Java / Java 数组

Java 数组

数组在编程语言中是非常重要的数据结构。本小节我们来一起学习 Java 数组,通过本小节的学习,你将了解到数组的基本概念,如何声明数组以及数组的声明有哪些方式,如何初始化数组以及数组初始化有哪些方式,数组的常用操作有哪些,多维数组的声明、创建、初始化以及迭代等等。多维数组部分将以二维数组进行为例讲解,理解了二维数组,再去理解多维数组就相对容易了。

1. 什么是数组

数组是相同类型的数据按照顺序组成的一种引用数据类型

Java 中有基本数据类型和引用数据类型两种数据类型。数组就是引用数据类型。

2. 数组声明

在Java语言中,数组声明有两种语法:

  • 中括号跟在数据类型后DataType[] arrayName;

  • 中括号跟在数组名称后DataType arrayName[];

其中DataType是数组中要存放元素的数据类型,例如intString等,arrayName是数组名称,遵守变量的命名规范。

在实际的编码中,我们更常用的是第一种语法。实例如下:

// 声明一个int类型的数组,名称为 firstIntArray:
int[] firstIntArray;  // 推荐写法
int firstIntArray[];

也可以修改数据类型,以生成其他类型的数组。实例如下:

// 声明一个float类型的数组:
float[] firstFloatArray;
// 声明一个字符串类型的数组:
String[] firstStringArray;

3. 数组创建

3.1 先声明再创建

先声明再创建,需要编写两条语句:

DataType[] arrayName;
arrayName = new DataType[数组长度];

数组的创建使用new关键字,后面跟上一个空格+数据类型+中括号[],中括号中间是数组的长度,这里是必须指定的,它是一个整型的数字。实例如下:

// 声明一个整型的数组:
int[] intArray;
// 创建数组,长度为10
intArray = new int[10];

3.2 声明时同时创建

声明时同时创建,需要编写一条语句:

DataType[] arrayName = new DataType[数组长度];

实例如下:

// 声明时同时创建
int[] intArray = new int[10];

数组声明用到的中括号,也可以放到数组名称的后面,实例如下:

int intArray[] = new int[10];

所创建的数组数据类型必须与其声明的数据类型相同。对于其他类型数组的创建,实例如下:

// 创建一个数据类型为字符串、长度为5的数组:
String[] stringArray = new String[5];

// 创建一个数据类型为双精度浮点型、长度为10的数组:
double[] floatArray = new double[10];

// 创建一个数据类型为字符型、长度为10的数组:
char[] charArray;
charArray = new char[10];

4. 数组初始化

数组创建后,所有元素都初始化为默认值,整型数组的元素都为 0,浮点型都为 0. 0 ,布尔型都为 false。例如 int[] arr = new int[5];语句创建了一个数组,它在结构可参考下图:

除了数组的默认初始化,还有另外两种常见形式:

  1. 静态初始化
  2. 动态初始化

下面我们将分别介绍两种数组的初始化形式。

4.1 静态初始化

静态初始化数组,就是声明的同时,给数组赋值。其语法为:

DataType[] arrayName = {元素1, 元素2, 元素3, 元素n};

赋值符号右边为用中括号所包围的 n 个元素,实例如下:

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

上面数组arr存放的元素为从 1 到 5 这几个整型。其的长度为 5 。 数组的长度就是初始化时所给数组元素的个数。

4.2 动态初始化

动态初始化数组,即数组的声明以及创建是与数组的赋值操作分开进行的。实例如下:

// 声明并创建数组,长度为3
int[] arr = new int[3];
// 给下标位置0赋值为1
arr[0] = 1;
// 给下标位置1赋值为2
arr[1] = 2;
// 给下标位置2赋值为3
arr[2] = 3;

数组是有下标的,下标从0开始,因此长度为 3 的数组,最大下标为 2 。下图展示了上述代码的执行流程:

5. 数组的操作

5.1 数组元素的引用

语法:数组名[下标],下标从0开始。有一个整型数组,引用其第一个元素,实例如下:

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public class ArrayDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化整型数组arr:
        int[] arr = {1, 2, 3};
        // 引用arr的第一个元素:
        int element1 = arr[0];
        System.out.println("数组arr中,第一个元素为:" + element1);
    }
}
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运行结果:

数组arr中,第一个元素为:1

注意,上面的数组下标最大为 2,也就是说,引用元素时,不能超过其下标最大值。下面是一个反例:

public class OutOfIndexDemo {
  	public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3};
        // 引用arr的第四个元素:
        int element4 = arr[3];
    }
}

