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javaSE1/day05/day05【数组】.md
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@@ -0,0 +1,481 @@
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# day05【数组】
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### 今日内容
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- 数组概念
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- 数组的定义
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- 数组的索引
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- 数组内存
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- 数组的遍历
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- 数组的最大值获取
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- 数组反转
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- 数组作为方法参数和返回值
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### 教学目标
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- [ ] 理解容器的概念
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- [ ] 掌握数组的第一种定义方式
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- [ ] 掌握数组的第二种定义方式
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- [ ] 掌握数组的第三种定义方式
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- [ ] 使用索引访问数组的元素
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- [ ] 了解数组的内存图解
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- [ ] 了解空指针和越界异常
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- [ ] 掌握数组的遍历
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- [ ] 掌握数组最大值的获取
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- [ ] 了解数组反转的原理
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- [ ] 了解数组作为方法参数传递
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- [ ] 了解数组作为方法的返回值
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## 第一章 数组定义和访问
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### 1.1 容器概述
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#### 案例分析
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现在需要统计某公司员工的工资情况，例如计算平均工资、找到最高工资等。假设该公司有50名员工，用前面所学的知识，程序首先需要声明50个变量来分别记住每位员工的工资，然后在进行操作，这样做会显得很麻烦，而且错误率也会很高。因此我们可以使用容器进行操作。将所有的数据全部存储到一个容器中，统一操作。
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#### 容器概念
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- **容器：**是将多个数据存储到一起，每个数据称为该容器的元素。
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- **生活中的容器：**水杯，衣柜，教室
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### 1.2 数组概念
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- **数组概念：** 数组就是存储数据长度固定的容器，保证多个数据的数据类型要一致。
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### 1.3 数组的定义
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#### 方式一
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- **格式：**
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```java
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数组存储的数据类型[] 数组名字 = new 数组存储的数据类型[长度];
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```
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- 数组定义格式详解：
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- 数组存储的数据类型： 创建的数组容器可以存储什么数据类型。
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- [] : 表示数组。
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- 数组名字：为定义的数组起个变量名，满足标识符规范，可以使用名字操作数组。
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- new：关键字，创建数组使用的关键字。
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- 数组存储的数据类型： 创建的数组容器可以存储什么数据类型。
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- [长度]：数组的长度，表示数组容器中可以存储多少个元素。
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- **注意：数组有定长特性，长度一旦指定，不可更改。**
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- 和水杯道理相同，买了一个2升的水杯，总容量就是2升，不能多也不能少。
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- 举例：
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定义可以存储3个整数的数组容器，代码如下：
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```java
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int[] arr = new int[3];
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```
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#### 方式二
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- **格式：**
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```java
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数据类型[] 数组名 = new 数据类型[]{元素1,元素2,元素3...};
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```
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* 举例：
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定义存储1，2，3，4，5整数的数组容器。
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```java
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int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5};
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```
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#### 方式三
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- **格式：**
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```java
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数据类型[] 数组名 = {元素1,元素2,元素3...};
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```
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* 举例：
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定义存储1，2，3，4，5整数的数组容器
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```java
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int[] arr = {1,2,3,4,5};
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```
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### 1.4 数组的访问
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- **索引：** 每一个存储到数组的元素，都会自动的拥有一个编号，从0开始，这个自动编号称为**数组索引(index)**，可以通过数组的索引访问到数组中的元素。
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- **格式：**
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```java
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数组名[索引]
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```
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- **数组的长度属性：** 每个数组都具有长度，而且是固定的，Java中赋予了数组的一个属性，可以获取到数组的长度，语句为：`数组名.length` ，属性length的执行结果是数组的长度，int类型结果。由次可以推断出，数组的最大索引值为`数组名.length-1`。
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```java
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public static void main(String[] args) {
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int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5};
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//打印数组的属性，输出结果是5
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System.out.println(arr.length);
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}
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```
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- **索引访问数组中的元素：**
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- 数组名[索引]=数值，为数组中的元素赋值
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- 变量=数组名[索引]，获取出数组中的元素
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```java
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public static void main(String[] args) {
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//定义存储int类型数组，赋值元素1，2，3，4，5
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int[] arr = {1,2,3,4,5};
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//为0索引元素赋值为6
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arr[0] = 6;
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//获取数组0索引上的元素
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int i = arr[0];
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System.out.println(i);
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//直接输出数组0索引元素
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System.out.println(arr[0]);
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}
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```
