Java基础语法：5.数组的定义与使用

一、数组基本用法
1、 什么是数组
数组本质上就是让我们能 “批量” 创建相同类型的变量，需要注意的是在 Java 中, 数组中包含的变量必须是 相同类型。
2 、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 [长度] { 初始化数据 };
// 静态初始化
数据类型[] 数组名称 = { 初始化数据 };

示例：

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

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
3、 数组的使用
a、获取长度 & 访问元素
示例：

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
a) 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. 后面在面向对象中会经常用到.
b) 使用 [ ] 按下标取数组元素. 需要注意, 下标从 0 开始计数
c) 使用 [ ] 操作既能读取数据, 也能修改数据.
d) 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

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)
    */

b、遍历数组
“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
*/

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
1 、基本用法

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
*/

在上述代码中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
2、 理解引用类型

//1参数传内置类型
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
*/

//2参数传数组类型
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
*/

通过以上代码可以看出在java语法中参数传递内置类型或者数组类型导致的结果是不同的。参数传递基本类型时修改形参 x 的值, 不影响实参的 num 值.参数传递数组类型时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，
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
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).
3 、认识 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.值得注意在Java中并没有约定 null 和 0 号地址的内存有任何关联.
4 、初识 JVM 内存区域划分

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): 重点是存储局部变量表(当然也有其他信息). 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
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 JDK1.7 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.

三、 数组作为方法的返回值
示例：

// 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;
 }
}

相比于在原数组的基础上进行每个元素的值乘2会破坏原数组，使用此方法不会破坏原有数组，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.

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.
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 };

示例：

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
*/

此外二维数组的用法和一维数组并没有明显差别，在Java中也存在三维数组、四维数组但出现频率很低。