Java学习之旅第一季-25：一维数组

25.1 数组简介

之前我们处理的数据都是单个出现的，将其赋值给兼容数据类型的变量或参与运算都是可以的。而如果要处理多个数据满足，就需要使用到数组了。数组是用于存储多个数据的数据类型，也是最基础的数据结构，在很多编程语言中都内置提供了对它的支持。它的英语是 Array。

Java中数组的特点：

• 存储的数据称为数组的元素，它们的数据类型是相同的
• 存储数据时内存中会为每个元素分配连续且大小相等的空间
• 一旦分配了数组的大小，则不能修改其大小
• 使用索引/下标访问元素，索引从0开始，不可超出其长度减1
• 属性length表示数组中元素的个数，即数组的长度

数组中数据存储的示意图如下，数据连续存放，且可以使用从0开始递增的索引访问到对应位置的数据：

数组可以具有一个或多个维度，不过一维数组是最常见的。本小节只介绍一维数组的使用，后续除非特别说明，否则文中所指数组默认就是一维数组。

• 数组的元素为非数组时，称为一维（One Dimension）数组
• 数组的元素是一维数组时，就是二维（Two Dimension）数组，适合表示数学中的矩阵

数组用于多种用途，因为它们提供了一种方便的方式来将相关数据组合在一起。在Java中，一些复杂类型的数据存储底层就是使用数组实现的。

25.2 声明数组

Java中数组声明有两种语法：

• 语法1：数据类型[ ] 变量名;
• 语法2：数据类型 变量名[ ]; 中括号跟在变量名后面是 C 语言风格，不推荐这么编写 Java 代码。

代码示例如下：

int[] nums;        // 推荐的写法
String names[];    // C语言风格，不推荐

上述的变量声明中，仅仅声明了变量，并未给变量赋值，在使用这些变量之前应首先为其赋值。

当然在声明变量时也可以同时赋初始值：数据类型[ ] 变量名 = new 数据类型[数组大小];

int[] nums = new int[10];        // 声明一个大小为10的int数组
String[] names = new String[5];  // 声明一个大小为5的String数组

上述的赋值只是为数组变量赋值，此时JVM已经为数组分配了存储空间并将地址赋值给了数组变量，但是数组的元素并没有获得用户赋的值，只是有默认值。

这里出现了new关键字，它主要是用于创建对象，在此处会为数组分配内存空间。

当然为之前已声明的数组变量赋初始值或重新赋值也是没问题的：

int[] nums;
nums = new int[10];

元素类型相同的数组变量之间赋值也是可以的，哪怕长度不等，但是元素数据类型不同则不允许：

int[] nums1 = new int[10];
int[] nums2 = new int[5];
nums1 = nums2;          // 成立
long[] nums3 = nums1;   // 不成立

25.3 数组元素的默认值

当为数组分配了空间后，其元素都有默认值，可以使用[ ]运算符结合索引获取指定位置的元素值。

先明确一下结论，数组中元素的默认值与其类型有关：

元素为基本数据类型的默认值如下：

• 数据类型是 byte、short、int、long，则数组中数据默认值是 0。
• 数据类型是 float，数据默认值是 0.0F。
• 数据类型是 double，数据默认值是 0.0D。
• 数据类型是 char，数据默认值是 ascii码 0。
• 数据类型是 boolean，数据默认是 false

示例：

byte[] array1 = new byte[10];
short[] array2 = new short[10];
int[] array3 = new int[10];
long[] array4 = new long[10];
// 分别访问上面4个数组的第一个元素并输出
System.out.println(array1[0]);      // 0
System.out.println(array2[0]);      // 0
System.out.println(array3[0]);      // 0
System.out.println(array4[0]);      // 0float[] array5 = new float[10];
System.out.println(array5[0]);      // 0.0double[] array6 = new double[10];
System.out.println(array6[0]);      // 0.0char[] array7 = new char[10];
System.out.println((int) array7[0]);  // 此处使用了强制类型转换的语法，将char类型转为int，出处为0boolean[] array8 = new boolean[10];
System.out.println(array8[0]);         // false