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## 第二章 数组原理内存图
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### 2.1 内存概述
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内存是计算机中的重要原件，临时存储区域，作用是运行程序。我们编写的程序是存放在硬盘中的，在硬盘中的程序是不会运行的，必须放进内存中才能运行，运行完毕后会清空内存。
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Java虚拟机要运行程序，必须要对内存进行空间的分配和管理。
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### 2.2 Java虚拟机的内存划分
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为了提高运算效率，就对空间进行了不同区域的划分，因为每一片区域都有特定的处理数据方式和内存管理方式。
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- JVM的内存划分：
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| 区域名称 | 作用 |
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| ----- | ------------------------------- |
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| 寄存器 | 给CPU使用，和我们开发无关。 |
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| 本地方法栈 | JVM在使用操作系统功能的时候使用，和我们开发无关。 |
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| 方法区 | 存储可以运行的class文件。 |
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| 堆内存 | 存储对象或者数组，new来创建的，都存储在堆内存。 |
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| 方法栈 | 方法运行时使用的内存，比如main方法运行，进入方法栈中执行。 |
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### 2.3 数组在内存中的存储
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#### 一个数组内存图
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```java
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public static void main(String[] args) {
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int[] arr = new int[3];
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System.out.println(arr);//[I@5f150435
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}
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```
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以上方法执行，输出的结果是[I@5f150435，这个是什么呢？是数组在内存中的地址。new出来的内容，都是在堆内存中存储的，而方法中的变量arr保存的是数组的地址。
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**输出arr[0]，就会输出arr保存的内存地址中数组中0索引上的元素**
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#### 两个数组内存图
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```java
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public static void main(String[] args) {
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int[] arr = new int[3];
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int[] arr2 = new int[2];
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System.out.println(arr);
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System.out.println(arr2);
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}
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```
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#### 两个变量指向一个数组
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```java
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public static void main(String[] args) {
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// 定义数组，存储3个元素
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int[] arr = new int[3];
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//数组索引进行赋值
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arr[0] = 5;
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arr[1] = 6;
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arr[2] = 7;
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//输出3个索引上的元素值
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System.out.println(arr[0]);
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System.out.println(arr[1]);
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System.out.println(arr[2]);
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//定义数组变量arr2，将arr的地址赋值给arr2
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int[] arr2 = arr;
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arr2[1] = 9;
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System.out.println(arr[1]);
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}
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```
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## 第三章 数组的常见操作
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### 3.1 数组越界异常
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观察一下代码，运行后会出现什么结果。
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```java
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public static void main(String[] args) {
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int[] arr = {1,2,3};
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System.out.println(arr[3]);
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}
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```
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创建数组，赋值3个元素，数组的索引就是0，1，2，没有3索引，因此我们不能访问数组中不存在的索引，程序运行后，将会抛出 `ArrayIndexOutOfBoundsException` 数组越界异常。在开发中，数组的越界异常是**不能出现**的，一旦出现了，就必须要修改我们编写的代码。
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### 3.2 数组空指针异常
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观察一下代码，运行后会出现什么结果。
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```java
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public static void main(String[] args) {
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||||
int[] arr = {1,2,3};
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arr = null;
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System.out.println(arr[0]);
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｝
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```
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`arr = null`这行代码，意味着变量arr将不会在保存数组的内存地址，也就不允许再操作数组了，因此运行的时候会抛出`NullPointerException` 空指针异常。在开发中，数组的越界异常是**不能出现**的，一旦出现了，就必须要修改我们编写的代码。
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**空指针异常在内存图中的表现**
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### 3.3 数组遍历【重点】
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- **数组遍历：** 就是将数组中的每个元素分别获取出来，就是遍历。遍历也是数组操作中的基石。
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```java
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public static void main(String[] args) {
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int[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5 };
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System.out.println(arr[0]);
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System.out.println(arr[1]);
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System.out.println(arr[2]);
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System.out.println(arr[3]);
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System.out.println(arr[4]);
|
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}
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```
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以上代码是可以将数组中每个元素全部遍历出来，但是如果数组元素非常多，这种写法肯定不行，因此我们需要改造成循环的写法。数组的索引是`0`到`lenght-1` ，可以作为循环的条件出现。
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```java
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public static void main(String[] args) {
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||||
int[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5 };
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||||
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
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||||
System.out.println(arr[i]);
|
||||
}
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||||
}
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```
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### 3.4 数组获取最大值元素
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- **最大值获取：**从数组的所有元素中找出最大值。
