Java数组详解/从JVM理解数组/数组反转/随机排名/数组在计算机如何存储

本文详细讲解了数组的定义、数组的访问方法、数组的遍历、静态数组和动态数组、以及数组中的自动类型转换、引用类型指向数组的地址、以及从JVM理解数组、空指针异常、数组反转、随机排名的案例。

数组是存放在连续内存空间上的相同类型数据的集合。

数组可以方便的通过下标索引的方式获取到下标对应的数据。

举一个字符数组的例子，如图所示：

需要两点注意的是

• 数组下标都是从0开始的。

• 数组内存空间的地址是连续的

正是因为数组在内存空间的地址是连续的，所以我们在删除或者增添元素的时候，就难免要移动其他元素的地址。

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一、数组的定义和访问

1.静态初始化数组

• 定义数组的时候直接给数组赋值。

完整模式：
数据类型[] 数组名 = new 数据类型[]{元素1,元素2,元素3};
int[] a = new int[]{1,2,3,4,5};
​
简化格式：
数据类型[] 数组名 = {元素1,元素2,元素3};
double[] score = {85.5,75.5,90.5};
​
其他写法：
左边：数据类型[] 数组名 也可以写成 数据类型 数组名[]
源码中可能会看到这种写法。
​

[重点]数组中的自动类型转换

虽然，数组只能保存相同数据类型的数据。

但，如果存储字符类型，编译的时候也不会报错。

• 我们知道byte、short、char能自动类型转换为int

• float能自动类型转换为double类型。

数组中也可以：

int[] numbers = {10, (byte)20, (short)30, 'A'}; 
// 等价于 {10, 20, 30, 65}，自动转换为int
double[] decimals = {1, 2.5f, 3L}; 
// 等价于 {1.0, 2.5, 3.0}，自动转换为double

System.out.println(Arrays.toString(ages1)); // 输出 [12, 24, 36, 65]

二、数组在计算机中的基本原理

数组是引用数据类型，存储数组在内存中的地址信息。

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

[重点]这里args是一个数组的对象，数组是引用数据类型，存储数组在内存中的地址信息。

[重点]数组地址分析

• 那么我们打印这个数组会发生什么？

打印出数组（引用数据类型）的地址。

[I@776ec8df]

//@ 占位符，读法at

//[ 数组

//I int

//776ec8df 内存地址

详情见：Java中的对象存储形式及控制台输出哈希码问题

回顾：

1.数组的静态初始化的写法和特点是什么？

我们再默写一遍
数据类型[] 数组名 = new 数据类型[]{1,2,3};
​
数据类型[] 数组名 = {1,2,3,4};
​

如上，能够简写，或者源码写法。

数据类型 数组名[] = {1,2,3,4};

2.定义数组我们说了那几个注意点？

1.什么类型的数组就存放什么样的数据。也有特例，不过能编译。一般，数组只能存储一种数据类型的数据

2.可以源码写法

3.数组属于什么类型？数组变量名中存储的是什么？

数组属于引用数据类型，存储的是数组在内存中的地址信息。

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三、数组的访问

数组名称[索引]

数组的长度

数组名.length

[重点]末尾元素：数组名.length - 1的前提条件

ArrayIndexOutOfBoundsException

前提数组中的元素>0

回顾：

1.如何访问数组元素？

数字名[索引]

2.如何访问数组长度？

数组名.length

3.数组的最大索引/数组末尾元素是多少？

数组名.length -1

4.如果访问数组的时候，使用索引超过数组的最大索引会出现什么问题?

ArrayIndexOutOfBoundsException数组索引越界异常。

四、数组遍历

为什么，因为要进行数组元素的比较。

快捷键：args.fori，选择fori能自动快速生成遍历数组

案例-求和

package com.itheima.array.define;
​
public class ArrayTest4 {public static void main(String[] args) {
//        某员工的销售额是16,26,36,6,100，请计算他们部门的总销售额。int[] arg = {16,26,36,6,100};
//        求和思想：/*1.定义变量* 2.进行累加* */int sum = 0;for (int i = 0; i < arg.length; i++) {sum += arg[i];}System.out.println(sum);
​}
}
​

