JavaSE: 数组详解

JavaSE 数组详解

一、数组的核心概念

数组是相同类型数据的有序集合，它在内存中占据连续的存储空间，通过索引快速访问元素。

特点：

• 长度固定，创建后不可变。
• 元素类型必须相同。
• 索引从0开始，范围为0到length-1。

二、数组的声明与初始化

1. 静态初始化

// 方式一：直接赋值
int[] arr1 = {1, 2, 3, 4, 5};// 方式二：显式指定类型
int[] arr2 = new int[]{10, 20, 30};

2. 动态初始化

// 声明并分配内存空间，元素默认初始化为0（基本类型）或null（引用类型）
int[] arr3 = new int[5]; // 长度为5的整数数组

三、多维数组

二维数组示例：

// 静态初始化
int[][] matrix1 = {{1, 2, 3},{4, 5, 6},{7, 8, 9}
};// 动态初始化（规则数组）
int[][] matrix2 = new int[3][4]; // 3行4列// 动态初始化（不规则数组）
int[][] matrix3 = new int[3][];
matrix3[0] = new int[2];
matrix3[1] = new int[3];
matrix3[2] = new int[4];

四、数组的常用操作

1. 遍历数组

int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};// 普通for循环
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {System.out.println(arr[i]);
}// 增强for循环（foreach）
for (int num : arr) {System.out.println(num);
}// Java 8 Stream API
java.util.Arrays.stream(arr).forEach(System.out::println);

2. 数组拷贝

int[] src = {1, 2, 3};
int[] dest = new int[src.length];// 方式一：System.arraycopy（高效）
System.arraycopy(src, 0, dest, 0, src.length);// 方式二：Arrays.copyOf（简洁）
int[] dest2 = java.util.Arrays.copyOf(src, src.length);// 方式三：clone方法（浅拷贝）
int[] dest3 = src.clone();

3. 数组排序

int[] arr = {5, 3, 1, 4, 2};// 升序排序（原生API）
java.util.Arrays.sort(arr);// 降序排序（需使用包装类）
Integer[] arrWrapper = {5, 3, 1, 4, 2};
java.util.Arrays.sort(arrWrapper, java.util.Comparator.reverseOrder());

4. 数组查找

int[] arr = {3, 7, 2, 8, 5};// 线性查找
int target = 8;
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {if (arr[i] == target) {System.out.println("找到元素，索引为：" + i);break;}
}// 二分查找（需先排序）
java.util.Arrays.sort(arr);
int index = java.util.Arrays.binarySearch(arr, 8);

五、数组与方法

1. 作为参数传递

public void printArray(int[] arr) {for (int num : arr) {System.out.println(num);}
}// 调用
printArray(new int[]{1, 2, 3});

2. 作为返回值

public int[] generateArray(int size) {int[] arr = new int[size];for (int i = 0; i < size; i++) {arr[i] = i;}return arr;
}

六、数组的内存分析

int[] arr1 = new int[3];  // 栈内存存储引用，堆内存存储数组对象
int[] arr2 = arr1;        // 复制引用，指向同一对象
arr2[0] = 100;            // 修改arr2会影响arr1

内存分布：

• 栈内存：存储局部变量（如arr1、arr2），保存数组对象的引用地址。
• 堆内存：存储数组的实际内容（元素值）。

七、常见异常

1. 数组越界异常（ArrayIndexOutOfBoundsException）

   int[] arr = new int[3];
   arr[3] = 10; // 抛出异常，合法索引为0~2
   

2. 空指针异常（NullPointerException）

   int[] arr = null;
   System.out.println(arr.length); // 抛出异常，arr未指向任何对象
   

八、面试常见问题

1. 数组和ArrayList的区别？

   • 数组：长度固定，可存储基本类型和引用类型，效率高。
   • ArrayList：长度动态可变，只能存储引用类型（自动装箱拆箱），使用更灵活。

2. 如何实现数组的降序排序？

   Integer[] arr = {5, 3, 1, 4, 2};
   Arrays.sort(arr, Comparator.reverseOrder());
   

3. 二维数组的内存结构是怎样的？

   • 二维数组本质是数组的数组，每行可能指向不同长度的子数组（不规则数组）。

4. 如何安全地遍历数组避免越界？

   • 使用for (int i = 0; i < arr.length; i++)或增强for循环。

九、最佳实践

1. 避免数组越界：遍历前检查索引范围。
2. 优先使用工具类：利用java.util.Arrays提供的方法（如排序、查找）。
3. 多维数组初始化：动态初始化时注意每行长度的一致性。
4. 数组转集合：使用Arrays.asList()需注意返回的是固定大小的列表。

数组是Java中最基本的数据结构，深入理解其特性和操作是编写高效代码的基础。