Java Review (五、数组)

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目录

• 数组数据类型
• 声明数组变量
• 初始化数组
  • 静态初始化
  • 动态初始化
• 数组使用
  • for-each循环
• 深入数组
  • 内存中的数组
  • 基本类型数组的初始化
  • 引用类型数组的初始化
• 多维数组
• 数组排序

数组是编程语言中最常见的一种数据结构，可用于存储多个数据，每个数组元素存放一个数据，通 常可通过数组元素的索引来访问数组元素，包括为数组元素赋值和取出数组元素的值。

数组数据类型

Java的数组要求所有的数组元素具有相同的数据类型。因此，在一个数组中，数组元素的类型是唯一的，即一个数组里只能存储一种数据类型的数据，而不能存储多种数据类型的数据。
一旦数组的初始化完成，数组在内存中所占的空间将被固定下来，因此数组的长度将不可改变。即 使把某个数组元素的数据清空，但它所占的空间依然被保留，依然属于该数组，数组的长度依然不变。
Java的数组既可以存储基本类型的数据，也可以存储引用类型的数据，只要所有的数组元素具有相同的类型即可。
数组也是一种数据类型，它本身是一种引用类型。例如int是一个基本类型，但int[] 就是一种引用类型了。

声明数组变量

dataType[] arrayRefVar;   // 首选的方法
 
或
 
dataType arrayRefVar[];  // 效果相同，但不是首选方法

数组是一种引用类型的变量，因此使用它定义一个变量时，仅仅表示定义了一个引用变量（也就是 定义了一个指针），这个引用变量还未指向任何有效的内存，因此定义数组时不能指定数组的长度。而 且由于定义数组只是定义了一个引用变量，并未指向任何有效的内存空间，所以还没有内存空间来存储 数组元素，因此这个数组也不能使用，只有对数组进行初始化后才可以使用。

初始化数组

Java语言中数组必须先初始化，然后才可以使用。所谓初始化，就是为数组的数组元素分配内存空 间，并为每个数组元素赋初始值。
数组的初始化有如下两种方式。

• 静态初始化：初始化时由程序员显式指定每个数组元素的初始值，由系统决定数组长度。
• 动态初始化：初始化时程序员只指定数组长度，由系统为数组元素分配初始值。

静态初始化

arrayName = new type[]{elementl, element2 , element3 , element4 ...}

在上面的语法格式中，前面的type就是数组元素的数据类型，此处的type必须与定义数组变量时 所使用的type相同，也可以是定义数组时所指定的type的子类，并使用花括号把所有的数组元素括起 来，多个数组元素之间以英文逗号（,）隔开，定义初始化值的花括号紧跟[]之后。值得指出的是，执行 静态初始化时，显式指定的数组元素值的类型必须与new关键字后的type类型相同，或者是其子类的 实例。下面代码定义了使用这三种形式来进行静态初始化。

实例

//定义一个int数组类型的变量，变量名为intArr
int[] intArr;
//使用静态初始化，初始化数组时只指定数组元素的初始值，不指定数组长度
intArr = new int[]（5, 6, 8, 20）;
//定义一个Object数组类型的变量，变量名为:bjArr
Object[] objArr;
//使用静态初始化，初始化数组时数组元素的类型是
//定义数组时所指定的数组元素类型的子类
objArr = new String [ ] （ "Java", "C#" ）;
Object[] objArr2;
//使用静态初始化
objArr2 = new Object [ ] {"Java” ,"Python"};

动态初始化

动态初始化只指定数组的长度，由系统为每个数组元素指定初始值。动态初始化的语法格式如下:

arrayName = new type[length];

在上面语法中，需要指定一个int类型的length参数，这个参数指定了数组的长度，也就是可以容 纳数组元素的个数。与静态初始化相似的是，此处的type必须与定义数组时使用的type类型相同，或 者是定义数组时使用的type类型的子类。下面代码示范了如何进行动态初始化（程序清单同上）。

//数组的定义和初始化同时完成，使用动态初始化语法
int[] prices = new int[5];
//数组的定义和初始化同时完成，初始化数组时元素的类型是定义数组时元素类型的子类 Object[] books = new String[4];