由于数组中只有三个元素,但引用了索引为3的第四个元素,编译执行代码,会抛出如下异常:

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: Index 3 out of bounds for length 3
	at OutOfIndexDemo.main(OutOfIndexDemo.java:5)

5.2 数组元素的修改

既然可以引用数组元素,就可以修改元素,实例如下:

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public class ArrayDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化整型数组arr:
        int [] arr = {1, 2, 3};
        // 修改下标为1的元素为4
        arr[1] = 4;
        System.out.println("数组arr中,第二个元素为:" + arr[1]);
    }
}
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运行结果:

数组arr中,第二个元素为:4

5.3 获取数组长度

我们可以使用数组的内置属性length来获取数组的长度,使用点操作符调用其内置属性:arrayName.length。实例如下:

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public class ArrayDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化整型数组arr:
        int[] arr = {1, 2, 3};
        // 打印数组arr的长度:
        System.out.println("数组arr的长度为:" + arr.length);
    }
}
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数组arr的长度为:3

有时我们想引用数组中最后一个元素,由于数组下标从0开始,所以最后一个元素的下标为数组的长度减去1,这时可以结合length属性来进行引用。实例如下:

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public class ArrayDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化一个char类型的数组:
        char[] charArr = {'I', 'm', 'o', 'o', 'c'};
        // 引用最后一个元素:
        char lastElement = charArr[charArr.length-1];
        System.out.println("charArr数组的最后一个元素为:" + lastElement);
    }
}
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charArr数组的最后一个元素为:c

5.4 数组的迭代

5.4.1 循环赋值

我们知道了数组如何赋值,在实际的编码中,对整型数组循环赋值是很常用的。

实例:

运行结果:

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public class ArrayDemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        // 声明一个整型数组
        int[] arr = new int[10];
        // 使用for循环对数组arr进行遍历,将数字1到10赋值给数组arr
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = i + 1;
        }
        // 循环赋值完成,此时 arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}
        // 遍历数组,打印数组中每一个元素
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i] + "\t");
        }
    }
}
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1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

5.4.2 循环引用

我们可以使用循环引用依次打印数组中的每个元素。

实例如下:

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public class ArrayDemo5 {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化一个整型数组
        int[] arr = {1,2,3,4,5};
        // 使用for循环遍历数组arr
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            // 打印位置i的元素
            System.out.println("索引位置" + i + "的元素为:" + arr[i]);
        }
    }
}
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运行结果:

索引位置0的元素为:1
索引位置1的元素为:2
索引位置2的元素为:3
索引位置3的元素为:4
索引位置4的元素为:5

5.4.3 增强 for 循环

上一小节我们提到for each循环可以更简单地对数组进行迭代。以下是for each循环的语法结构:

for(变量声明: 数组或列表) {
    // 循环体
}

我们来看一个实例:

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public class ForEachLoop {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化字符串数组 words
        String[] words = {"Welcome ", "to ", "imooc"};
        for(String word: words) {
            System.out.print(word);
        }
    }
}
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运行结果:

Welcome to imooc

实例中遍历了一个单词数组,并且将它们打印成了一个句子。for each循环对words数组进行了遍历,并依次将每个索引的值赋值给了word变量,然后再执行循环体中的语句。显然 for each循环的代码看起来更加清晰。但增强for循环无法指定遍历顺序,也无法获取数组的索引。

5.4.4 更多实例

对于数组的循环还有很多案例,下面我们一起来学习几个。

实例1,求整型数组中,偶数元素的累加和:

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public class ArraySumDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化变量sum,用于存放累加和
        int sum = 0;
        // 创建一个包含100个元素的整型数组
        int[] arr = new int[100];
        // 对arr进行循环赋值,将整数1~100赋值到数组中
        for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = i + 1;
        }
        // 遍历赋值好的数组
        for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
            if(arr[i] % 2 == 0) {
                // 如果当前元素对二取余等于0,则为偶数,执行累加计算
                sum += arr[i];
            }
        }
        // 数组循环计算结束,输出最终结果
        System.out.println("数组arr中偶数元素的累加和为:" + sum);
    }
}
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运行结果:

数组arr中偶数元素的累加和为:2550

实例2,求数组中最大值:

