【Java】——数组深度解析（从内存原理到高效应用实践）
一、数组的基本概念1. 什么是数组数组是一种复合数据类型，它可以看作是一个容器，用于存储多个相同类型的变量。这些变量在内存中按顺序排列，每个变量都有一个唯一的索引，通过索引可以快速访问数组中的元素。在Java中，数组是对象，无论它存储的是基本数据类型还是引用数据类型。
数组中存放的元素类型相同；数组的空间是连在一起的；每个空间都有自己的编号，起始位置编号为0，即数组下标；2. 数组的创建及初始化2.1 数组的创建代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制T[] 数组名 = new T[N];
// T：表⽰数组中存放元素的类型
// T[]：表⽰数组的类型
// N：表⽰数组的⻓度代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制int[] array1 = new int[10];
float[] array2 = new float[20];
String[] array3 = new String[30];2.2 数组的初始化数组的初始化主要分为动态初始化以及静态初始化。
动态初始化：在创建一个数组时，直接指定数组元素的个数代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制int[] array = new int[10];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代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制int[] array1 = new int[]{0,1,2,3,4,5};
float[] array2 = new float[]{0,1,2,3,4,5};
String[] array3 = new String[]{0,1,2,3,4,5};【注意】
静态初始化虽然没有指定数组长度，编译器在编译时会根据{}中的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[ ];代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制java int[] array1 = {0,1,2,3,4,5};
float[] array2 = {0,1,2,3,4,5};
String[] array3 = {0,1,2,3,4,5};
静态和动态初始化也可以分为两步，但是省略格式不可以代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制int[] array;
array = new int[5];
如果没有对数组进⾏初始化，数组中元素有其默认值
如果数组中存储元素类型为引⽤类型，默认值为null
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制String name = new String[2];//nall,nall3. 数组的使用3.1 数组中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。
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] array = new int[]{12,55,94,66,33};
System.out.println(array[0]);
System.out.println(array[1]);
System.out.println(array[2]);
System.out.println(array[3]);
System.out.println(array[4]);
}
} 下标的访问不能越界
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] array = new int[5];
System.out.println(array[6]);//越界了
}
}3.2 遍历数组遍历数组就是将数组中的所有元素都访问一遍，访问是对所有元素进行某种操作，eg: 打印
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] array = new int[]{10,20,30,40,50};
System.out.println(array[0]);
System.out.println(array[1]);
System.out.println(array[2]);
System.out.println(array[3]);
System.out.println(array[4]);
这样写，修改起来就比较麻烦，我们可以用循环来进行打印代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] array = new int[]{10,20,30,40,50};
// System.out.println(array[0]);
// System.out.println(array[1]);
// System.out.println(array[2]);
// System.out.println(array[3]);
// System.out.println(array[4]);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(array[i]);
}
}
}
在数组中可以通过 数组对象.length 来获取数组的⻓度代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] array = new int[]{10,20,30,40,50};
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
System.out.println(array[i]);
}
}
}
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. 取得数组的每个元素，并放到x中可以避免循环条件和更新语句写错.代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制 int[] array = {1,2,3};
for(int x : array){
System.out.println(x);
}二、数组是引用类型1. 初始JVM的内存分布
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(NativeMethod 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} )，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2. 基本类型变量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。代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int a = 10;
int b = 20;
int[] array = {1,2,3};
int[] array1 = nall;//当一个引用不知道初始化什么的时候，就初始化成nall
}
}
栈上变量的地址是获取不到的当一个引用不知道初始化什么的时候，就初始化成nall3. 引用变量代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
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;
array2[3] = 400;
array2[4] = 400;
for (int i = 0; i < array2.length; i++) {
System.out.println(array2[i]);
}
}
}4. nallnull 在 Java 中表⽰ “空引⽤” , 也就是⼀个不指向对象的引⽤.
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] array = null;
System.out.println(array.length );
}
} 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NullPointerException. 空指针异常
三、数组的应用1. 保存数据 这里就不多做解释了
2. 作为函数的参数
参数传基本数据类型
发现在func⽅法中修改形参 x 的值, 不影响实参的 num 值.代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int num = 100;
ch(num);
System.out.println("num = " + num);
}
public static void ch(int x){
x = 0;
System.out.println("x=" + x);
}
}
参数传数组类型(引⽤数据类型)
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.代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
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]);
}
}
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。
【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⻉
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1, 2, 3, 4, 5};
test1(array);
printArray(array);
}
public static void printArray(int[] array) {
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
System.out.println(array[i] + " ");
}
System.out.println();
}
public static void test1(int[] array){
array[0] = 99;
}
}代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1, 2, 3, 4, 5};
test2(array);
printArray(array);
}
public static void printArray(int[] array) {
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
System.out.println(array[i] + " ");
}
System.out.println();
}
public static void test2(int[] array){
array = new int[]{100, 200, 300, 400, 500};
}
}3. 作为函数返回值代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] array = fun();
String str = Arrays.toString(array);
System.out.println(str);
}
public static int[] fun(){
int a = 1;
int b = 2;
int[] ret = new int[]{a,b};
return ret;
}
}四、操作数据⼯具类Arrays与数组练习1. 数组转字符串Java 中提供了java.util.Arrays包, 其中包含了⼀些操作数组的常⽤⽅法.使⽤这个⽅法后续打印数组就更⽅便⼀些.