执行动态初始化时，程序员只需指定数组的长度，即为每个数组元素指定所需的内存空间，系统将 负责为这些数组元素分配初始值。指定初始值时，

数组元素类型	系统分配初始值规则
整数类型（byte、short、int和long）	0
浮点类型（float、double）	0.0
字符类型（char）	'\u0000'
布尔类型（boolean）	false
引用类型（类、接口和数组）	null

数组使用

Java语言的数组索引是从0开始的，也就是说，第一个数组元素的索引值为0,最后一个数组元素 的索引值为数组长度减1。

double[] arr = {1.9, 2.9, 3.4, 3.5};

arr[2]表示3.4，数组第三个元素。

for-each循环

Java 5之后，Java提供了一种更简单的循环：foreach循环，这种循环遍历数组和集合更加简洁。

深入数组

数组是一种引用数据类型，数组引用变量只是一个引用，数组元素和数组变量在内存里是分开存放的。

内存中的数组

数组引用变量只是一个引用，这个引用变量可以指向任何有效的内存，只有当该引用指向有效内存 后，才可通过该数组变量来访问数组元素。

与所有引用变量相同的是，引用变量是访问真实对象的根本方式。也就是说，如果希望在程序中访问数组对象本身，则只能通过这个数组的引用变量来访问它。

实际的数组对象被存储在堆（heap）内存中；如果引用该数组对象的数组引用变量是一个局部变量, 那么它被存储在栈（stack）内存中。

数组在内存中的存储示意图

如果堆内存中数组不再有任何引用变量指向自己，则这个数组将成为垃圾，该数组所占的内存将会 被系统的垃圾回收机制回收。因此，为了让垃圾回收机制回收一个数组所占的内存空间，可以将该数组 变量赋为null,也就切断了数组引用变量和实际数组之间的引用关系，实际的数组也就成了垃圾。

只要类型相互兼容，就可以让一个数组变量指向另一个实际的数组，这种操作会让人产生数组的长度可变的错觉。如下:

实例

public class ArrayInRam {

	public static void main(String[] args) {
		//静态初始化a
		int []a= {5,7,20};
		//动态初始化b
		int []b=new int[4];
		//输出b的长度
		System.out.println(b.length);
		//循环遍历输出a
		for(int aa:a) {
			System.out.print(aa+"\t");
		}	
		//b引用a
		b=a;
		//输出b的长度
		System.out.println("\n"+b.length);

	}

}

输出结果：

4
5	7	20	
3

看起来b数组的长度似乎发生了变化。实际上：

定义并初始化一个数组后，在内存 中分配了两个空间，一个用于存放 数组的引用变量，另一个用于存放数组本身。

• 当程序定义并初始化了 a、b 两个数组后，系统内存中实际上产生了 4块内存区，其中栈内存中有 两个引用变量：a和b；堆内存中 也有两块内存区，分别用于存储a 和b引用所指向的数组本身。

可以非常清楚地看出a引用和b引用各自所引用的数组对象，并可以很清楚地看出a变量所引用的数组长度是3, b变量所引用的数组长度是4。

定义并初始化a、b两个数组后的内存示意图

• 当执行代码 b = a 时，系统将会把a的值赋给b, a和b都是引用类型变量，存储的是地址。因此把a的值赋给 b后，就是让b指向a所指向的地址。

当执行7b = a;之后，堆内存中的第一个数组具有了两个引用：a变量和b变 量都引用了第一个数组。此时第二个数组失去了引用，变成垃圾，只有等待垃圾回收机制来回收它——但它的长度依然不会改变，直到它彻底消失。

让b引用指向a引用所指向数组后的存储示意图

基本类型数组的初始化

对于基本类型数组而言，数组元素的值直接存储在对应的数组元素中，因此，初始化数组时，先为 该数组分配内存空间，然后直接将数组元素的值存入对应数组元素中。

实例

public class PrimitiveArrayTest {
	public static void main(String[] args) {
	//定义一个int[]类型的数组变量iArr
	int[] iArr;
	//动态初始化数组，数组长度为5
	iArr = new int[5];
	//采用循环方式为每个数组元素赋值
	for (int i = 0; i <iArr.length ; i++ ){
	  iArr[i] = i + 10;
    }
 }
}