2.动态数组初始化

其实是没有规定元素是什么，而是规定元素的数据类型和个数。

数据类型[] 数组名 = mew 数据类型[元素个数];
int args = new int[3];

args[0] =10;//后赋值

我们知道，对象都存在于堆内存中，这里动态数组也是，存在堆内存中，直接打印数组，会出现在堆内存中的地址（哈希码形式）。

注意：

不要混了

[重点]动态初始化数组元素默认值规则：

分类	数据类型	默认值
基本类型	byte, short, char(Unicode是\u0000)显示空白字符, int, long	0
浮点型	float, double	0.0
布尔型	boolean	false
引用数据类型	类, 接口, 数组, String等	null

其实String也是对象。

注意boolean类型是false。

[重点]注意char数组的默认值为\u0000（Unicode空字符）对应的ASCII码值为0。控制台输出不是0

但直接打印时，\u0000不会显示为字符0，而是显示为“空白”（不可见字符）。

而是这个符号，代表Unicopde中的\u0000，不可见符号。

重点

package com.itheima.array.define;
​
public class ArrayDemo5 {public static void main(String[] args) {//注意char是Unicode编码(\u0000)char []arr = new char[3];System.out.println(arr[0]);System.out.println("===");
​int []arr1 = new int[3];System.out.println(arr1[0]);System.out.println("===");
​byte[]arr3 = new byte[3];System.out.println(arr3[0]);System.out.println("===");
​short[]arr2 = new short[3];System.out.println(arr2[0]);System.out.println("===");
​
​long[] arr31 = new long[3];System.out.println(arr31[0]);System.out.println("===");
​float[] arr4 = new float[3];System.out.println(arr4[0]);System.out.println("===");
​double[] arr5 = new double[3];System.out.println(arr5[0]);System.out.println("===");
​String[] arr6 = new String[3];System.out.println(arr6[0]);System.out.println("===");}
}
​

回顾：

1.动态初始化数组的写法是什么？

数据类型[] 数组名 = new 数据类型[长度];
int [] args = new int[5]

2.动态初始化数组的默认值是什么？

byte、short、int、char、long是0

float、double是0.0

boolean是false

String、类、接口、数组等引用数据类型是null。

3.两种数组定义的方法各自适用于什么业务场景？

静态初始化数组：适用于确定是数组元素的场景；

动态初始化：适用于只确定数组元素个数的场景

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案例-求评委打分平均分

package com.itheima.array.define;
​
import java.sql.SQLOutput;
import java.util.Scanner;
​
public class ArrayTest5 {public static void main(String[] args) {//需求：现在有6个评委，给1名选手进行打分。请你求该选手的平均分
​//首先，数组存储//先解决单次一个人录入,然后存入数组//之后累加求和//最后求平均分sum/数组长度
​//完成单次录入/*    int[] arr = new int[6];Scanner sc = new Scanner(System.in);arr[0]= sc.nextInt();System.out.println("第一个评委的打分是"+ arr[0]);*/
​int[] arr = new int[6];//改为多次录入ctrl+alt+tfor (int i = 0; i < arr.length; i++) {//0-5索引
//            System.out.println("请输入" + (i + 1) + "个评委的打分");
​Scanner sc = new Scanner(System.in);arr[i] = sc.nextInt();System.out.println("第" + (i + 1) + "个评委的打分是" + arr[i]);}
//        得到六个评委打分并存入数组//累加求和int sum = 0;//快捷键 arr.forifor (int i = 0; i < arr.length; i++) {
​sum += arr[i];}System.out.println("评委总分" + sum);
​//求平均分int avg = sum / arr.length;System.out.println("评委打分的平均分是" + avg);}
}
​

