Java数组的使用

鲜于言悠

发布于 2024-05-26 08:13:23

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发布于 2024-05-26 08:13:23

文章被收录于专栏：c/c++的学习笔记c/c++的学习笔记

前言

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Java数组是用于存储固定大小、相同类型数据序列的数据结构，可通过索引

一、数组基本用法

什么是数组

数组是一种数据结构，用于存储相同类型的多个元素。它可以在内存中连续地存储多个元素，并通过索引访问每个元素。数组通常具有固定的大小，一旦创建后，大小不能改变。每个元素在数组中都有一个唯一的索引，可以使用索引来获取或修改特定位置的元素。数组可以用于存储整数、浮点数、字符和其他任意类型的数据。

数组本质上就是让我们能 “批量” 创建相同类型的变量.

注意事项

在 Java 中, 数组中包含的变量必须是相同类型.

创建数组

基本语法

// 动态初始化
数据类型[] 数组名称 = new 数据类型 [] { 初始化数据 };
 
// 静态初始化
数据类型[] 数组名称 = { 初始化数据 };

代码示例

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

注意事项

静态初始化的时候, 数组元素个数和初始化数据的格式是一致的.
其实数组也可以写成

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

这样就和 C 语言更相似了. 但是我们还是更推荐写成 int[] arr 的形式.

int和 [] 是一个整体.

数组的使用

代码示例

获取长度 & 访问元素

int[] arr = {1, 2, 3};
 
// 获取数组长度
System.out.println("length: " + arr.length); // 执行结果: 3
 
// 访问数组中的元素
System.out.println(arr[1]); // 执行结果: 2
System.out.println(arr[0]); // 执行结果: 1
arr[2] = 100;
System.out.println(arr[2]); // 执行结果: 100

注意事项

使用 arr.length 能够获取到数组的长度. . 这个操作为成员访问操作符. 在面向对象中会经常用到.
使用 [ ] 按下标取数组元素. 需要注意, 下标从 0 开始计数
使用 [ ] 操作既能读取数据, 也能修改数据.
下标访问操作不能超出有效范围 [0, length - 1] , 如果超出有效范围, 会出现下标越界异常

下标越界

int[] arr = {1, 2, 3};
System.out.println(arr[100]);
 
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100
 at Test.main(Test.java:4)

抛出了 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException 异常.

使用数组一定要下标谨防越界.

遍历数组

所谓 “遍历” 是指将数组中的所有元素都访问一遍, 不重不漏.

通常需要搭配循环语句.

int[] arr = {1, 2, 3};
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
 System.out.println(arr[i]);
}
 
// 执行结果
1
2
3

编程求平均成绩

Math

在Java中，Math类提供了许多数学函数。下面是一些常用的Math函数：

abs()：返回一个数的绝对值。

int num = -5;
int absNum = Math.abs(num); // absNum的值为5

ceil()：返回大于或等于给定参数的最小整数。

double num = 4.3;
double ceilNum = Math.ceil(num); // ceilNum的值为5.0

floor()：返回小于或等于给定参数的最大整数。

double num = 4.9;
double floorNum = Math.floor(num); // floorNum的值为4.0

round()：将一个浮点数舍入为最接近的整数。

double num = 4.6;
long roundNum = Math.round(num); // roundNum的值为5

max()：返回两个参数中的最大值。

int num1 = 5;
int num2 = 8;
int maxNum = Math.max(num1, num2); // maxNum的值为8

min()：返回两个参数中的最小值。

int num1 = 5;
int num2 = 8;
int minNum = Math.min(num1, num2); // minNum的值为5

pow()：返回一个数的指定次幂。

double base = 2.0;
double exponent = 3.0;
double result = Math.pow(base, exponent); // result的值为8.0

这只是Math类中的几个函数，还有很多其他可以进行数学计算的函数可供使用。要使用Math类中的函数，需要导入java.lang.Math包。

在Java中，Math类还提供了一个非常有用的函数：Math.random()。这个函数可以生成一个0到1之间的随机浮点数。

要使用Math.random()函数，可以像下面这样使用它：

double randomNum = Math.random();

上述代码将生成一个0到1之间的随机浮点数，并将其赋值给randomNum变量。

如果需要生成一个指定范围内的随机数，可以通过以下方法实现：

生成0到N之间的随机整数（不包括N）：

int randomInt = (int) (Math.random() * N);

