Java中数组的使用

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Java中数组的使用

介绍Java中数组的基本使用及需要注意的细节，对Java虚拟机的内存划分及数组在内存中的存储进行分析。

Author: Msuenb

Date: 2023-02-06

数组的概念

数组就是有限个相同数据类型的元素按照一定顺序排列的集合。数组中元素的编号称为下标/索引，数组中元素的个数称为数组的长度。

数组的特点：

• 数组长度一旦确定就不能修改。
• 创建数组时会在内存中开辟一整块连续的空间。

数组的分类

按照维度分

• 一维数组：存储一组数据
• 二维数组：存储多组数据，相当于一个二维表。二维数组每一行对应一个一维数组，不要求每一行的长度都一样。

按照存储元素类型分

• 基本数据类型元素：存储数据值
• 引用数据类型元素：存储对象引用（即该对象所在内存空间的首地址）

数组的声明与使用

主要是介绍一维数组的声明与使用，对于二维数组，可以看作多个一维数组的复合。其实，从数组底层的运行机制来看，并没有二维数组的存在。

一维数组的声明

• 一维数组的声明语法

  Type[] name;	// 推荐
  Type name[];	// 不推荐
  

• 数组在声明时需要确定三部分内容：元素类型（int、String…）、维度（[]、[][]）、名称。

• 一维数组声明示例

  int[] scores;
  System.out.println(scores);	// 数组未初始化之前 不能使用
  
  double prices[];	// 可以 不推荐
  
  String[] names;
  

一维数组的初始化

初始化就是确定数组长度和元素的值。数组初始化有两种方式：静态初始化和动态初始化。

1. 静态初始化

   静态初始化就是用静态数据为数组初始化。此时数组长度由静态数据的个数决定。

   • 一维数组静态初始化格式1：

     Type[] name = {element1, element2, elenent3...};	// 必须在一个语句中完成 不能分开两个语句写
     

     一维数组静态初始化实例1

     int[] arr = {7, 4, 2, 6, 9};	// 正确
     
     int[] arr;
     arr = {7, 4, 2, 6, 9};			// 错误
     

   • 一维数组静态初始化格式2：

     Type[] name = new Type[] {element1, element2, elelent3...};	// 可以分开 两个语句完成
     或
     Type[] name;
     name = new Type[] {element1, element2, elelent3...};
     

     一维数组静态初始化示例2

     int[] arr = new int[] {7, 4, 2, 6, 9};	// 正确
     
     int[] arr;
     arr = new int[] {7, 4, 2, 6, 9};	// 正确
     

2. 动态初始化

   动态初始化就是先确定数组的长度，此时元素只是默认值，并不是真正的数据。真正的数据需要后续单独一个一个赋值。

   • 一维数组动态初始化格式

     Type[] name = new Type[length];	// length为数组的长度 即该数组能够存储数据的个数
     或
     Type[] name;
     name = new Type[length];
     

     一维数组动态初始化示例

     int[] arr = new int[5];
     
     int[] arr;
     arr = new int[5];
     
     int[] arr = new int[5] {1, 2, 3, 4, 5};//错误的，后面有{}指定元素列表，就不需要在[]中指定元素个数了。
     

   • 关于动态初始化时元素的默认值

     数据元素类型	元素默认初值
     byte、short、int	0
     long	0L
     float	0.0F
     double	0.0
     char	0 或写为 ‘\u0000’
     boolean	false
     引用类型	null

一维数组的使用

• 如何获取数组长度（即数组中元素的个数）

  Type[] name = {1, 2, 3, 4, 5}
  name.length;	// 通过 数组名.length 获取数组的长度
  

• 如何表示数组中的一个元素？

  name[index];	// 通过 数组名[下标/索引] 访问某个元素
  

  Java中数组的下标范围：[0 ~ name.length-1]

• 一维数组的使用演示

  public class Main {
      public static void main(String[] args) {
          int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
  