定义iArr数组变量后的存储示意图

动态初始化iArr数组变量后的存储示意图

显式指定每个数组元素值后的存储示意图

引用类型数组的初始化

引用类型数组的数组元素是引用，因此情况变得更加复杂。每个数组元素里存储的还是引用，它指 向另一块内存，这块内存里存储了有效数据。

先定义一个Person类:

public class Person {
	public int age; // 年龄
	public double height; // 身高
	//定义一个info方法
	public void info(){
	System.out .println ("我的年龄是：" + age+ "我的身高是："+ height);
	}

}

定义一个Person]]数组，接着动态初始化这个Person[]数组，并为这个数组的每个数组元素指定值:

public class ReferenceArrayTest {

	public static void main(String[] args) {
		//定义一个students数组变量，其类型是Person[]
		Person[] students;
		//执行动态初始化
		students = new Person[2];
		//创建一个Person实例，并将这个Person实例赋给zhang变量
		Person zhang=new Person();
		//为zhang所引用的Person对象的age、height赋值
		zhang.age = 15;
		zhang.height = 158;
		//创建一个Person实例，并将这个Person实例赋给丄ee变量
		Person lee = new Person();
		//为lee所引用的Person对象的age、height赋值
		lee.age = 16;
		lee.height = 161;
		//将zhang变量的值赋给第一个数组元素
		students[0] = zhang;
		//将lee变量的值赋给第二个数组元素
		students[1] = lee;
		//下面两行代码的结果完全一样，因为lee
		//和students [1]指向的是同一个Person实例
		lee.info();
		students[1].info();
	}

}

定义students数组变量后的存储示意图

动态初始化students数组变量后的存储示意图

创建两个Person实例后的存储示意图

为数组元素赋值后的存储示意图

多维数组

Java语言里提供了支持多维数组的语法。

但从底层运行机制来讲，二维数组实际上仍然是一维数组。

Java语言里的数组类型是引用类型，因此数组变量其实是一个引用，这个引用指向真实的数组内存。 数组元素的类型也可以是引用，如果数组元素的引用再次指向真实的数组内存，这种情形看上去很像多维数组。
回到前面定义数组类型的语法：

type[] arrName;

这是典型的一维数组的定义语法，其中type是数 组元素的类型。如果希望数组元素也是一个引用，而且是指向int数组的引用，则可以把type具体成int[]，那么上面定义数组的 语法就是 int[][] arrName。

如果把int这个类型扩大到Java的所有类型(不包括数组类型)，则出现了定义二维数组的语法：

type[][] arrName;

Java语言采用上面的语法格式来定义二维数组，但它的实质还是一维数组，只是其数组元素也是引 用，数组元素里保存的引用指向一维数组。

接着对这个"二维数组”执行初始化，同样可以把这个数组当成一维数组来初始化，把这个“二维 数组”当成一个一维数组，其元素的类型是type口类型，则可以釆用如下语法进行初始化：

arrName = new type[length][]

上面的初始化语法相当于初始化了一个一维数组，这个一维数组的长度是lengtho同样，因为这个 一维数组的数组元素是引用类型(数组类型)的，所以系统为每个数组元素都分配初始值：nullo
这个二维数组实际上完全可以当成一维数组使用：使用new type[length] 初始化一维数组后，相当 于定义了 length个type类型的变量；类似的，使用 new type[length][] 初始化这个数组后，相当于定义了 length个type[]类型的变量，当然，这些type[]类型的变量都是数组类型，因此必须再次初始化这些数组。

数组排序

几个常见数组排序方法（冒泡排序、插入排序、快速排序、希尔排序）

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参考：
【1】：《疯狂Java讲义》
【2】：《Java核心技术 卷一》
【3】：https://www.runoob.com/java/java-array.html