例如，要生成0到10之间（不包括10）的随机整数，可以使用上述代码。

生成A到B之间的随机整数（包括A和B）：

int randomInt = (int) (Math.random() * (B - A + 1)) + A;

例如，要生成1到100之间（包括1和100）的随机整数，可以使用上述代码。

需要注意的是，Math.random()函数生成的随机数是一个伪随机数，在每次程序运行时都会生成一个不同的随机数序列。如果需要更复杂的随机数生成功能，可以使用Java中的Random类。

random类

在Java中，Random类是一个用于生成伪随机数的工具类。它提供了多种方法来生成不同类型的随机数。

要使用Random类，首先需要创建一个Random对象，然后可以使用其提供的方法来生成随机数。以下是Random类的一些常用方法：

生成一个随机的boolean值：

Random random = new Random();
boolean randomBool = random.nextBoolean();

生成一个随机的整数：

Random random = new Random();
int randomInt = random.nextInt(); // 生成整数的范围是所有可能的int值

如果需要生成一个指定范围内的随机整数，可以使用nextInt方法的重载版本：

Random random = new Random();
int randomInt = random.nextInt(N); // 生成0到N-1之间的随机整数

生成一个随机的双精度浮点数：

Random random = new Random();
double randomDouble = random.nextDouble(); // 生成0到1之间的随机浮点数

如果需要生成一个指定范围内的随机浮点数，可以使用nextDouble方法的重载版本：

Random random = new Random();
double randomDouble = random.nextDouble() * (B - A) + A; // 生成A到B之间的随机浮点数

Random类还提供了其他一些方法，用于生成随机长整数、随机字节、随机字节数组等。可以根据具体需求选择合适的方法来生成随机数。

需要注意的是，Random类生成的随机数也是伪随机数，每次程序运行时会生成一个不同的随机数序列。如果需要更高质量的随机数，可以考虑使用SecureRandom类。

现有100个学生，编程求平均成绩

import java.util.Scanner;
import  java.lang.Math;
class test
{
    public  static  void main(String []args)
    {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int num = sc.nextInt();
        int []arr = new int [100];
        for(int i = 0 ; i < num ;i++)
        {
            arr[i] = (int)(Math.random()*100);
        }
        for(int i = 0 ; i < num ; i++)
        {
            System.out.print(arr[i]+ "   ");
        }
        sc.close();
    }
}

使用 for-each 遍历数组

int[] arr = {1, 2, 3};
for (int x : arr) {
 System.out.println(x);
}
 
// 执行结果
1
2
3

for-each 是 for 循环的另外一种使用方式. 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.

二、数组作为方法的参数

基本用法

代码示例

打印数组内容

public static void main(String[] args) {
 int[] arr = {1, 2, 3};
 printArray(arr);
}
 
public static void printArray(int[] a) {
 for (int x : a) {
 System.out.println(x);
 }
}
 
// 执行结果
1
2
3

在这个代码中

int[] a 是函数的形参, int[] arr 是函数实参.
如果需要获取到数组长度, 同样可以使用 a.length

理解引用类型

我们尝试以下代码

代码示例

参数传内置类型

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

我们发现, 修改形参 x 的值, 不影响实参的 num 值.

参数传数组类型

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

我们发现, 在函数内部修改数组内容, 函数外部也发生改变.

此时数组名 arr 是一个 “引用” . 当传参的时候, 是按照引用传参.

针对 int[] arr = new int[]{1, 2, 3} 这样的代码, 内存布局如图:

当我们创建 new int[]{1, 2, 3} 的时候, 相当于创建了一块内存空间保存三个 int
接下来执行 int[] arr = new int[]{1, 2, 3} 相当于又创建了一个 int[] 变量, 这个变量是一个引用类型, 里面只保存了一个整数(数组的起始内存地址)
接下来我们进行传参相当于 int[] a = arr , 内存布局如图

接下来我们修改 a[0] , 此时是根据 0x100 这样的地址找到对应的内存位置, 将值改成 100

此时已经将 0x100 地址的数据改成了 100 .

那么根据实参 arr 来获取数组内容 arr[0] , 本质上也是获取 0x100地址上的数据, 也是 100.

如何理解内存

内存就是指我们熟悉的 “内存”. 内存可以直观的理解成一个宿舍楼. 有一个长长的大走廊, 上面有很多房间.

每个房间的大小是 1 Byte (如果计算机有 8G 内存, 则相当于有 80亿个这样的房间).