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- **实现思路：**
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- 定义变量，保存数组0索引上的元素
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- 遍历数组，获取出数组中的每个元素
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- 将遍历到的元素和保存数组0索引上值的变量进行比较
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- 如果数组元素的值大于了变量的值，变量记录住新的值
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- 数组循环遍历结束，变量保存的就是数组中的最大值
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```java
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public static void main(String[] args) {
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int[] arr = { 5, 15, 2000, 10000, 100, 4000 };
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//定义变量，保存数组中0索引的元素
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int max = arr[0];
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//遍历数组，取出每个元素
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for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
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||||
//遍历到的元素和变量max比较
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//如果数组元素大于max
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if (arr[i] > max) {
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//max记录住大值
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max = arr[i];
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}
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}
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System.out.println("数组最大值是： " + max);
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}
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```
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### 3.5 数组反转
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- **数组的反转：** 数组中的元素颠倒顺序，例如原始数组为1,2,3,4,5，反转后的数组为5,4,3,2,1
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- **实现思想：**数组最远端的元素互换位置。
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- 实现反转，就需要将数组最远端元素位置交换
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- 定义两个变量，保存数组的最小索引和最大索引
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- 两个索引上的元素交换位置
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- 最小索引++，最大索引--，再次交换位置
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- 最小索引超过了最大索引，数组反转操作结束
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```java
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public static void main(String[] args) {
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int[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5 };
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||||
/*
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循环中定义变量min=0最小索引
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max=arr.length-1最大索引
|
||||
min++,max--
|
||||
*/
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||||
for (int min = 0, max = arr.length - 1; min <= max; min++, max--) {
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||||
//利用第三方变量完成数组中的元素交换
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||||
int temp = arr[min];
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||||
arr[min] = arr[max];
|
||||
arr[max] = temp;
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||||
}
|
||||
// 反转后，遍历数组
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||||
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
|
||||
System.out.println(arr[i]);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
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## 第四章 数组作为方法参数和返回值
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### 4.1 数组作为方法参数
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以前的方法中我们学习了方法的参数和返回值，但是使用的都是基本数据类型。那么作为引用类型的数组能否作为方法的参数进行传递呢，当然是可以的。
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- **数组作为方法参数传递，传递的参数是数组内存的地址。**
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```java
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||||
public static void main(String[] args) {
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||||
int[] arr = { 1, 3, 5, 7, 9 };
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||||
//调用方法，传递数组
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||||
printArray(arr);
|
||||
}
|
||||
/*
|
||||
创建方法，方法接收数组类型的参数
|
||||
进行数组的遍历
|
||||
*/
|
||||
public static void printArray(int[] arr) {
|
||||
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
|
||||
System.out.println(arr[i]);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
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### 4.2 数组作为方法返回值
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- 数组作为方法的返回值，返回的是数组的内存地址
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```java
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||||
public static void main(String[] args) {
|
||||
//调用方法，接收数组的返回值
|
||||
//接收到的是数组的内存地址
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||||
int[] arr = getArray();
|
||||
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
|
||||
System.out.println(arr[i]);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
/*
|
||||
创建方法，返回值是数组类型
|
||||
return返回数组的地址
|
||||
*/
|
||||
public static int[] getArray() {
|
||||
int[] arr = { 1, 3, 5, 7, 9 };
|
||||
//返回数组的地址，返回到调用者
|
||||
return arr;
|
||||
}
|
||||
```
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### 4.3 方法的参数类型区别
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#### 代码分析
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**1. 分析下列程序代码，计算输出结果。**
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```java
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public static void main(String[] args) {
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||||
int a = 1;
|
||||
int b = 2;
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||||
System.out.println(a);
|
||||
System.out.println(b);
|
||||
change(a, b);
|
||||
System.out.println(a);
|
||||
System.out.println(b);
|
||||
}
|
||||
|
||||
public static void change(int a, int b) {
|
||||
a = a + b;
|
||||
b = b + a;
|
||||
}
|
||||
```
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||||
|
||||
**2. 分析下列程序代码，计算输出结果。**
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||||
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||||
```java
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||||
public static void main(String[] args) {
|
||||
int[] arr = {1,3,5};
|
||||
System.out.println(arr[0]);
|
||||
change(arr);
|
||||
System.out.println(arr[0]);
|
||||
}
|
||||
|
||||
public static void change(int[] arr) {
|
||||
arr[0] = 200;
|
||||
}
|
||||
```
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||||
#### 断点查看
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||||
**使用IDEA的断点调试功能，查看程序的运行过程**
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1. 在有效代码行，点击行号右边的空白区域，设置断点，程序执行到断点将停止，我们可以手动来运行程序
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2. 点击Debug运行模式
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3. 程序停止在断点上不再执行，而IDEA最下方打开了Debug调试窗口
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4. Debug调试窗口介绍
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5. 快捷键F8，代码向下执行一行
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6. 快捷键F8执行输出语句，此时到达change方法，快捷键F7，进入方法change
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7. 快捷键F8，程序继续向后执行，数组0索引值被修改成200
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8. 切换到控制台面板，看看两个方法中是否输出了相同的数组地址
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9. 程序继续执行，change方法结束，程序回到main中
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10. 调试结束，点击Console切换到控制台，看输出的结果
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