【Java】数组

一、数组的概述

特别说明：数组是引用数据类型，存储的是地址，即使是基本数据类型的数组（如 int[]）也是属于引用数据类型，是Object类型的后代类！继承于Object类！

Object类的官方说明：类Object是类层次结构的根类。每个类都使用Object作为超类。所有对象（包括数组）都实现这个类的方法！

而clone()方法是从Object类继承过来的，基本数据类型（int ，boolean，char，byte，short，float ，double，long）的数组都可以直接使用clone方法进行克隆，注意String类型是因为其值不可变所以才可以使用。

1. 数组的理解：

数组(Array)，是多个相同类型数据一定顺序排列的集合，并使用一个名字命名，并通过编号的方式对这些数据进行统一管理。

2. 数组相关的概念：

数组名 元素 角标、下标、索引 数组的长度：元素的个数

3. 数组的特点：

1. 数组是有序排列的
2. 数组属于引用数据类型的变量。数组的元素，既可以是基本数据类型，也可以是引用数据类型
3. 创建数组对象会在内存中开辟一整块连续的空间
4. 数组的长度一旦确定，就不能修改。

4. 数组的分类：

① 按照维数：一维数组、二维数组、。。。

② 按照数组元素的类型：基本数据类型元素的数组、引用数据类型元素的数组

5.数据结构：

1. 数据与数据之间的逻辑关系：集合（关系很弱）、一对一（数组里面的元素）、一对多（二叉树）、多对多（社交网络）
2. 数据的存储结构： 线性表：顺序表（比如：数组）、链表、栈、队列 树形结构：二叉树 图形结构：

二、一维数组

1. 一维数组的声明与初始化

这里需要注意，数组的作用是用来对多个元素分配空间，所以不需要小括号()，也就是构造函数，因为是为多个元素分配，构造函数不够用，并且数组的类型是Object[]，它没有构造函数，只有Object才有构造函数。
例如，不能出现String[] names = new String[5]();这种情况，这是错误的一种表达方式，你可以想想，有五个元素，一个构造函数跟在后面哪够用啊，并且数组的类型是String[]，它没有构造函数，只有String才有构造函数。

正确的方式：

int num;//声明
num = 10;//初始化
int id = 1001;//声明 + 初始化		
int[] ids;//声明
//1.1 静态初始化:数组的初始化和数组元素的赋值操作同时进行
ids = new int[]{1001,1002,1003,1004};
int[] arr = new int[]{1,2,3};
//1.2动态初始化:数组的初始化和数组元素的赋值操作分开进行
String[] names = new String[5];
int[] arr4 = {1,2,3,4,5};//类型推断

错误的方式：

//int[] arr1 = new int[];
//int[5] arr2 = new int[5];
//int[] arr3 = new int[3]{1,2,3};

2. 一维数组元素的引用：

通过角标的方式调用。

//数组的角标（或索引从0开始的，到数组的长度-1结束。
names[0] = "王铭";
names[1] = "王赫";
names[2] = "张学良";
names[3] = "孙居龙";
names[4] = "王宏志";//charAt(0)

3. 数组的属性：

数组的属性：length

System.out.println(names.length);//5
System.out.println(ids.length);

说明： 数组一旦初始化，其长度就是确定的。arr.length 数组长度一旦确定，就不可修改。

4.一维数组的遍历

for(int i = 0;i < names.length;i++){
	System.out.println(names[i]);
}

5.一维数组元素的默认初始化值

• 数组元素是整型：0
• 数组元素是浮点型：0.0
• 数组元素是char型：0或'\u0000'，而非'0'
• 数组元素是boolean型：false
• 数组元素是引用数据类型：null

6.一维数组的内存结构

三、二维数组

1.如何理解二维数组？

数组属于引用数据类型，数组的元素也可以是引用数据类型，一个一维数组A的元素如果还是一个一维数组类型的，则此数组A称为二维数组。

特别特别注意：****Java中的二维数组允许各行的元素个数不一样
java多维数组的定义是和c不一样的
java的数组定义是在数组中放数组
比如这样
int [2][] i;
i[0] = new int[2];
i[1] = new int[10];
i[2] = new int[5];

