【Java】引用类型数组的理解与操作

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文章目录

前言

😽本篇博客介绍java当中数组部分的相关知识，java当中的数组是对象，而数组类型是引用类型，对这两者之间的关系要有一定的理解；还在这里利用Array工具类去完成对数组的操作。

一. 数组的基本创建和使用

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，每个空间有自己的编号，起始位置的编号为0，即数组的下标。

1. 数组的创建和初始化

1.1 创建格式

T[] 数组名 =newT[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

创建实例：

int[] array1 =newint[10];// 创建一个可以容纳10个int类型元素的数组double[] array2 =newdouble[5];// 创建一个可以容纳5个double类型元素的数组String[] array3 =newdouble[3];// 创建一个可以容纳3个字符串元素的数组

1.2 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

1. 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];

1. 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

语法格式：

T[] 数组名称 = {data1, data2, data3, ..., datan};

int[] array1 = new int[]{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};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（ new T[] ）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，数组中元素是有默认值的、

1. 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：
   基本类型默认值byte0short0int0long0float0.0fdouble0.0char/u0000booleanfalse

2. 如果数组中存储元素类型为引用类型，默认值为null 、

2. 数组的基本使用

2.1 数组中的元素访问

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。

【注意事项】

1. 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
2. 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。

public staticvoidmain(String[] args){int[] array ={1,2,3};
        System.out.println(array[3]);// 数组中只有3个元素，下标一次为：0 1 2，array[3]下标越界}

执行结果：

抛出了

java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException

异常. 使用数组一定要下标谨防越界.

2.3 遍历数组

所谓 “遍历” 是指将数组中的所有元素都访问一遍, 访问是指对数组中的元素进行某种操作，比如：打印。
可以使用常见的for循环来打印数组，但首要条件是要知道数组的长度

注意：在数组中可以通过 数组对象.length 来获取数组的长度

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

也可以使用 for-each 遍历数组，但缺点是拿不到数组的下标

for-each 是 for 循环的另外一种使用方式，也叫作增强for循环，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.

int[] array ={1,2,3};//遍历array,每拿到一个元素，就存到x中，然后再将x打印出来for(int x : array){System.out.println(x);}

二. 数组是引用类型的介绍

1. 初识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：

• 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 (例如数组int[] arr = new int[]{1, 2, 3}的创建 )，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 。

要理解数组这部分内容我们只简单关心 堆 和 虚拟机栈 这两块空间即可。

2. 基本类型变量与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。
• 

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 。类似于C语言中的指针，但是Java中引用要比指针的操作更简单 ，结合下面的代码进行理解：

public staticvoidfunc(){int a =10;int b =20;int[] arr = new int[]{1,2,3};}

在上述代码中，a、b、arr，都是函数内部的变量，因此其空间都在main方法对应的栈帧中分配。
a、b是内置类型的变量，因此其空间中保存的就是给该变量初始化的值。
array是数组类型的引用变量，其内部保存的内容可以简单理解成是数组在堆空间中的首地址，当数组进行创建的时候是在堆空间中创建的对象，而array中存储数组对象的地址。

java中的数组的内存分布要注意和C语言中的区分，不要混淆！

3. 图解理解引用变量

public staticvoidfunc(){int[] array1 = new int[3];
        array1[0]=10;
        array1[1]=20;
        array1[2]=30;int[] array2 = new int[]{1,2,3,4,5};
        array2[0]=100;
        array2[1]=200;
    
        array1 = array2;
        array1[2]=300;
        array1[3]=400;
        array2[4]=500;for(int i =0; i < array2.length; i++){
            System.out.println(array2[i]);}}

4. 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;

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

异常。

注意：Java 中并没有约定 null 和 0 号地址的内存有任何关联

int[] arr = null;
System.out.println(arr[0])

执行结果：

三. 数组作为方法的参数和返回值

1. 数组作为函数的参数

数组作为函数的参数实际上是引用变量作为实参，传递的是对象的地址，通过这个地址就可以访问对象，但要注意这里拿的是堆上的地址，java中是拿不到栈上的地址的。

public staticvoidmain(String[] args){int[] arr ={1,2,3};func(arr);
        System.out.println("arr[0] = "+ arr[0]);}
public staticvoidfunc(int[] a){
        a[0]=10;
        System.out.println("a[0] = "+ a[0]);}