每个房间上面又有一个门牌号, 这个门牌号就称为地址

内存（Memory）是计算机中用于存储数据和指令的硬件设备。它是计算机的重要组成部分，不仅影响着机器的性能，还直接关系到程序的执行效率。

内存可以分为主存（Main Memory）和辅助存储器（Auxiliary Storage）两种类型。主存是计算机的主要工作空间，它存储了当前正在执行的程序和相关的数据。主存通常是易失性存储器，即当计算机断电时，内存中的数据就会丢失。辅助存储器则是指硬盘、固态硬盘（SSD）等非易失性存储介质，它可以用于长期存储数据。

内存的容量通常以字节（Byte）为单位来衡量，1字节等于8位。常见的内存容量单位有千字节（KB）、兆字节（MB）、千兆字节（GB）和太字节（TB）。内存的容量越大，计算机可以同时存储和处理的数据量就越大。

在计算机中，每个内存单元都有一个唯一的地址，通过这个地址可以访问到其中存储的数据。内存的访问速度很快，相比于辅助存储器，它可以更快地读取和写入数据。这也是为什么计算机将程序和数据加载到内存中进行处理。

内存的管理是计算机系统的重要任务之一。操作系统负责分配和回收内存空间，以确保程序能够正常运行并避免内存泄漏的问题。程序员也需要编写高效的代码，尽量减少内存的占用和浪费，提高程序的性能。

总之，理解内存是理解计算机工作原理的重要一环。通过合理利用内存资源，可以提高计算机的性能和效率。

什么是引用

引用相当于一个 “别名”, 也可以理解成一个指针.

创建一个引用只是相当于创建了一个很小的变量, 这个变量保存了一个整数, 这个整数表示内存中的一个地址

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).

null

null 在 Java 中表示 “空引用” , 也就是一个无效的引用.

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.

JVM 内存区域划分

一个宿舍楼会划分成几个不同的区域: 大一学生, 大二学生… 计算机专业学生, 通信专业学生…内存也是类似, 这个大走廊被分成很多部分, 每个区域存放不同的数据.

JVM 的内存被划分成了几个区域, 如图所示:

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): 重点是存储局部变量表(当然也有其他信息). 我们刚才创建的 int[] arr 这样的存储地址的引用就是在这里保存.
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} )
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.
运行时常量池(Runtime Constant Pool): 是方法区的一部分, 存放字面量(字符串常量)与符号引用. (注意从 JDK 1.7 开始, 运行时常量池在堆上).

Native 方法

JVM 是一个基于 C++ 实现的程序. 在 Java 程序执行过程中, 本质上也需要调用 C++ 提供的一些函数进行和操作系统底层进行一些交互. 因此在 Java 开发中也会调用到一些 C++ 实现的函数.

这里的 Native 方法就是指这些 C++ 实现的, 再由 Java 来调用的函数.

我们发现, 在上面的图中, 程序计数器, 虚拟机栈, 本地方法栈被很多个原谅色的, 名叫 Thread(线程) 的方框圈起来了,并且存在很多份. 而堆, 方法区, 运行时常量池, 只有一份.

JVM栈

局部变量和引用保存在栈上, new 出的对象保存在堆上.
堆的空间非常大, 栈的空间比较小.
堆是整个 JVM 共享一个, 而栈每个线程具有一份(一个 Java 程序中可能存在多个栈).

数组作为方法的返回值

代码示例

写一个方法, 将数组中的每个元素都 * 2

// 直接修改原数组
class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3};
        transform(arr);
        printArray(arr);
    }

    public static void printArray(int[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.println(arr[i]);
        }
    }

    public static void transform(int[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = arr[i] * 2;
        }
    }
}

这个代码固然可行, 但是破坏了原有数组. 有时候我们不希望破坏原数组, 就需要在方法内部创建一个新的数组, 并由方法返回出来

// 返回一个新的数组
class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3};
        int[] output = transform(arr);
        printArray(output);
    }

    public static void printArray(int[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.println(arr[i]);
        }
    }

    public static int[] transform(int[] arr) {
        int[] ret = new int[arr.length];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            ret[i] = arr[i] * 2;
        }
        return ret;
    }
}

这样的话就不会破坏原有数组了.

另外由于数组是引用类型, 返回的时候只是将这个数组的首地址返回给函数调用者, 没有拷贝数组内容, 从而比较高效.

三、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 };

代码示例

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("");
        }

    }
 
// 执行结果
1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12

二维数组的用法和一维数组并没有明显差别, 因此我们不再赘述.

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.

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原始发表：2024-05-25，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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