          System.out.println("arr数组的长度：" + arr.length);
          System.out.println("arr数组的第1个元素：" + arr[0]);//下标从0开始
          System.out.println("arr数组的第2个元素：" + arr[1]);
          System.out.println("arr数组的第3个元素：" + arr[2]);
          System.out.println("arr数组的第4个元素：" + arr[3]);
          System.out.println("arr数组的第5个元素：" + arr[4]);
          
          System.out.println(arr[5]);	// 运行出错 数组越界异常
  
          //修改第1个元素的值
          //此处arr[0]相当于一个int类型的变量
          arr[0] = 100;
          System.out.println("arr数组的第1个元素：" + arr[0]);
      }
  }
  

二维数组的使用

• 静态初始化

  int[][] arr = {{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9,10}};//声明与初始化必须在一句完成
  
  int[][] arr = new int[][] {{3,8,2}, {2,7}, {9,0,1,6}};
  

  定义一个名称为arr的二维数组，arr中有三个一维数组，且每个一维数组中的具体元素也都已初始化。

  第一个一维数组：arr[0] = {3,8,2};

  第一个一维数组：arr[1] = {2,7};

  第一个一维数组：arr[2] = {9,0,1,6};

  注意：

  • 不要求二维数组中的每个一维数组长度一致

  • arr.length 不是二维数组中元素的个数，而是二维数组中一维数组的个数

  • arr[i].length 是二维数组中第i个一维数组的长度

• 动态初始化

  int[][] arr = new int[3][2];	// 二维数组中有三个一维数组 每个一维数组中有两个元素 初始化值为0
  
  int[][] arr = new int[3][];		// 每个一维数组初始化值为 null
  // 可以对这三个一维数组分别初始化
  arr[0] = new int[3]; arr[1] = new int[1]; arr[2] = new int[2];
  
  int[][] arr = new int[][3];		// 错误
  

• 使用演示

  public class Main {
      public static void main(String[] args) {
          int[][] arr = new int[][] {{3,8,2}, {2,7}, {9,0,1,6}};
  
          System.out.println("arr数组的长度：" + arr.length);       // 3 一维数组的个数
          System.out.println("arr[1]的长度：" + arr[1].length);     // 2 第二个一维数组的长度
          System.out.println("arr[2]中的第3个元素：" + arr[2][2]);
  
          // 修改第一个一维数组中第二个元素的值
          arr[0][1] = 100;
          System.out.println("arr[0]中的第二个元素：" + arr[0][1]);   
      }
  }
  

• 注意特殊写法情况

  int[] arr[];	// 正确 arr是一个二维数组
  int[] x, arr[];	// 正确 x是一个一维数组 arr是一个二维数组
  
  int arr[][];	// 正确
  

数组的内存分析

内存是用于暂存 CPU 中的运算数据，以及与硬盘等外部存储设备交换的数据。

JVM的内存划分

Java 虚拟机要运行程序，必须对内存空间进行分配和管理。为了提高效率，就对空间进行了不同区域的划分，每一片区域都有特定的处理数据的方式和内存管理的方式。

区域名称	作用
程序计数器	程序计数器是CPU中的寄存器，它包含每一个线程下一条要执行的指令的地址
本地方法栈	当程序中调用了native的本地方法时，本地方法执行期间的内存区域
方法区	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。
堆内存	存储对象（包括数组对象），new来创建的，都存储在堆内存。
虚拟机栈	用于存储正在执行的每个Java方法的局部变量表等。 局部变量表存放了编译期可知长度的各种基本数据类型、对象引用，方法执行完，自动释放。

一维数组在内存中的存储

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[3];
        System.out.println(arr);// [I@1b6d3586
        System.out.println(arr[0]);// 0
    }
}

上面程序执行流程

1. 程序执行时，JVM会找到类中的main方法，main方法进入方法栈执行。
2. 执行int[] arr = new int[3];创建数组时，JVM会在堆内存中开辟出一片连续的空间，存储该数组。
3. JVM将数组的首地址返回给引用变量arr。

二维数据在内存中的存储

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] arr = new int[3][];
        
        arr[1] = new int[2];

        System.out.println(arr);// [[I@1b6d3586
        System.out.println(arr[0]);// null
    }
}