执行结果：

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。

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)

2. 数组作为函数的返回值

比如：获取斐波那契数列的前N项

publicclassTestArray{publicstaticint[]fib(int n){if(n <=0){returnnull;}int[] array =newint[n];
        array[0]= array[1]=1;for(int i =2; i < n;++i){
            array[i]= array[i-1]+ array[i-2];}return array;}publicstaticvoidmain(String[] args){int[] array =fib(10);for(int i =0; i < array.length; i++){System.out.println(array[i]);}}}

四. 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.；同理, 还存在 “三维数组”, “四维数组” 等更复杂的数组, 只不过出现频率都很低

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 };

1. 二维数组的创建和初始化

• 动态初始化

int[][] array1 = new int[2][3];

• 静态初始化

注意：初始化时代表二维数组一行的 { } 必须给出

int[][] array2 =newint[][]{{1,2,3},{4,5,6}};int[][] arrays ={{1,2,3},{4,5,6}};

2. 不规则数组

Java允许创建不规则数组，即Java多维数组中各行的列数可以不同。

创建不规则数组时，行数必须给出，而列数可以自己指定大小创建。

int[][] array1 =newint[2][];
array1[0]=newint[3];
array1[1]=newint[4];

3. 遍历二维数组

publicstaticvoidmain5(String[] args){int[][] array1 =newint[2][3];//第一种方法for(int i =0; i < array1.length; i++){for(int j =0; j < array1[i].length; j++){System.out.print(array1[i][j]+" ");}System.out.println();}System.out.println();//第二种方法for(int[] arr : array1){for(int x : arr){System.out.print(x+" ");}System.out.println();}}

4. 二维数组内存分布图解

注意：Java当中的二维数组，行和行之间的内存空间是不连续的！

五. 操作数组的工具类Arrays

Arrays类位于java . util包下，是一个对数组操作的工具类， 其中包含了一些操作数组的常用方法.

Arrays类中的方法可以分为八类：

• sort(对数组排序)
• binarySearch（二分法查找数组中的元素）
• equals（比较两个数组是否相等）
• fill（对数组中的指定位置填充相同的内容）
• copyOf（数组拷贝）
• toString（以字符串形式输出数组）
• asList（将数组转换为一个固定的List对象）
• hashCode（计算数组的哈希值）

1. toString

功能：

• 把一维层次的数组解析为一个字符串返回

使用实例：

2. deepToString

功能：

• 可以把多维数组转换为字符串返回

使用实例：

3. copyOf

功能：

• 实现数组的拷贝

使用实例：

4. copyOfRange

功能：

• 主要用于对一个已有的数组进行截取复制（局部拷贝），复制出一个左闭右开区间的数组。

使用实例：

5. arraycopy(拓展，不属于Arrays类)

功能：

• 实现数组的局部拷贝

使用实例：

6. clone(拓展，不属于Arrays类)

功能：

• 实现对象的克隆，数组是对象，所以可以用作拷贝数组。

使用实例：

7. equals

功能：

• 比较俩个数组是否相等，相等返回true，不相等返回false

使用实例：

8. fill

功能：

• 给数组中的元素填充为一个固定的值，可以完全填充也可以局部填充，局部填充时参数左必右开

使用实例：

9. binarySearch

功能：

• 查找数组中元素（二分查找），找到返回下标，找不到返回一个负数

使用实例：

10. sort

功能：

• 将数组中的元素进行排序，默认排成升序

使用实例：

11. 模拟实现toString

publicstaticStringmyToString(int[] array){if(array ==null){return"null";}String ret ="[";for(int i =0; i < array.length; i++){
        ret += array[i];if(i != array.length-1){
            ret +=",";}}
    ret +="]";return ret;}publicstaticvoidmain(String[] args){int[] array ={1,2,3,4,5,6};String ret =myToString(array);System.out.println(ret);}

结语

各位小伙伴，看到这里就是缘分嘛，希望我的这些内容可以给你带来那么一丝丝帮助，可以的话三连支持一下呗😁！！！ 感谢每一位走到这里的小伙伴，我们可以一起学习交流，一起进步😉！！！加油🏃！！！