3.0};
String[] array3=new String[]{"hell","java","!!!"};

注意：

• 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[]，但编译器编译代码时还是会还原
• 数组也可以按照如下C语言个数创建，但不推荐
  
  因为数组的类型是int[]，用C语言方式创建容易造成数组的类型是int的误解
• 静态和动态初始化也可以分为两步
  
  但是不可以省略格式
  
  并且这种写法也是错误的：
  
  要么只写[]里面的，要么只写{}里面的
  
• 如果没有对数组进行给值，数组中元素是其默认值。
  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

int[] array1=new int[10];

像这种定义是动态初始化了，但并没有给值，所以默认里面所有的值为0。

也就是array3这个引用指向长度为10个int，数据都是0的数组
我们调试观察一下：

我们并没有给这个数组值，所以三个元素的值都是默认值false.
所以boolean[]类型的数组默认值是false

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数组的使用

数组中元素访问

数组在内存中是一段连续的空间，空间编号都是从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：

也可以通过[]对数组中的元素进行修改

注意：

• 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
  
  抛出了java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException异常，使用数组一定要谨防下标越界

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遍历数组

所谓遍历是指将数组中的所以元素都访问一遍，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
• 如果要把打印修改为：给数组中每个元素+1，修改起来非常麻烦

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循环的方式遍历数组

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，上述问题2和3可以全部解决，但是无法解决问题1。
那能否获取数组的长度呢？
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[]{10,20,30,40,50,60,70};
for(int i=0;i<array.length;i++){System.out.println(array[i]);
}

如果不想要换行就去掉println中的ln，再+一个空格（使数字之间有间隔）

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for-each的方式遍历数组

也可以使用for-each遍历数组，for-each是for循环的另一种使用方式，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

for(:)冒号右边要写要操作的数组名，因为数组的的每个元素是整型，所以左边用int x接收（可以认为这种方法是遍历array这个数组，取出每个元素，放到x里面，取一个打印一个，取一个打印一个）最后用输出将x中每个元素打印出来

这两种循环有什么区别呢？
区别就是：for-each循环是无法获取到对应的下标

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用工具类的方式遍历数组

还有一种遍历方式：用操作数组的工具类去做（感受下Java中提供的封装好的工具）
这个操作数组的工具类叫做Arrays
要用Arrays的话，就要先导包


在Arrays这个类中有个方法叫toString()

Arrays.toString();

括号里要写参数，参数就是要操作的数组

Arrays.toString(array);

我们也可以看看toString的源码：按住Ctrl，鼠标点击toString

可以明显看到toString是一个返回值为String类型的方法。
所以我们可以用String类型接收返回值

String ret=Arrays.toString(array);

再打印返回值

String ret=Arrays.toString(array);
System.out.println(ret);

最终输出的[10,20,30,40,50,60,70]就是一个字符串

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数组是引用类型

我们首先定义一个数组：

public static void main(String[] args) {int[] array={1,2,3,4,5};}

当我们输出array的时候可以观察到：

输出的值非常奇怪，这是什么呢？

• [：代表输出的是个数组
• I：代表数组的类型是整型
• @：这个符号起了分割的作用
• 4eec7777：以目前的知识来说可以把它当作为一个简单的地址

当我们定义一个整型变量a的时候

public static void main(String[] args) {int[] array={1,2,3,4,5};int a=10;}

它在内存中是这样：a里面存的整型数据10

所以我们把a叫做基本数据类型的变量
而array里面存的是一个地址：4eec7777

所以把array叫做引用类型的变量，简称引用
即int[] array={1,2,3,4,5}中的int[]称为引用类型

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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
• 程序运行时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。
所有的程序都会运行在JVM（Java虚拟机）上。因此，JVM对所使用的内存进行了不同的划分。
那么为什么要划分内存呢？
我们可以看这张图，给人的感觉是非常的乱：衣服、垃圾到处都是，都不在各自该有的位置

如果对房间进行了划分，就会变得很规整：书在书架上、衣服在衣柜里…

同理，对内存也会进行划分，会大概划分为这样的5块：

这样以来，不同的数据就会放在相应的内存空间里进行不同的管理。在数据很多的情况下，数据在整个内存中是在对应的位置上的，找数据的时候就会很好找（可以对数据实现更好的管理）
以上5块区域都各司其职，用来存放不同的数据。
那么为什么会有两个栈呢？本地方法栈与Java虚拟机栈有什么区别呢？

• 本地方法栈：会执行一些底层是由C/C++代码实现的方法
• Java虚拟机栈：就是平时嘴里所说的栈。例如：将局部变量放在栈里面、这个变量在栈上开辟内存…此时这个栈就是Java虚拟机栈。

以下是5个区域的简单说明：

• 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
看第五节课25：53——在堆和栈中，引用与对象的关系

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基本类型变量与引用类型变量的区别

（从这开始看第五节课视频23：52）
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，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

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数组练习

数组转字符串

我们可以使用Arrays.toSTring(array)把数组array中的数据以字符串的形式打印出来

那么我们可不可以自己写个myToString来将数组以字符串的形式输出呢？

解法：

public class Test {public static String myToString (int[] array){String str="[";for (int i = 0; i < array.length; i++) {if(i==array.length-1){str=str+array[i];}else{str=str+array[i]+",";}}str=str+"]";return str;}public static void main(String[] args) {int[] array= new int[]{1, 2, 3, 4, 5};System.out.println(myToString(array));}
}