实际上,在Java中只有一维数组。二维数组本质上也是一维数组,只是数组中的每一个元素都指向了另一个一维数组而已。因此各位的个数可以不一样。

举例：

int[][] arr = new int[3][];//定义一个二维数组arr
arr[0] = new int[3];//第一维数据索引是0的元素是一个3维的一维数组
arr[1] = new int[5];//第一维数据索引是1的元素是一个5维的一维数组
arr[2] = new int[4];//第一维数据索引是2的元素是一个4维的一维数组

2.二维数组的声明与初始化

正确的方式：

int[] arr = new int[]{1,2,3};//一维数组
//静态初始化
int[][] arr1 = new int[][]{{1,2,3},{4,5},{6,7,8}};
//动态初始化1
String[][] arr2 = new String[3][2];
//动态初始化2
String[][] arr3 = new String[3][];
//也是正确的写法：
int[] arr4[] = new int[][]{{1,2,3},{4,5,9,10},{6,7,8}};
int[] arr5[] = {{1,2,3},{4,5},{6,7,8}};//类型推断

错误的方式：

//String[][] arr4 = new String[][4];
//String[4][3] arr5 = new String[][];
//int[][] arr6 = new int[4][3]{{1,2,3},{4,5},{6,7,8}};

3.如何调用二维数组元素:

System.out.println(arr1[0][1]);//2
System.out.println(arr2[1][1]);//null
		
arr3[1] = new String[4];
System.out.println(arr3[1][0]);
System.out.println(arr3[0]);//

4.二维数组的属性：

System.out.println(arr4.length);//3
System.out.println(arr4[0].length);//3
System.out.println(arr4[1].length);//4

5.遍历二维数组元素

for(int i = 0;i < arr4.length;i++){
    for(int j = 0;j < arr4[i].length;j++){
        System.out.print(arr4[i][j] + "  ");
    }
    System.out.println();
}
​```

6.二维数组元素的默认初始化值

规定：二维数组分为外层数组的元素，内层数组的元素
int[][] arr = new int[4][3];
外层元素：arr[0],arr[1]等
内层元素：arr[0][0],arr[1][2]等

⑤ 数组元素的默认初始化值
针对于初始化方式一：比如：int[][] arr = new int[4][3];
外层元素的初始化值为：地址值
内层元素的初始化值为：与一维数组初始化情况相同

针对于初始化方式二：比如：int[][] arr = new int[4][];
外层元素的初始化值为：null
内层元素的初始化值为：不能调用，否则报错。

7.二维数组的内存结构

四、数组的常见算法

1. 数组的创建与元素赋值：

杨辉三角（二维数组）、回形数（二维数组）、6个数，1-30之间随机生成且不重复。

杨辉三角

// 1.新建二位数组，动态初始化
int[][] yangHui = new int[10][];
// 2.为二维数组赋值
for (int i = 0; i < yangHui.length; i++) {
    yangHui[i] = new int[i + 1];
    // 2.1为首末元素赋值
    yangHui[i][0] = yangHui[i][i] = 1;
    // 2.2为其余元素赋值
    for (int j = 1; j < yangHui[i].length - 1; j++) {//
        yangHui[i][j] = yangHui[i - 1][j - 1] + yangHui[i - 1][j];
    }

}
// 3.打印输出二维数组
for (int i = 0; i < yangHui.length; i++) {
    for (int j = 1; j < yangHui[i].length; j++) {// 第0个位置没有元素
        System.out.print(yangHui[i][j] + " ");
    }
    System.out.println();
}

2. 针对于数值型的数组：

最大值、最小值、总和、平均数等

// 1.找到数组中的最大值
int maxArr = arr[0];
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    if (maxArr < arr[i]) {
        maxArr = arr[i];
    }
}
System.out.println("数组中的最大值为：" + maxArr);

// 2.找到数组中的最小值

int minArr = arr[0];
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    if (minArr > arr[i]) {
        minArr = arr[i];
    }
}
System.out.println("数组中的最小值为：" + minArr);