数组在计算机中的执行原理

JVM的内存划分

• 方法区

• 栈

• 堆

• 本地方法栈

• 寄存器

方法区：加载字节码.class文件

栈内存：方法执行的时候进栈，方法中的变量存储也在栈内存。

堆内存：new出来的东西会在这块内存中开辟空间并产生地址。

讲解：

栈内存给main方法分配区域（栈帧）那么a就在栈内存中划分了一块区域，

执行打印，这里根据a找到区域，然后打印执行。

数组创建，那么就在堆内存中创建数组对象，数组对象也有地址，这个地址也会存到栈内存中。

通过arr存在栈内存的这个地址，找这个数组对象。

• 其实arr是引用变量，是存在栈内存中的。

数组赋值之后真正产生变化的是堆内存的数据，而不栈中，栈中只有地址，

最后打印。

回顾：

方法区：执行class文件

执行方法，进入栈内存

new对象进入堆内存，

2.简单说说inta=20;int[]arr=new int[3]这两行代码的执行原理？

a是变量，直接放在栈内存中，a变量中存储的数据就是20这个值。

new int[3]是创建一个数组对象，会在堆内存中开辟区域存储3个整数。

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[重点]案例：多个变量指向同一个数组

引用变量：引用数据类型的变量

1.多个变量指向同一个数组

引用变量arr1和arr2都是指向堆内存中同一个区域，那么其实赋值给arr2[1]==99;后修改的是堆内存中存储的数据。

2.赋值null

详见代码

package com.itheima.memory;
​
public class Demo1 {public static void main(String[] args) {//目标：多个变量指向同一个数组对象的执行原理//这个变量指的是引用变量，引用变量，就是引用数据类型的变量。数组就是引用数据类型
​//创建两个数组int arr1[] = {1,2,3};int arr2[] = arr1;//我们将arr1赋值给arr2,实际上是让 存在栈内存中的引用变量 指向 同一堆内存中的对象,也就是数组的元素。System.out.println(arr1);System.out.println(arr2);System.out.println("可以看到，两个数组的引用变量的地址是一致的，指向的是同一个堆内存中的区域");//如果我们修改arr2的一个元素，那arr1会改变吗？arr2[0] = 99;System.out.println(arr1[0]);//arr1也改变了System.out.println(arr1);System.out.println(arr2);////以上，证明了arr1和arr2两个引用数据类型的变量，指向的是堆内存中的同一块区域，而且修改后同时发生改变。
​System.out.println("============【重点】如果赋值null===============");//2.如果赋值nullarr2 = null;
//        System.out.println(arr2.length);System.out.println(arr1.length);System.out.println("编译不报错，因为arr2数组有length方法，输出arr2.length会运行报错");System.out.println("但是输出arr1.length不会报错，因为实际上修改的是引用变量arr2，arr1指向堆内存中的对象没有发生变化");}
​
}
​

执行过程图解：

[重点]空指针异常代表：引用数据类型的变量，该有东西，但是为空

[重点]回顾：

1.多个数组变量，指向同一个数组对象的原因是什么？需要注意什么？

因为创建数组的时候，这两个引用数据类型变量，指向的都是同一个数组对象。存储的都是同一个数组对象的地址。

注意：多变量修改的都是同一个数组对象的数据。

2.如果某个数组变量中存储的null，代表什么意思？需要注意什么？

代表这个数组变量（引用类型变量），没有指向同一个对象。

可以输出这个变量，但是访问数组元素或获取数组长度，报NullPointerException

代码如下：

package com.itheima.memory;
​
public class Demo2 {//2.如果某个数组变量中存储的null，代表什么意思？需要注意什么？public static void main(String[] args) {
​int arr[] = new int[]{1,2};//引用变量赋值为nullarr = null;System.out.println(arr);//可以打印出null
​int length1= arr.length;//访问数组长度：NullPointerExceptionSystem.out.println(length1);
​int num = arr[0];//获取数组元素：NullPointerExceptionSystem.out.println(num);
​}
​
}

代码如下：

package com.itheima.memory;
​
public class Demo1 {public static void main(String[] args) {//目标：多个变量指向同一个数组对象的执行原理//1.修改元素//这个变量指的是引用变量，引用变量，就是引用数据类型的变量。数组就是引用数据类型
​//创建两个数组int arr1[] = {1,2,3};int arr2[] = arr1;//我们将arr1赋值给arr2,实际上是让 存在栈内存中的引用变量 指向 同一堆内存中的对象,也就是数组的元素。System.out.println(arr1);System.out.println(arr2);System.out.println("可以看到，两个数组的引用变量的地址是一致的，指向的是同一个堆内存中的区域");//如果我们修改arr2的一个元素，那arr1会改变吗？arr2[0] = 99;System.out.println(arr1[0]);//arr1也改变了System.out.println(arr1);System.out.println(arr2);////以上，证明了arr1和arr2两个引用数据类型的变量，指向的是堆内存中的同一块区域，而且修改后同时发生改变。
​System.out.println("============【重点】如果赋值null===============");//2.如果赋值nullarr2 = null;
//        System.out.println(arr2.length);System.out.println(arr1.length);System.out.println("编译不报错，因为arr2数组有length方法，输出arr2.length会运行报错");System.out.println("但是输出arr1.length不会报错，因为实际上修改的是引用变量arr2，arr1指向堆内存中的对象没有发生变化");}
​
}
​

