Java中 数组的定义与使用

C语言中数组和指针是相辅相成的一对概念，但是在Java中没有了指针，应该说是被底层给隐藏了，我们没办法用也没办法看见。

所以C语言的数组和Java中的数组是有很多不同的，那么我们在本篇章来看看Java中数组的定义与使用。

1. 数组的基本概念

我们在C语言中就知道了数组是用于存储一组相同数据类型的 “容器”。

1.1 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：
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，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？
 

1.2 数组的创建及初始化

1.2.1 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

例如：

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

当然我们还可以和C语言中一样创建一个静态的数组：

int arr[] = { 1, 2, 3, 4};

1.2.2 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。
        1. 动态初始化：在创建数组时，直接指定数组中元素的个数, 如：

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，如：

语法格式： T[] 数组名称 = {data1, data2, data3, ..., datan};
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，但是省略格式不可以。

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

类型	默认值
byte	0
short	0
int	0
long	0
float	0.0f
double	0.0
char	/u0000
boolean	false

如果数组中存储元素类型为引用类型，默认值为null

1.3 数组的使用

1.3.1 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。

这和C语言是一样的，Java也支持随机访问，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。
注意： 越界访问是不检查的，程序执行后会报错：

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100
at Test.main(Test.java:4)

1.3.2 遍历数组

遍历：依次访问数组的每个元素。

比如：

int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
for(int i = 0; i < 5; i++){
    System.out.println(array[i]);
}

这段代码中判断语句可以不用写5，我们Java提供了 array.length 方法来获取数组的长度。

也可以使用 for-each 遍历数组（增强for循环）

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

foreach在集合中还会再介绍，深究具体是怎么实现的，这里不用管。

2. 数组是引用类型

Java中数组赋值机制：数组在默认情况下是引用传递；赋值赋的是地址。

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：

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

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。
因此JVM也对所使用的内存按照功能的不同进行了划分：

 介绍：

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};
}

图示：

 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。

在方法体内去new出一个新数组，就是重新开辟了一块空间。不然再方法体中改变传进来的数组就是改变原来的数组。

2.3 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

3.2 作为函数的参数

1. 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

public class TestArray {
    public static int[] fib(int n){
        if(n <= 0){
            return null;
        } in
        t[] array = new int[n];
        array[0] = array[1] = 1;
        for(int i = 2; i < n; ++i){
            array[i] = array[i-1] + array[i-2];
        } r
        eturn array;
    }
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = fib(10);
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            System.out.println(array[i]);
        }
    }
}

4. 二维数组

二维数组本质上也就是一维数组, 只不过每个元素又是一个一维数组

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 }

Java和C语言的差别又在二维数组体现出来了。

C语言中的列不可以省略，可以省略行；但是Java刚好相反，Java中行不可以省略，但是列可以。我们来看一段代码。

public class demo {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] arr = new int[2][];
    }
}

雀氏可以运行，并且，我们在二维数组上还可以继续new出新的一维数组。

甚至是 两个列不同的一维数组。

对于二维数组的遍历与一维数组则并无太大区别：

public class demo {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] arr = {
                {1, 2, 3, 4},
                {5, 6, 7, 8},
                {9, 10, 11, 12}
        };
        for (int row = 0; row < arr.length; row++) {
            for (int col = 0; col < arr[row].length; col++) {
                System.out.printf("%d\t", arr[row][col]);
            }
            System.out.println("");
        }
    }
}

 当然除了二维还有三维，四维等更复杂的数组, 只不过出现频率都很低