// 3.找到数组中的平均数
int num = 0;
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    num += arr[i];
}
System.out.println("数组的平均数为：" + (num / arr.length));

// 4.求总和
int num1 = 0;
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    num1 += arr[i];
}
System.out.println("数组的总和为：" + num1);

3. 数组的赋值与复制

// 1.数组的赋值
String[] str1 = new String[5];
str1 = str;
str1[2] = "AA";
for (int i = 0; i < str1.length; i++) {
    System.out.print(str[i] + " ");
}
System.out.println();

3.1 赋值

如何理解：如何理解：将array1保存的数组的地址值赋给了array2，使得array1和array2共同指向堆空间中的同一个数组实体。

3.2 复制：

// 1.1数组的复制
for (int i = 0; i < str1.length; i++) {
    str1[i] = str[i];
    System.out.print(str1[i] + " ");
}

如何理解：我们通过new的方式，给array2在堆空间中新开辟了数组的空间。将array1数组中的元素值一个一个的赋值到array2数组中。

4.数组元素的反转:

//方法一：
for(int i = 0;i < arr.length / 2;i++){
    String temp = arr[i];
    arr[i] = arr[arr.length - i -1];
    arr[arr.length - i -1] = temp;
}

//方法二：
for(int i = 0,j = arr.length - 1;i < j;i++,j--){
    String temp = arr[i];
    arr[i] = arr[j];
    arr[j] = temp;
}

5.数组中指定元素的查找：搜索，检索

5.1 线性查找：

实现思路：通过遍历的方式，一个一个的数据进行比较、查找。 适用性：具有普遍适应性

5.2 二分法查找：

实现思路：每次比较中间值，折半的方式检索。 适用性：（前提：数组必须有序）

6.数组的排序算法

十大排序算法

• 选择排序：

  • 直接选择排序、堆排序

• 交换排序：

  • 冒泡排序、快速排序

• 插入排序：

  • 直接插入排序、折半插入排序、希尔排序

• 归并排序

• 桶排序

• 基数排序

理解： 1）衡量排序算法的优劣：

​ 时间复杂度、空间复杂度、稳定性

2）排序的分类：内部排序 与 外部排序（需要借助磁盘）

3）不同排序算法的时间复杂度

冒泡排序的实现：

	int[] arr = new int[] { 21, 43, 64, 76, 878, 432, 21 };
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < arr.length - i - 1; j++) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    int temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
            }
        }

        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }

五、Arrays工具类的使用

1.理解：

1. ① 定义在java.util包下。
2. ② Arrays:提供了很多操作数组的方法。

2.使用：

int arr1[] = new int[] { 21, 43, 542, 432, 4, 2, 5, 1 };
int arr2[] = new int[] { 32, 43, 4, 1, 4, 76, 54, 68, 4 };

// 1.Arrays.equals(arr1, arr2):判断数组是否相等
System.out.println(Arrays.equals(arr1, arr2));

// 2.Arrays.toString(arr1):输出数组信息
System.out.println(Arrays.toString(arr1));

// 3.Arrays.fill(arr1, 2):将指定值填充到数组中
Arrays.fill(arr1, 2);
System.out.println(Arrays.toString(arr1));

// 4.Arrays.sort(arr2):对数组进行排序
Arrays.sort(arr2);
System.out.println(Arrays.toString(arr2));

// 5.Arrays.binarySearch(arr2, 1):对排序好的数组用二分法检索指定值
int index = Arrays.binarySearch(arr2, 1);
System.out.println(index);

六、数组的常见异常

1.数组角标越界异常：

ArrayIndexOutOfBoundsException

int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5};

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

System.out.println(arr[-2]);

System.out.println("hello");

2.空指针异常：

NullPointerException

//情况一：
int[] arr1 = new int[]{1,2,3};
arr1 = null;
System.out.println(arr1[0]);

//情况二：
int[][] arr2 = new int[4][];
System.out.println(arr2[0][0]);

//情况三：
String[] arr3 = new String[]{"AA","BB","CC"};
arr3[0] = null;
System.out.println(arr3[0].toString());

提示：一旦程序出现异常，未处理时，就终止执行。