【Java从入门到大牛】数组详解

缺乏、安全感 2024-04-26 02:38 83阅读 0赞

> ? 本文由 [程序喵正在路上][Link 1] 原创，CSDN首发！  
> ? 系列专栏：[Java从入门到大牛][Java]  
> ? 首发时间：2023年7月9日  
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#### 目录 ####

*  什么是数组
 *  数组的定义和访问
 *   *  静态初始化数组
     *  静态初始化数组在计算机中的基本原理
     *  数组的访问
     *  数组的遍历
     *  动态初始化数组
     *  静态初始化数组在计算机中的基本原理
     *  案例：评委打分
 *  数组在计算机中的执行原理
 *   *  数组的执行原理和Java程序的执行原理
     *  多个变量指向同一个数组的问题
 *  专项训练：数组常见案例
 *   *  数组求最值
     *  数组反转
     *  随机排名
 *  补充知识：Debug工具的使用

## 什么是数组 ##

数组就是一个容器，用来存储一批相同类型的数据

**举例**

int[] arr = {
        1, 2, 3, 4, 5};
    String[] names = {
        "张三", "李四", "王五"};

**有了变量，为什么还要用数组 ？**

从上面的例子中，我们很容易就可以看出来，如果使用变量来存储一系列相同类型的数据，那么代码就会很繁琐；而使用数组则代码简洁，逻辑清晰

## 数组的定义和访问 ##

### 静态初始化数组 ###

**什么是静态初始化数组 ？**

在定义数组的时候直接给数组赋值

**静态初始化数组的格式**

// 完整格式
    数据类型[] 数组名 = new 数据类型[]{
        元素1, 元素2, 元素3, ...};
    int[] ages = new int[]{
        12, 34, 56};
    double[] scores = new double[]{
        1.11, 2.22, 3.33};
    
    // 简化格式
    数据类型[] 数组名 = {
        元素1, 元素2, 元素3, ...};
    int[] ages = {
        12, 34, 56};

**适用业务场景**

静态初始化适合一开始就知道要存入哪些元素值的业务场景

**注意事项**

*  “`数据类型[] 数组名`” 也可以写成 “`数据类型 数组名[]`”
 *  什么类型的数组只能存放什么类型的数组

### 静态初始化数组在计算机中的基本原理 ###

int[] ages = {
        12, 24, 36};

![在这里插入图片描述][1f66fe02168649e99aff5429e882022a.png]

*  数组变量名中存储的是数组在内存中的地址，数组是一种引用数据类型
 *  数组中存储的元素都有一个下标，从 0 开始

### 数组的访问 ###

**怎么访问数组 ？**

数组名[索引]

**举例**

// 取值
    System.out.println(arr[0]);
    
    // 赋值
    arr[2] = 100;
    System.out.println(arr[2]);

**数组有一个长度属性：length**

// 获取数组的长度（就是数组中的元素个数）
    System.out.println(arr.length);

**数组的最大索引可以怎么表示 ？**

数组名.length-1	//前提是元素个数大于0

**注意事项**

访问数组时，使用的索引不能超过数组的最大索引。当访问越界时，执行程序时会出 bug，会出现一个索引越界的异常提示

### 数组的遍历 ###

**什么是遍历 ？**

遍历就是从头到尾一个一个地访问数据

**为什么要遍历数组 ？**

有时候，我们要对一个数组进行求和、搜索元素、找最大值或最小值的时候，就需要遍历数组

**如何遍历数组 ？**

int[] ages = {
        20, 30, 40, 50};
    for (int i = 0; i < ages.length; i++) {
        
    	System.out.println(ages[i]);
    }

### 动态初始化数组 ###

**什么是动态初始化数组 ？**

定义数组时先不存入具体的元素值，只确定数组存储的数据类型和数组的长度

**动态初始化数组的格式**

数据类型[] 数组名 = new 数据类型[长度];
    int[] arr = new int[3];
    
    // 后赋值
    arr[0] = 10;
    System.out.println(arr[0]);

**适用业务场景**

动态初始化适合开始不确定具体元素值，只知道元素个数的业务场景

**注意事项**

静态初始化和动态初始化数组的写法是独立的，不可以混用，即 int\[\] arr = new int\[3\]\{30，40,50\};

### 静态初始化数组在计算机中的基本原理 ###

int[] arr = new int[3];

![在这里插入图片描述][ec2c6739ce214447953ac7d31933ae7d.png]  
**动态初始化数组元素默认值规则：**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>数据类型</th> 
   <th>明细</th> 
   <th>默认值</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>基本类型</td> 
   <td>byte、short、char、int、long</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>基本类型</td> 
   <td>float、double</td> 
   <td>0.0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>基本类型</td> 
   <td>boolean</td> 
   <td>false</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>引用类型</td> 
   <td>类、接口、数组、<font>String</font></td> 
   <td>null</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 案例：评委打分 ###