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public class ArrayGetMaxDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {20, 30, 15, 70, 92, 11};
        int max = arr[0];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            if (arr[i] > max) {
                max = arr[i];
            }
        }
        System.out.println("最大值为:" + max);
    }
}
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运行结果:

最大值为:92

实例3,使用for each循环遍历整型数组,获取数组中的最小值:

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public class ArrayGetMinDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {20, 30, 15, 70, 92, 11};
        int min = arr[0];
        for(int n: arr) {
            if(n < min) {
                min = n;
            }
        }
        System.out.println("最小值为:" + min);
    }
}
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运行结果:

最小值为:11

6. 多维数组

在Java中,多维数组也是非常常用的数据结构,下面以二维数组为例,介绍二维数组的声明、创建、初始化和引用。

6.1 声明

二维数组有 3 种声明方式:

  • 中括号跟在数据类型后DataType[][] arrayName;(最推荐写法)
  • 中括号跟在数组名后DataType arrayName[][];
  • 中括号一个在前,一个在后DataType[] arranName[];

实例:

// 声明一个整型的二维数组
int[][] intArray;
// 声明一个单精度浮点型的二维数组
float floatArray[][];
// 声明一个char类型的二维数组
char[] charArray[];

6.2创建

二维数组可以想象成一个存放数据的表格,二维数组的创建和一维数组相似。可以声明数组的同时创建:

javaDataType[][] arrayName = new int[行数][列数];

也可以先声明再创建:

DataType[][] arrayName;
arrayName = new DataType[行数][列数];

实例:

// 声明并创建一个2行3列的数组
int[][] intArray = new int[2][3];
// 声明一个单精度浮点型的二维数组
float floatArray[][];
// 创建一个3行3列的二维数组
floatArray = new float[3][3];

在创建数组的时候,我们也可以先不指定列的数量,再在后面进行逐行创建。

实例:

// 创建一个3行的二维数组
int intArray[][] = new int[3][];
// 第一行3列
intArray[0] = new int[3];
// 第二行2列
intArray[1] = new int[2];
// 第三行1列
intArray[0] = new int[1];

6.3 初始化

多维数组也有静态初始化和动态初始化之分,对于静态初始化,一维数组使用一对大括号{}包含其元素,而二维数组的初始化可以使用两对大括号包含行数和列数。实例如下:

// 创建一个3行2列的二维数组
int[][] intArray = {{1,2}, {3,4}, {5,6}};

动态初始化实例如下:

// 声明并创建一个数组
int intArray[][] = new int[2][3];
// 为第1行第1列的元素赋值:
intArray[0][0] = 10;

Tips:为数组赋值时,要注意数组的下标索引是从0开始的。

一维数组可以通过length属性获取元素个数,同样二维数组的行数和列数也可以使用length属性获取。实例如下:

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public class ArrayDemo6 {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化一个3行2列的二维数组
        int[][] intArray = {{1,2,7}, {3,4}, {5,6}};
        // 获取intArray的行数
        System.out.println("intArray的行数为:" + intArray.length);
        // 获取intArray第1行的列数
        System.out.println("intArray第一行的列数为:" + intArray[0].length);
    }
}
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运行结果:

intArray的行数为:3
intArray第一行的列数为:3

6.4 二维数组的迭代

一维数组使用单层for循环就可以遍历,二维数组的遍历需要使用双层嵌套for循环。

实例:

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public class ArrayDemo7 {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化一个3行2列的二维数组
        int[][] intArray = {{1,2,7}, {3,4}, {5,6}};
        // 遍历intArray
        for(int i = 0; i < intArray.length; i++) {
            for(int j = 0; j <intArray[i].length; j++) {
                // 打印索引位置[i][j]的元素:
                System.out.println((i+1) + "行" + (j+1) + "列的元素为:" + intArray[i][j]);
            }
            // 打印一个空行
            System.out.println();
        }
    }
}
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运行结果:

1行1列的元素为:1
1行2列的元素为:2
1行3列的元素为:7

2行1列的元素为:3
2行2列的元素为:4

3行1列的元素为:5
3行2列的元素为:6

7. 小结

本小节我们学习了 Java 数组,知道了数组是引用数据类型。它在创建时,会在内存中开辟一个连续的空间;数组是同一数据类型的集合。可以使用数组下标来引用数组元素,数组元素的下标都是从0开始,使用下标不要超出范围,否则会抛出异常。可以使用length属性获取数组的长度。对于多维数组,实际开发中建议不要使用超过三维的数组,否则会让你的程序难以理解和维护。