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求数组中元素的平均值

给定一个整型数组，求平均值

public static double average(int[] array){int sum=0;for (int i = 0; i <array.length ; i++) {sum+=array[i];}double ret=(double)sum/(double)array.length;return ret;
}
public static void main(String[] args) {int[] array={1,2,3,4,5,6};double ret=average(array);System.out.println(ret);
}

需要注意的是，这些元素的平均值是小数，所以最后我们需要强转为double（也可以乘1.0），这样最后得到的结果才能是小数

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查找数组中指定元素（顺序查找）

若这个数组中我们要查找6，找到6后返回它的下标

写出代码：

若要找9，可是数组里并没有9，所以返回-1

这种查找虽然能实现需求，但是从第一个开始找，万一找的数是最后一个，那么就要全部遍历完，这种查找的效率是很低的，所以我们可以用二分查找

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二分查找

二分查找有个前提：必须是有序的数字
二分查找的好处：效率高

public class Test {public static int binarySearch(int[] array,int key){int left=0;int right=array.length-1;while(left<=right){int mid=(left+right)/2;if(array[mid]==key){return mid;}else if(array[mid]>key){right=mid-1;}else{left=mid+1;}}return -1;//若找不到就返回-1}public static void main(String[] args) {int[] array={1,2,3,4,5};int index=binarySearch(array,5);System.out.println(index);}
}

二分查找必须建立在数组是有序的情况，那么无序时还想使用二分查找binarySearch进行排序该怎么办呢？
Java的操作类叫做Arrays，在Arrays里包含了非常多的操作数组的工具类，例如Arrays.sort()可以对数组进行排序

以上的二分查找是我们自己写的，其实Java也提供了二分查找：Arrays.binarySearch()

注意：如果想要找的数字在数组中不存在，那么就会返回一个负数，那么为什么会是-4呢？

我们看源码：

• binarySearch()中又用了binarySearch0，所以再从binarySearch0点进去
  
• 我们仔细观察下源码，发现跟我们写的方法差不多
  
  只不过我们是/，源码用的是无符号右移；
  返回的是最后low的位置，再加上一个1

并且我们在写代码的时候，发现Java给了二分查找很多重载，那么二分查找的功能就会大大的扩展


当我们找元素15时却找不到了

这是因为在Java中，所有fromIndex，toIndex都是左闭右开的[)，也就是不包含3下标，所以找不到元素15

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冒泡排序

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数组拷贝

指把原来的数组拷贝一份，修改副本不会影响到原来的数据。
我们自己实现一个数组的拷贝：

第一种拷贝方法

其实Java中就有现成的拷贝数组的方法Arrays.copyOf(数组,数组长度)（这个方法有两个参数）
这个方法还可以扩容：

原本这个数组的长度是5个元素，扩容后变为10个元素

• 第一个参数：是要拷贝（扩容）的数组
• 第二个参数：新的数组长度

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第二种拷贝方法

若我们要拷贝这个数组的一部分，该怎么办呢？
我们可以看到有很多这个方法的重载：

拷贝1~3下标：

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第三种拷贝方法

我们还可以用System.arraycopy()方法拷贝数组（有5个参数）


注意：这个方法被native修饰了，被native修饰的方法被称为本地方法。也就是这个方法被C/C++代码实现的，我们看不到。优点：速度快！！！（C/C++代码速度非常快）

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equals方法

我们先写段代码：

这两个数组一样吗？

可以看到打印出来的结果是false，所以它俩是不一样的。
这两个引用指向对象的值是一样的，但是存的对象的地址是不一样的，所以是false
若我们要想比较这两个引用指向对象的内容，该怎么比较呢？
可以通过Arrays.equals()方法进行比较

将这两个引用进行比较：

equals方法——比较两个数组中的值

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fill方法

我们定义一个引用ret

int[] ret=new int[10];

此时这个引用里面的值全是0，若我们想把这10个元素全填充成5，通常是写for循环进行填充。
而通过Arrays.fill()方法就可以直接实现

代码举例：

还可以指定范围

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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};

• 第一种定义方式：
  在C语言中我们给二维数组一些值是可以自动区分行和列，但是Java不可以
  我们必须手动区别行、列
  
  这种写法是第一种定义方式

• 第二种定义方式：
  

• 第三种定义方式：
  
  这里面的数据默认都是0

• 第四种定义方式——不规则二维数组
  C语言中数组可以不写行，Java中数组可以不写列，但是不能省略行

for循环遍历二维数组

我们对array数组的常规理解是这样的：

如果我们要遍历这个二维数组该怎么遍历呢？
我们一般会使用for循环写出这样的代码：

问题来了：以后想遍历二维数组的话，都得数几行几列写进for循环吗？
当然不是，二维数组就是一个特殊的一维数组
如何理解这句话呢？
写段代码：


进一步说明了二维数组就是一个特殊的一维数组
所以我们可以像一维数组一样写array.length等等

就像这幅图：

假如array这个引用里存的地址是0x777，那么array这个引用指向地址为0x777的这个对象…
回到这段代码：

此时for循环的行也就是array.length，列数也就是array[i].length

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for-each来遍历二维数组

冒号的右边是要操作的数组array，因为二维数组的每个元素是一维数组，所以冒号的左边应该用int[] 数组名来接收

取出二维数组里的一维数组后，想要遍历，还得取出一维数组里的每个int元素。
要从一维数组tmpArray中取出元素，所以要写成这样

注：一维数组里的每个元素是int类型，所以冒号左边用int x来接收
完整代码：

这两种方法都实现了对二维数组的遍历

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使用Java方法

用Arrays.toString()可以将一维数组以字符串的形式打印出来；用Arrays.deepToString()可以将二维数组里的数据以字符串的形式打印出来