**需求**

某歌唱比赛，需要开发一个系统：可以录入 6 名评委的打分，录入完毕后立即输出平均分作为选手的得分

**分析**

1.  6 名评委的打分是后期录入的，一开始不知道具体的分数，因此定义一个动态初始化的数组存分数
2.  遍历数组中的每个位置，每次提示用户录入一个评委的分数，并存入到数组对应的位置
3.  遍历数组中的每个元素进行求和，最终算出平均分打印出来即可

**代码示例**

import java.util.Scanner;
    
    public class Test {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            double[] scores = new double[6];
            double sumScore = 0, averScore = 0;     // 总分、平均分, 记得初始化变量
    
            // 录入分数
            for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
        
                System.out.println("请输入一个评委的分数：");
                scores[i] = sc.nextDouble();
            }
    
            // 计算总分
            for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
        
                sumScore += scores[i];
            }
    
            // 计算平均分
            averScore = sumScore / scores.length;
            System.out.println("选手的得分为：" + averScore);
        }
    }

**运行结果**

![在这里插入图片描述][271c6cd530a94964af17ddf718cc1258.png]

## 数组在计算机中的执行原理 ##

### 数组的执行原理和Java程序的执行原理 ###

**Java 内存分配介绍**

*  方法区
 *  栈
 *  堆
 *  本地方法栈
 *  寄存器

![在这里插入图片描述][02fcb16192f841e4a92a5033977dbcd2.png]

**数组在计算机中的执行原理**

public class ArrayDemo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            int a = 10;
            System.out.println(a);
            
            int[] arr = {
        11, 22, 33};
            System.out.println(arr);
            System.out.println(arr[1]);
            
            arr[0] = 44;
            arr[1] = 55;
            arr[2] = 66;
    
            System.out.println(arr[0]);
            System.out.println(arr[1]);
            System.out.println(arr[2]);
        }
    }

**运行结果**

![在这里插入图片描述][bca79d297de94031b32e6cf1b14e3b84.png]

**具体原理**![在这里插入图片描述][b686b8906fa24f58bc2d2654fcf018cf.png]

**总结**

1、运行一个 Java 程序，主要看 JVM 中包含的哪几部分内存区域 ？  
**- 方法区**  
**- 栈内存**  
**- 堆内存**

2、简单说说 `int a = 20; int[] arr = new int[3];` 这两行代码的执行原理 ？

*  a 是变量，直接放在栈中， a 变量中存储的数据就是 20 这个值
 *  `new int[3]` 是创建一个数组对象，会在堆内存中开辟区域存储 3 个整数
 *  arr 是变量，在栈中，arr 中存储的是数组对象在堆内存中的地址值

### 多个变量指向同一个数组的问题 ###

**多个变量指向同一个数组**

public class ArrayDemo2 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            int[] arr1 = {
        11, 22, 33};
            int[] arr2 = arr1;
    
            System.out.println(arr1);
            System.out.println(arr2);
    
            arr2[1] = 99;
            System.out.println(arr1[1]);
        }
    }

**运行结果**

![在这里插入图片描述][adf6b2b42c1b443b918ffc5da191fa53.png]

**具体原理**

![在这里插入图片描述][97b46535b09140039f85629a865ffd35.png]

**使用数组时常见的一个问题**

如果某个数组变量存储的地址是 null，那么该变量将不再指向任何数组对象

arr2 = null; 						//把null赋值给arr2
    System.out.println(arr2);			//null
    System.out.println(arr2[0]);		//会出异常
    System.out.println(arr2.length);	//会出异常

![在这里插入图片描述][4f57e66305d645409a8c5b54a31cbb9f.png]

**总结**

1、多个数组变量，指向同一个数组对象的原因是什么 ？需要注意什么 ？  
**- 多个数组变量中存储的是同一个数组对象的地址**  
**- 多个变量修改的都是同一个数组对象中的数据**

2、如果某个数组变量中存储的 null，代表什么意思 ？需要注意什么 ？  
**- 代表这个数组变量没有指向数组对象**  
**- 可以输出这个变量，但是不能用这个数组变量去访问数据或者访问数组长度，会报空指针异常：NullPointerException**

## 专项训练：数组常见案例 ##

### 数组求最值 ###

**实现步骤**

*  把数据拿到程序中去，用数组装起来
 *  定义一个变量 max 用于记录最终的最大值，建议存储数组的第一个元素值来作为参照值
 *  从第二个位置开始遍历数组的数据，如果遍历的当前数据大于 max 变量存储的数据，则替换变量存储的数据为当前数据
 *  循环结束后输出 max 变量即可

**代码示例**

public class Test {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            int[] scores = {
        34, 98, 29, 78, 0, -43};
            int max = scores[0];
            
