【Java核心技术10】Java数组详解

引言

在Java编程中，数组是一种非常重要的数据结构，它允许我们存储同一类型的多个元素，并通过索引快速访问这些元素。本文将详细讲解Java数组的基本概念、创建、初始化、访问和修改，以及多维数组和数组的常见操作。
无论你是Java的初学者，还是希望巩固基础的资深开发者，本文都将为你提供有价值的信息。

一、数组的基本概念

数组是一种线性数据结构，用于存储相同类型的元素集合。在Java中，数组是对象，它们被存储在堆内存中，并且每个元素都可以通过其索引来访问。数组的索引从0开始，到数组长度减1结束。

二、数组的创建与初始化

在Java中，我们可以通过以下两种方式创建和初始化数组：

1. 静态初始化：在声明数组的同时为其赋值。

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5}; // 静态初始化一个整型数组  
String[] names = {"Alice", "Bob", "Charlie"}; // 静态初始化一个字符串数组

2. 动态初始化：先声明数组，再为其分配内存空间，并可选地为其赋值。

int[] scores = new int[5]; // 动态初始化一个长度为5的整型数组，元素默认值为0  
scores[0] = 85; // 为数组的第一个元素赋值  
scores[1] = 90; // 为数组的第二个元素赋值  
// ...以此类推

三、数组的访问与修改

通过数组的索引，我们可以轻松地访问和修改数组中的元素。

1. 示例代码：

int[] ages = {25, 30, 35, 40};  
System.out.println(ages[2]); // 输出：35，访问数组的第三个元素  
ages[2] = 45; // 修改数组的第三个元素为45
System.out.println(ages[2]);

2. 执行结果：

35
45

四、数组的遍历

1. 遍历数组是常见的操作，通常使用 for 循环：

1） 示例代码：

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
    System.out.println(numbers[i]);
}

2）执行结果：

1
2
3
4
5

2. 增强for循环（foreach）也是一种简洁的遍历方式：

for (int number : numbers) {
    System.out.println(number);
}

四、数组的复制与比较

1. 复制数组 可以使用 System.arraycopy() 方法或 Arrays.copyOf() 方法：

1）示例代码：

• 建立了两个数组：拥有 5 个元素的 source 数组和长度为 5 的空数组 dest 。
• 将source数组中的数据完全 复制 到dest数据中。
• 复制前打印dest数组，复制后再次打印dest数组。以验证是否复制成功。

int[] source = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] dest = new int[source.length];

//未复制前，打印dest数组
for (int i = 0; i < dest.length; i++) {
    System.out.println("复制前，dest数组第" + i + "个值：" + dest[i]);
}

//将数组source 复制到空数组dest中，从数组索引0开始，即第一个元素
System.arraycopy(source, 0, dest, 0, source.length);
//复制后，打印dest数组
for (int i = 0; i < dest.length; i++) {
    System.out.println("复制后，dest数组第" + i + "个值：" + dest[i]);
}

2）执行结果：

复制前，dest数组第0个值：0
复制前，dest数组第1个值：0
复制前，dest数组第2个值：0
复制前，dest数组第3个值：0
复制前，dest数组第4个值：0
复制后，dest数组第0个值：1
复制后，dest数组第1个值：2
复制后，dest数组第2个值：3
复制后，dest数组第3个值：4
复制后，dest数组第4个值：5

复制数组也可以使用 Arrays.copyOf() 方法：

//将数组source 复制到空数组dest中
int[] dest = Arrays.copyOf(source, source.length);

2. 比较两个数组是否相等，不能直接使用==，而应使用 Arrays.equals() 方法：

1）示例代码：

int[] array1 = {1, 2, 3};
int[] array2 = {1, 2, 3};
boolean isEqual = Arrays.equals(array1, array2); // 比较两个数组是否相等
System.out.println("array1 和 array2 是否相等：" + isEqual);

2）执行结果：

array1 和 array2 是否相等：true

五、数组的排序与搜索

1. 示例代码：

Java 的 Arrays 类提供了 排序 和 搜索 数组的静态方法：

int[] numbers = {5, 3, 1, 4, 2};
Arrays.sort(numbers); // 排序数组

//循环打印数组
for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
    System.out.println("数组第" + i + "个值：" + numbers[i]);
}

int index = Arrays.binarySearch(numbers, 3); // 查找元素3的索引
System.out.println("");//此处为了打印结果显示清晰，插入空行，换行
System.out.println("查找到第3个值：" + index);

2. 执行结果：

数组第0个值：1
数组第1个值：2
数组第2个值：3
数组第3个值：4
数组第4个值：5

查找到第3个值：2

六、多维数组

1. 多维数组是数组的数组，常用于存储矩阵或表格数据：

int[][] matrix = new int[3][3];
matrix[0][0] = 1; // 初始化矩阵的元素

2. 遍历多维数组：

1）示例代码：

//声明一个3行3列的多维数组
int[][] matrix = new int[3][3];

matrix[0][0] = 0; // 初始化矩阵的元素
matrix[0][1] = 1; // 初始化矩阵的元素
matrix[0][2] = 2; // 初始化矩阵的元素
matrix[1][0] = 10; // 初始化矩阵的元素
matrix[1][1] = 11; // 初始化矩阵的元素
matrix[1][2] = 12; // 初始化矩阵的元素
matrix[2][0] = 20; // 初始化矩阵的元素
matrix[2][1] = 21; // 初始化矩阵的元素
matrix[2][2] = 22; // 初始化矩阵的元素

//嵌套循环打印多维数组。
for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
    for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {
        System.out.print(matrix[i][j] + " ");
    }
    System.out.println();
}

2）执行结果：

0 1 2 
10 11 12 
20 21 22

七、高级话题：动态数组与ArrayList

虽然Java的数组长度固定，但 java.util.ArrayList 类提供了类似数组的功能，同时支持动态调整大小：

1. 示例代码：

import java.util.ArrayList;
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
System.out.println(list);

2. 执行结果：

[1, 2, 3]

结束语

通过本文的讲解和示例，我们全面地介绍了Java数组的各个方面，从基础的创建、初始化，到访问、遍历、复制、排序等高级操作。无论你是初学者还是有经验的开发者，掌握数组的使用都是编程道路上的重要一步。

希望本文能够帮助你深化对Java数组的理解，为你的编程之旅增添更多色彩。在日常开发中，不妨尝试将学到的知识应用到实际项目中，让理论与实践相结合，不断提升自己的编程技能。