数组

荒流2020年8月4日大约 7 分钟约 2028 字

1. Java数组简介

一个数组里只能存储一种数据类型的数据，而不能存储多种数据类型的数据。

因为 Java 语言类与类之间可以支持继承关系，这样可能产生一个数组里可以存放多种数据类型的假象。例如有一个水果数组，要求每个数组元素都是水果，而实际上数组元素可以是苹果、香蕉等，但这个数组的数组元素的类型还是唯一的，只能是水果类型。
一旦数组的初始化完成，数组在内存中所占的空间将被固定下来，因此数组的长度将不可改变。即使把某个数组元素的数据清空，但它所占的空间依然被保留，依然属于该数组，数组的长度依旧不变。
值得指出的是，数组也是一种数据类型，它本身是一种引用类型。例如 int 是一个基本类型，但 int[] 就是一种引用类型了。

Java 语言支持两种语法格式来声明/定义数组：

在Java里，数组是一个对象，每个数组都有一个由public final修饰的成员变量length，即数组含有元素的个数（length可以为正或零）：

// 使用循环输出prices数组的每个数组元素的值
for (int i = 0; i < prices.length; i++){
    System.out.println(prices[i]);
}

对于数组，若其索引值小于 0，或者大于等于数组的长度，程序在编译时不会出现任何错误信息，但会出现运行时异常：java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: N（数组索引越界异常），异常信息后的 N 就是程序员试图访问的数组索引。

定义并初始化一个数组后，在内存中分配了两个空间，一个用于存放数组的引用变量，另一个用于存放数组本身。

初始化时由程序员显示指定每个数组元素的初始值，由系统决定数组长度；

语法格式：

在实际开发中其实更习惯于在定义时即将初始化同时完成，即使用第 2 种写法：int[] a = {1,2,3,4};

初始化时程序员只指定数组长度，由系统为数组元素分配初始值。

语法格式：

在实际开发中其实更习惯于在定义时即将初始化同时完成，即使用第 2 种写法：int[] prices = new int[5];

系统为数组指定初始值时，按如下规则分配初始值：

数组是一种引用类型的变量，因此使用它定义一个变量时，仅仅表示定义了一个引用变量（也就是一个指针），这个引用变量还未指向任何有效的内存，因此：

数组引用变量只是一个引用，这个引用变量可以指向任何有效的内存，只有当该引用指向有效内存后，才可通过该数组变量来访问数组元素。

实际的数组对象被存储在堆（heap）内存中；如果引用该数组对象的数组引用变量是一个局部变量，那么它被存储在栈（stack）内存中。

当一个方法执行时，每个方法都会建立自己的内存栈，在这个方法内定义的变量将会逐个放入这块栈内存里，随着方法的执行结束，这个方法的内存栈也自然销毁。因此，所有在方法中定义的局部变量都是放在栈内存中的。
在程序中创建一个对象时，这个对象将被保存到运行时数据区中，以便反复利用（因为对象的创建成本通常较大），这个运行时数据区就是堆内存。堆内存中的对象不会随方法的结束而销毁，即使方法结束后，这个对象还可能被另一个引用变量所引用，所以这个对象依然不会被销毁。只有当一个对象没有任何引用变量引用它时，系统的垃圾回收器才会在合适的时候回收它。

由上可理解这种情况了：

定义二维数组：type[][] arrName;

初始化二维数组：

语法	说明
`arrName = new type[length][];`	// 把这个数组当成一维数组来初始化
`int[][] b = new int[3][4]`	// 同时初始化二维数组的两个维数
`String[][] str1 = new String[][]{new String[3], new String[]{"hello"}};`	// 静态初始化
`String[][] str2 = {new String[3], new String[]{"hello"}};`	// 与上等价，一种简化写法

上面代码将定义一个 b 数组变量，这个数组变量指向一个长度为 3 的数组，这个数组的每个数组元素又是一个数组类型，它们各指向对应的长度为 4 的 int[] 数组，每个数组元素的值为 0：
上面代码中定义的 str1 的内存存储示意图如下：

由上而言，Java实际上没有多维数组，只有一维数组，多维数组在Java中本质上是“数组的数组”。

Arrays 类处于 java.util 包下，其中包含的一些 static 修饰的方法可以直接操作数组，如下：

`static` 方法	说明
`int binarySearch(type[] a, type key)`	二分查找
`int binarySearch(type[] a, int fromIndex, int toIndex, type key)`	二分查找
`Type[] copyOf(type[] original, int length)`	将一个数组的所有值拷贝到一个新的数组中去
`Type[] copyOfRange(type[] original, int from, int to)`
`boolean equals(type[] a, type[] a2)`	如果两个数组大小相同，并且下标相同的元素都对应相等，返回true
`void fill(type[] a, type val)`	将数组的所有数据元素设置为val
`void fill(type[] a, int fromIndex, int toIndex, type val)`
`void sort(type[] a)`	对数组进行排序，该方法使用快速排序算法
`void sort(type[] a, int fromIndex, int toIndex)`
`String toString(type[] a)`

Java 8增强了Arrays类的功能，为Arrays类增加了一些工具方法，这些工具方法可以充分利用多CPU并行的能力来提高设值、排序的性能：

Java8 新增工具方法	说明
`void parallelPrefix(xxx[] array, XxxBinaryOperator op)`	使用op参数指定的计算公式计算得到的结果作为新的元素
`void parallelPrefix(xxx[] array, int fromIndex, int toIndex, XxxBinaryOperator op)`	同上，但只重新计算 fronIndex 到 toIndex 索引的元素
`void setAll(xxx[] array, IntToXxxFunction generator)`	使用指定的生成器为所有数组元素设置值
`void parallelSetAll(xxx[] array, IntToXxxFunction generator)`	同上，但增加了并行能力
`void parallelSort(xxx[] a)`
`void parallelSort(xxx[] a, int fromIndex, int toIndex)`
`Spliterator.OfXxx spliterator(xxx[] array)`	将该数组的所有元素转换成对应的 `Spliterator` 对象
`Spliterator.OfXxx spliterator(xxx[] array, int startInclusive, int endExclusive)`
`XxxStream stream(xxx[] array)`	将数组转换为 `Stream`
`XxxStream stream(xxx[] array, int startInclusive, int endExclusive)`