编译不报错，因为arr2数组有length方法，输出arr2.length会运行报错

但是输出arr1.length不会报错，因为实际上修改的是引用变量arr2，arr1指向堆内存

的对象没有发生变化。

[重点]案例，求数组元素中的最大值，最小值

要点：确定固定值max。以及。从第二个位置开始遍历元素。

1.首先用MAX变量作为数组中的一个元素，默认arr[0]。（就是一个普通的固定值，默认为0都可以）

2.从第二个位置开始遍历数组的元素，比较后，赋值到MAX变量中。因为是循环语句套在外面，跳出不了循环，那么会一直比较，所有的元素。大的就再次赋值，小的就继续循环。会直到循环结束。

package com.itheima.array;
​
public class ArrayTest3 {public static void main(String[] args) {//数组，求最大值int arr[] = {1,2,3,4,5,5,6,7,8,10,6};
​int max = arr[0];//仅仅是一个固定值而已，赋值为数组中的一个元素，这样普遍性更强，否则如果是0，0可能是数组元素中最大或最小的。//arr.length-1 是指数组最后一个元素for (int i = 0; i < arr.length; i++) {if(max < arr[i]){max = arr[i];}}System.out.println(max);}
}
​

[重点]数组反转

int temp1 = arr1[0];//仅仅是一个固定值，这里赋值0也可以。表示成这样，方便阅读。

package com.itheima.array.cases;
​
public class Test2 {public static void main(String[] args) {//1.变量互换int a = 250;int b = 985;int temp = 0;
​temp = a;a = b;b = temp;System.out.println("a:" + a + "\n" + "b:" + b);System.out.println("======2.数组元素互换==============");//2.数组元素互换//让第一个和倒数第一个互换，第二个和倒数第二个互换，第三个和倒数第三个互换...int arr1[] = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};int temp1 = arr1[0];//仅仅是一个固定值，这里赋值0也可以。表示成这样，方便阅读for (int i = 0, j = (arr1.length - 1); i < j; i++, j--) {//当i不小于j的时候进行结束，也就是刚好等于的时候//相当于变量互换temp1 = arr1[j];arr1[i] = arr1[j];arr1[i] = temp1;}//输出for (int i = 0; i < arr1.length; i++) {System.out.print(arr1[i] + "\t");}}
}
​

[难点]随机排名

package com.itheima.array.cases;
​
import java.util.Random;
import java.util.Scanner;
​
public class ArrayRandomRange_import_3 {public static void main(String[] args) {//非常熟练
//需求：现在有五名创业者需要进行路演，他们分别有工号，但是为确保公平性，现在想随机上台路演。请你实现功能int c_num[] = new int[5];Scanner sc = new Scanner(System.in);
​//输入5个工号for (int i = 0; i < c_num.length; i++) {System.out.println("请你输入第"+(i+1)+"个工号");int num = sc.nextInt();c_num[i] = num;}
​//随机工号for (int j = 0; j < c_num.length; j++) {Random r = new Random();int ranDomIndex = r.nextInt(c_num.length);//nextInt()产生的是[0,4]与数组对应，不用[加减法]。//交换：（以随机索引的数组）=>数组的随机的另一个元素  与 本数组元素 按照迭代顺序交换。[首位呼应一条龙]//实际是：该数组的元素相互进行交换。//只是ranDomIndex是独立事件,会有重复数，会重复交换,导致随机的不是很彻底。int temp = 0;temp = c_num[j];c_num[j] = c_num[ranDomIndex];//先写，现在看就是数组俩元素进行交换，只是这个地方改成了ranDdonIndexc_num[ranDomIndex] = temp;}//输出for (int k = 0; k < c_num.length; k++) {System.out.print(c_num[k] +" ");       }}
}
​