Java程序基础——6.数组

目录

• Java数组
  • 数组的基本概念
  • 数组的核心特性
  • 数组的引用特性
    • 数组引用的工作原理
    • 数组变量的重新赋值
  • 字符串数组与对象数组
    • 字符串数组
    • 对象数组
  • 数组操作
    • 数组的创建
      • 声明并初始化
      • 声明并指定元素初始化
    • 修改数组元素
    • 访问数组元素
    • 获取数组长度
    • 数组的遍历
      • 使用普通for循环
      • 使用增强for循环
  • 数组的常用工具类操作（java.util.Arrays）
    • 数组复制
    • 数组填充
    • 数组排序
    • 数组比较
    • 二分查找元素
  • 数组与其他类型转换
    • 数组转字符串
    • 数组转集合
    • 集合转数组
  • 总结

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Java数组

数组的基本概念

数组是相同数据类型元素的有序集合。与单独定义多个变量相比，使用数组可以更方便地管理和操作一组相关数据。

数组的核心特性

1. 固定长度：数组一旦创建，其长度就不可改变。尝试访问超出长度范围的索引会抛出ArrayIndexOutOfBoundsException。

2. 连续存储：数组元素在内存中连续存储，这使得通过索引访问元素的效率极高。

3. 默认初始化：创建数组时，所有元素都会被自动初始化为对应类型的默认值：

   • 数值类型：0（整数）、0.0（浮点）
   • 布尔类型：false
   • 引用类型：null

4. 引用类型：数组本身是引用类型，数组变量存储的是数组对象的引用（内存地址）。

数组的引用特性

数组作为引用类型，其变量存储的是数组对象的引用，这一点与基本类型有本质区别。

数组引用的工作原理

当我们创建一个数组并赋值给变量时，变量实际上存储的是数组在内存中的地址：

int[] arr1 = {1, 2, 3};
int[] arr2 = arr1; // arr2与arr1指向同一个数组

此时，修改arr2的元素会影响arr1，因为它们指向同一个数组对象：

arr2[0] = 100;
System.out.println(arr1[0]); // 输出100

数组变量的重新赋值

数组变量可以重新赋值指向新的数组对象，原数组对象如果没有其他引用会被垃圾回收：

int[] arr = {1, 2, 3};
arr = new int[] {4, 5, 6}; // arr现在指向新数组

这一过程中，原数组{1,2,3}并未被修改，只是不再被arr引用。

字符串数组与对象数组

数组元素不仅可以是基本类型，还可以是引用类型，如字符串、自定义对象等。

字符串数组

字符串数组的每个元素都是一个字符串引用：

String[] names = {"Alice", "Bob", "Charlie"};

修改字符串数组元素时，只是改变了引用指向，不会修改原字符串内容（字符串具有不可变性）：

names[1] = "Robert"; // names[1]从指向"Bob"变为指向"Robert"

对象数组

对于自定义对象，数组存储的是对象引用：

// 假设存在Person类
Person[] people = new Person[3];
people[0] = new Person("Alice");
people[1] = new Person("Bob");

访问对象数组元素的方法：

System.out.println(people[0].getName()); // 调用对象方法

数组操作

数组的创建

声明并初始化

// 声明并初始化一个可容纳5个int元素的数组
int[] scores = new int[5];
// 声明并初始化一个长度为3的String数组
String[] arr2 = new String[3];

数组创建后会自动初始化所有元素为默认值（整数类型默认值为0）。

声明并指定元素初始化

还可以在定义时直接指定元素值，此时数组长度由编译器自动计算：

// 声明并初始化数组，长度为5
int[] scores = new int[] {68, 79, 91, 85, 62};

// 更简洁的写法
int[] scores = {68, 79, 91, 85, 62};

修改数组元素

int[] scores = {68, 79, 91, 85, 62};
scores[1] = 80; // 将第二个元素修改为80
System.out.println(scores[1]); // 输出80

访问数组元素

数组元素通过索引（index）进行访问和操作，索引从0开始，最大索引为数组长度-1。

int[] scores = {68, 79, 91, 85, 62};
System.out.println(scores[0]); // 访问第一个元素，输出68
System.out.println(scores[2]); // 访问第三个元素，输出91

获取数组长度

使用length属性可以获取数组的长度：

int[] scores = {68, 79, 91, 85, 62};
System.out.println(scores.length); // 输出5

注意：数组的length是属性而非方法，访问时不需要加括号()。

数组的遍历

遍历数组是最常见的操作之一，可以使用for循环或增强for循环（foreach）。

使用普通for循环

int[] scores = {68, 79, 91, 85, 62};
for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
    System.out.println("第" + (i+1) + "个元素：" + scores[i]);
}

使用增强for循环

增强for循环更简洁，无需关注索引：

int[] scores = {68, 79, 91, 85, 62};
for (int score : scores) {
    System.out.println(score); // 直接访问元素值
}

数组的常用工具类操作（java.util.Arrays）

数组复制

• copyOf(原数组, 新长度)：复制数组，新长度超过原长度则补默认值
• copyOfRange(原数组, 起始索引, 结束索引)：复制指定范围（左闭右开）

int[] original = {1, 2, 3};
int[] copy1 = Arrays.copyOf(original, 5); // {1,2,3,0,0}
int[] copy2 = Arrays.copyOfRange(original, 1, 3); // {2,3}

数组填充

• fill(数组, 值)：将数组所有元素设为指定值

int[] arr = new int[3];
Arrays.fill(arr, 6); // {6,6,6}

数组排序

• sort()：对数组升序排序（基本类型按值排序，引用类型需实现 Comparable）

int[] nums = {3, 1, 4};
Arrays.sort(nums); // 排序后：{1, 3, 4}

数组比较

• equals(数组1, 数组2)：判断两个数组长度和元素是否完全相同

int[] a = {1, 2};
int[] b = {1, 2};
boolean isEqual = Arrays.equals(a, b); // true

二分查找元素

• binarySearch(数组, 目标值)：二分查找（需先排序，找到返回索引，否则返回负数）

int[] sorted = {1, 3, 4};
int index = Arrays.binarySearch(sorted, 3); // 1（找到索引）

数组与其他类型转换

数组转字符串

• toString(数组)：将数组转为易读的字符串（如 [1, 2, 3]）

String str = Arrays.toString(nums); // "[1, 3, 4]"

数组转集合

使用List.of()方法（Java 9+）（返回固定大小的 List，不可添加/删除/改元素，不允许null元素）

String[] arr = {"苹果", "香蕉", "橙子"};
List<String> list = List.of(arr);//数组转列表

List<Integer> numbers = List.of(1, 2, 3, 4);

使用 Arrays.asList()（返回固定大小的 List，不可添加/删除元素）：

String[] strs = {"a", "b"};
List<String> list = Arrays.asList(strs);

集合转数组

通过 List.toArray()：

List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
Integer[] arr = list.toArray(new Integer[0]); // 数组：{1,2}

总结

• 理解数组的特性（尤其是引用特性）
• 掌握数组操作：
  • 1.数组创建、元素修改、元素查询、长度获取.length、遍历。
  • 2.数组复制、填充、排序、比较和二分查找元素索引。
  • 3.数组与字符串、集合之间转换