# day05【数组】 ### 今日内容 - 数组概念 - 数组的定义 - 数组的索引 - 数组内存 - 数组的遍历 - 数组的最大值获取 - 数组反转 - 数组作为方法参数和返回值 ### 教学目标 - [ ] 理解容器的概念 - [ ] 掌握数组的第一种定义方式 - [ ] 掌握数组的第二种定义方式 - [ ] 掌握数组的第三种定义方式 - [ ] 使用索引访问数组的元素 - [ ] 了解数组的内存图解 - [ ] 了解空指针和越界异常 - [ ] 掌握数组的遍历 - [ ] 掌握数组最大值的获取 - [ ] 了解数组反转的原理 - [ ] 了解数组作为方法参数传递 - [ ] 了解数组作为方法的返回值 ## 第一章 数组定义和访问 ### 1.1 容器概述 #### 案例分析 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。 #### 容器概念 - **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。 - **生活中的容器：**水杯，衣柜，教室 ### 1.2 数组概念 - **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。 ### 1.3 数组的定义 #### 方式一 - **格式：** ```java 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]; ``` - 数组定义格式详解： - 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。 - [] : 表示数组。 - 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。 - new：关键字，创建数组使用的关键字。 - 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。 - [长度]：数组的长度，表示数组容器中可以存储多少个元素。 - **注意：数组有定长特性，长度一旦指定，不可更改。** - 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。 - 举例： 定义可以存储3个整数的数组容器，代码如下： ```java int[] arr = new int[3]; ``` #### 方式二 - **格式：** ```java 数据类型[] 数组名 = new 数据类型[]{元素1,元素2,元素3...}; ``` * 举例： 定义存储1，2，3，4，5整数的数组容器。 ```java int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5}; ``` #### 方式三 - **格式：** ```java 数据类型[] 数组名 = {元素1,元素2,元素3...}; ``` * 举例： 定义存储1，2，3，4，5整数的数组容器 ```java int[] arr = {1,2,3,4,5}; ``` ### 1.4 数组的访问 - **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。 - **格式：** ```java 数组名[索引] ``` - **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`。 ```java public static void main(String[] args) { int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5}; //打印数组的属性，输出结果是5 System.out.println(arr.length); } ``` - **索引访问数组中的元素：** - 数组名[索引]=数值，为数组中的元素赋值 - 变量=数组名[索引]，获取出数组中的元素 ```java public static void main(String[] args) { //定义存储int类型数组，赋值元素1，2，3，4，5 int[] arr = {1,2,3,4,5}; //为0索引元素赋值为6 arr[0] = 6; //获取数组0索引上的元素 int i = arr[0]; System.out.println(i); //直接输出数组0索引元素 System.out.println(arr[0]); } ``` ## 第二章 数组原理内存图 ### 2.1 内存概述 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。 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。 ### 2.2 Java虚拟机的内存划分 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。 - JVM的内存划分： | 区域名称 | 作用 | | ----- | ------------------------------- | | 寄存器 | 给CPU使用，和我们开发无关。 | | 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。 | | 方法区 | 存储可以运行的class文件。 | | 堆内存 | 存储对象或者数组，new来创建的，都存储在堆内存。 | | 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。 | ### 2.3 数组在内存中的存储 #### 一个数组内存图 ```java public static void main(String[] args) { int[] arr = new int[3]; System.out.println(arr);//[I@5f150435 } ``` 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。 **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** ![](img/数组内存图1.jpg) #### 两个数组内存图 ```java public static void main(String[] args) { int[] arr = new int[3]; int[] arr2 = new int[2]; System.out.println(arr); System.out.println(arr2); } ``` ![](img/数组内存图2.jpg) #### 两个变量指向一个数组 ```java public static void main(String[] args) { // 定义数组，存储3个元素 int[] arr = new int[3]; //数组索引进行赋值 arr[0] = 5; arr[1] = 6; arr[2] = 7; //输出3个索引上的元素值 System.out.println(arr[0]); System.out.println(arr[1]); System.out.println(arr[2]); //定义数组变量arr2，将arr的地址赋值给arr2 int[] arr2 = arr; arr2[1] = 9; System.out.println(arr[1]); } ``` ![](img/数组内存图3.jpg) ## 第三章 数组的常见操作 ### 3.1 数组越界异常 观察一下代码，运行后会出现什么结果。 ```java public static void main(String[] args) { int[] arr = {1,2,3}; System.out.println(arr[3]); } ``` 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。 ![](img/数组越界异常.jpg) ### 3.2 数组空指针异常 观察一下代码，运行后会出现什么结果。 ```java public static void main(String[] args) { int[] arr = {1,2,3}; arr = null; System.out.println(arr[0]); ｝ ``` `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。 ![](img/空指针异常.jpg) **空指针异常在内存图中的表现** ![](img/空指针异常内存图.jpg) ### 3.3 数组遍历【重点】 - **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。 ```java public static void main(String[] args) { int[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5 }; System.out.println(arr[0]); System.out.println(arr[1]); System.out.println(arr[2]); System.out.println(arr[3]); System.out.println(arr[4]); } ``` 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。 ```java public static void main(String[] args) { int[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5 }; for (int i = 0; i < arr.length; i++) { System.out.println(arr[i]); } } ``` ### 3.4 数组获取最大值元素 - **最大值获取：**从数组的所有元素中找出最大值。 - **实现思路：** - 定义变量，保存数组0索引上的元素 - 遍历数组，获取出数组中的每个元素 - 将遍历到的元素和保存数组0索引上值的变量进行比较 - 如果数组元素的值大于了变量的值，变量记录住新的值 - 数组循环遍历结束，变量保存的就是数组中的最大值 ![](img/数组最大值.jpg) ```java public static void main(String[] args) { int[] arr = { 5, 15, 2000, 10000, 100, 4000 }; //定义变量，保存数组中0索引的元素 int max = arr[0]; //遍历数组，取出每个元素 for (int i = 0; i < arr.length; i++) { //遍历到的元素和变量max比较 //如果数组元素大于max if (arr[i] > max) { //max记录住大值 max = arr[i]; } } System.out.println("数组最大值是： " + max); } ``` ### 3.5 数组反转 - **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 - **实现思想：**数组最远端的元素互换位置。 - 实现反转，就需要将数组最远端元素位置交换 - 定义两个变量，保存数组的最小索引和最大索引 - 两个索引上的元素交换位置 - 最小索引++，最大索引--，再次交换位置 - 最小索引超过了最大索引，数组反转操作结束 ![](img/数组反转.jpg) ```java public static void main(String[] args) { int[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5 }; /* 循环中定义变量min=0最小索引 max=arr.length-1最大索引 min++,max-- */ for (int min = 0, max = arr.length - 1; min <= max; min++, max--) { //利用第三方变量完成数组中的元素交换 int temp = arr[min]; arr[min] = arr[max]; arr[max] = temp; } // 反转后，遍历数组 for (int i = 0; i < arr.length; i++) { System.out.println(arr[i]); } } ``` ## 第四章 数组作为方法参数和返回值 ### 4.1 数组作为方法参数 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。 - **数组作为方法参数传递，传递的参数是数组内存的地址。** ```java public static void main(String[] args) { int[] arr = { 1, 3, 5, 7, 9 }; //调用方法，传递数组 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]); } } ``` ![](img/方法参数是数组.jpg) ### 4.2 数组作为方法返回值 - 数组作为方法的返回值，返回的是数组的内存地址 ```java 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 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; } ``` ![](img/方法返回值是数组.jpg) ### 4.3 方法的参数类型区别 #### 代码分析 **1. 分析下列程序代码，计算输出结果。** ```java public static void main(String[] args) { int a = 1; int b = 2; 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; } ``` **2. 分析下列程序代码，计算输出结果。** ```java 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; } ``` #### 断点查看 **使用IDEA的断点调试功能，查看程序的运行过程** 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 ![](img/debug1.jpg) 2. 点击Debug运行模式 ![](img/debug2.jpg) 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 ![](img/debug3.jpg) ![](img/debug4.jpg) 4. Debug调试窗口介绍 ![](img/debug6.jpg) 5. 快捷键F8，代码向下执行一行 ![](img/debug7.jpg) 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 ![](img/debug8.jpg) 7. 快捷键F8，程序继续向后执行，数组0索引值被修改成200 ![](img/debug9.jpg) 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 ![](img/debug5.jpg) 9. 程序继续执行，change方法结束，程序回到main中 ![](img/debug10.jpg) 10. 调试结束，点击Console切换到控制台，看输出的结果 ![](img/debug11.jpg)