            // 逐个比较数据
            for (int i = 1; i < scores.length; i++) {
        
                if (scores[i] > max) {
        
                    max = scores[i];
                }
            }
    
            System.out.println("最大值为: " + max);
        }
    }

### 数组反转 ###

**需求**

某个数组有 5 个数据：10、20、30、40、50，请将这个数组中的数据进行反转

**分析**

数据的反转操作实际上就是：依次前后交换数据即可实现

**代码示例**

public class Test {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            int[] digits = {
        10, 20, 30, 40, 50};
    
            System.out.println("反转前的数组: ");
            for (int i = 0; i < digits.length; i++) {
        
                System.out.print(digits[i] + " ");
            }
            System.out.println();
    
            for (int i = 0; i < digits.length - 1 - i; i++) {
        
                int j = digits.length - 1 - i;     // 右边元素的下标 
                
                // 交换左右元素
                int temp = digits[i];
                digits[i] = digits[j];
                digits[j] = temp;
            }
    
            System.out.println("反转后的数组: ");
            for (int i = 0; i < digits.length; i++) {
        
                System.out.print(digits[i] + " ");
            }
            System.out.println();
        }
    }

**运行结果**

![在这里插入图片描述][92f7b98ae5f24a938ba196d631fd2f62.png]

**总结**

1、我们是如何完成数组的反转的 ?

**使用 for 循环，控制让数组的前后位置的元素，依次交换**

2、数组如何实现前后元素交换 ？  
**- 定义一个临时变量记住前一个位置处的元素值**  
**- 再把后一个位置处的元素值赋值给前一个位置处**  
**- 最后把临时变量记住的前一个位置的元素值赋值给后一个位置处**

### 随机排名 ###

**需求**

某公司开发部有 5 名开发人员，要进行项目进展汇报演讲，现在采取随机排名后进行汇报。请先依次录入 5 名员工的工号，然后展示出一组随机的排名顺序

**分析**

*  定义一个动态初始化的数组用于录入员工的工号
 *  遍历数组中的每个元素
 *  每遍历到一个数据，都随机生成一个索引值，然后让当前数据与随机生成的索引位置处的数据进行交换
 *  输出数组中的内容即可

**代码示例**

import java.util.Random;
    import java.util.Scanner;
    
    public class Test {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            int[] nums = new int[5];
    		
    		// 录入工号
            for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        
                System.out.print("请输入第" + (i + 1) + "个工号: ");
                nums[i] = sc.nextInt();
            }
    		
    		// 随机交换元素
            Random r = new Random();
            for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        
                int index = r.nextInt(nums.length);
    
                // 交换元素
                int temp = nums[i];
                nums[i] = nums[index];
                nums[index] = temp;
            }
    
    		// 输出随机排名
            System.out.println("随机排名后的一个序列: ");
            for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        
                System.out.print(nums[i] + " ");
            }
            System.out.println();
        }
    }

**运行结果**

![在这里插入图片描述][e584880951bb4b1faefdb5ec5540d62c.png]

## 补充知识：Debug工具的使用 ##

**什么是 Debug 工具 ？**

IDEA 自带的断点调试工具，可以控制代码从断点开始一行一行地执行，然后详细观看程序执行的情况

**Debug 工具基本使用步骤**

1.  在需要调试的代码行左侧，点击一下，形成一个红色的断点
2.  在运行的时候选择使用 Debug 方式启动程序，启动后程序会在运行到断点处时暂停
3.  点击对应按钮控制代码一行一行地往下执行

![在这里插入图片描述][630dd3e7895b4fcbb63e1a9d07b42f09.png]

[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_62511863?spm=1011.2421.3001.5343
[Java]: https://blog.csdn.net/weixin_62511863/category_12365679.html?spm=1001.2014.3001.5482
[1f66fe02168649e99aff5429e882022a.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/26/799472671c274312b031f3c2fe3e7007.png
[ec2c6739ce214447953ac7d31933ae7d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/26/06911308aab747388e40b01e9ee86c63.png
[271c6cd530a94964af17ddf718cc1258.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/26/b6088f30e56947f2885a0b31b43396cc.png
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[bca79d297de94031b32e6cf1b14e3b84.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/26/0cb850afc41b46f58b33cec05148d80d.png
[b686b8906fa24f58bc2d2654fcf018cf.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/26/b6256528991b4d558ccf11842f8d4ff9.png
[adf6b2b42c1b443b918ffc5da191fa53.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/26/760db776dd5a4070beb600a7bfd5a196.png
[97b46535b09140039f85629a865ffd35.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/26/7b0bbd015c664603b730a947e3176c4d.png
[4f57e66305d645409a8c5b54a31cbb9f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/26/659b166cdd3c42aa9078893c9669e9c4.png
[92f7b98ae5f24a938ba196d631fd2f62.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/26/d7582773f26640d1962a5bef48ca1cec.png
[e584880951bb4b1faefdb5ec5540d62c.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/26/cad7facb7e194cafa7d6001e32e5d917.png
[630dd3e7895b4fcbb63e1a9d07b42f09.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/26/75d5b0daea7a4bdc9b1e96f14ede8b13.png