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制import java.util.Arrays;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] arr ={1,2,3,4,5,6};
String newArr = Arrays.toString(arr);
System.out.println(newArr);
}
// public static String myToString(int[] array){
// String ret = "[";
// for (int i = 0; i < array.length; i++) {
// ret += array[i];
// if(i != array.length-1){
// ret +=",";
// }
// }
// ret += "]";
// return ret;
// }
}2. 数组拷贝代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] array1 = {1,2,3,4,5};
int[] array2 = new int[array1.length];
System.out.println("拷贝前:");
System.out.println("array1:"+Arrays.toString(array1));
System.out.println("array2:"+Arrays.toString(array2));
for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
array2[i] = array1[i];
}
System.out.println("拷贝后:");
System.out.println("array1:"+Arrays.toString(array1));
System.out.println("array2:"+Arrays.toString(array2));
}
}3. 查找数组中的制定元素3.1 顺序查找给定⼀个数组, 再给定⼀个元素, 找出该元素在数组中的位置.
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] array1 = {1,2,3,4,5};
int ret = find(array1,4);
if(ret == -1){
System.out.println("找不到");
}
System.out.println(ret);
}
public static int find(int[] array1,int key){
for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
if(array1[i] == key){
return i;
}
}
return -1;
}
}3.2 二分查找针对有序数组, 可以使⽤更⾼效的⼆分查找.
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1, 2, 3, 4, 5};
int ret = find(array, 3);
if (ret == -1) {
System.out.println("找不到");
} else {
System.out.println(ret);
}
}
public static int find(int[] array,int key){
int i = 0;
int j = array.length-1;
while(i <= j){
int mid = (i+j)/2;
if(array[mid] < key){
i = mid + 1;
}else if(array[mid] > key){
i = mid - 1;
}else{
return mid;
}
}
return -1;
}
}4. 数组排序（冒泡排序）给定⼀个数组, 让数组升序 (降序) 排序.
假设排升序：
将数组中相邻元素从前往后依次进⾏⽐较，如果前⼀个元素⽐后⼀个元素⼤，则交换，⼀趟下来后最⼤元素就在数组的末尾依次从上上述过程，直到数组中所有的元素都排列好代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] array = {3,5,23,7,9,33,42,12};
bubbleSort(array);
System.out.println("排序后："+Arrays.toString(array));
}
public static void bubbleSort(int[] array){
for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
for(int j = 0;j < array.length-1;j++){
if(array[j] > array[j+1]){
int tmp = array[j];
array[j] = array[j+1];
array[j+1] = tmp;
}
}
}
}
} Java中内置了更高效的排序算法
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public static void main(String[] args) {
int[] arr = {9, 5, 2, 7};
Arrays.sort(arr);
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}5. 数组逆序给定⼀个数组, 将⾥⾯的元素逆序排列.
设定两个下标, 分别指向第⼀个元素和最后⼀个元素.交换两个位置的元素. 然后让前⼀个下标⾃增, 后⼀个下标⾃减, 循环继续即可.代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test {
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1,2,3,5,6,9};
reverse(array);
System.out.println(Arrays.toString(array));
}
public static void reverse(int[] array){
int i = 0;
int j = array.length-1;
while(i int tmp = array[i]; array[i] = array[j]; array[j] = tmp; i++; j--; } } }五、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. 1.基本语法代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制数据类型[][] 数组名称 = new 数据类型 [⾏数][列数] { 初始化数据 };列可以省略，行不可以省略 代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制public class Test { public static void main(String[] args) { int[][] array = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}}; // int[][] arr1 = new int[2][3]; // int[][] arr3 = new int[][]{{1, 2, 3}, {4, 5, 6}}; for (int i = 0; i < array.length; i++) { for (int j = 0; j < array[i].length; j++) { System.out.print(array[i][j]+" "); } System.out.println(); } } } ⼆维数组是特殊的⼀维数组，⼀维数组的每个元素⼜是⼀个数组arr.length 代表⼆维数组的⾏数arr[row].length 代表⼆维数组的列数2. 不规则二维数组不规则的⼆维数组指的是，⼆维数组的列在定义的时候，没有确定。 代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制int[][] array = new int [2][]; array[0] = new int[3]; array[1] = new int[5]; 这就不是⼀个规则的⼆维数组。第1⾏有3列，第2⾏有5列。 【总结】 数组作为Java编程的基础数据结构，掌握其定义和使用方法是迈向高级编程的重要一步。通过本文的介绍，希望你对Java数组有了更深入的理解，并能在实际项目中灵活运用。随着学习的深入，你会发现数组在算法设计、数据处理等领域发挥着更大的作用。在日常开发中，建议养成良好的编码习惯，合理使用数组，提高程序的性能和可读性。如果你对数组还有其他疑问，欢迎在评论区留言交流。数组是通往更高级数据结构和算法的基石，祝愿大家在这里是引用 Java编程的道路上越走越远，创造出更优秀的程序！