元素为引用数据类型的元素默认值是 null。

String[] array9 = new String[10];
System.out.println(array9[0]);

null 是 Java 中的一个关键字，读作 /nʌl/ ，用来标识一个不确定的对象。因此可以将 null 赋给引用数据类型变量，但不可以将 null 赋给基本类型变量。在后续涉及到面向对象编程的知识时还会遇到 null。

25.4 数组元素赋值

为数组元素赋值有狭以下几种情况：

1、声明数组时直接使用字面量：

int[] nums = {1,2,3,4,5}

但是这种赋值语法不能为已经声明的数组元素赋值

int[] nums;
nums = {1,2,3,4,5}    // 语法错误

2、声明数组时使用 new 加字面量：

int[] nums =new int[] {10, 20, 30};

这里赋值运算符右边的中括号里面是不能指定数组大小的，既然有字面量，数组大小就可以确定。

与直接使用字面量为数组元素赋值不同，这种写法可以为已经声明的数组元素赋值

int[] nums;
nums = new int[] {10, 20, 30};

3、使用索引获取数组元素，然后进行赋值

int[] nums = new int[5];
nums[0] = 1;
nums[1] = 2;
nums[2] = 3;
nums[3] = 4;
nums[4] = 5;

如果数据有规律或者来自动态输入的，也可以使用数组遍历的方式为数组元素赋值，这会更加简洁

25.5 数组遍历

遍历（Traverse）是指按照一定的规则访问数据结构（包括数组）中的每个元素。Java中的数组提供了一个只读的属性 length，该属性表示数组的大小，也叫数组的长度，即数组中元素的数量。很明显，length 属性的值比数组的最大索引大1。所以遍历时使用索引从0依次增加1，直到length-1 就可以一个不落且不重复的访问到数组中所有的元素。

下面的代码使用 for 循环语句就能非常完美的实现这个功能：

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

for中声明的变量 i = 0 作为循环初始值，正好与数组索引0对应，而为了与最后一个索引对应，i 只能小于 数组的 length，循环体中使用索引访问到对应元素后， i 自增，意味着索引也自增。遍历中的每一次对数据的访问操作可以称为一次迭代（Iterate）。

如果使用不当，可能会试图访问到超出索引为止的元素，这将导致异常的抛出。

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

代码第2行中的 i 初始值不是从0开始，会导致按这个索引值访问不到第一个元素，循环结束时 i 的值是 nums.length，此时对应的索引以超出数组最大索引，执行后会抛出一个数组索引越界异常（ArrayIndexOutOfBoundsException），控制台出现以下提示信息解释异常的原因：

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: Index 5 out of bounds for length 5at com.laotan.article25.Array2.main(Array2.java:30)

25.6 foreach

foreach是Java 5引入的增强版for循环，主要针对的是数组及实现了Iterable接口的类型，比如针对数组的遍历：

int[] nums = {1, 2, 3, 4, 5};     // 声明int数组并赋初始值
for (int num : nums) {            // 开始遍历System.out.println(num);      // 依次输出其中的元素
}

这种语法中不再出现索引，每次遍历直接获取到元素的值赋值给一个临时变量，使用完之后，进行下一次遍历

在该循环中，无法直接修改原数组的元素，比如，希望将所有的元素翻倍，按照下面的写法是不会有效果的。

int[] nums = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int num : nums) {num *= 2;
}

正确的实现应该是利用索引来获取数组内的元素，然后进行更新其值：

int[] nums = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {nums[i] *= 2;
}

如果只是遍历获取元素则推荐使用该语法

25.7 数组的应用

掌握了数组的使用语法后，我使用一个简单的例子来演示下数组的实际应用。

需求：从若干整数中找到最大值

思路分析：如果将每一个整数赋值给一个变量，然后两个相比，显然不现实；可以考虑使用一个数组来存放所有的整数，然后使用打擂台的思路，即：将数组中其中一个元素拿出来作为擂主，然后其它元素依次上台与之比较，谁大谁就成为新的擂主。直到所有的元素打擂完成，最终留在擂台上就是最大的元素。

实现步骤：

1. 将所有整数放到数组中
2. 声明一个表示最大值的变量，将任意一个(通常是第一个)元素赋值给该变量，这个变量就是擂主，等待其他元素打擂
3. 遍历数组，将每一个元素与表示最大值的变量比较，如果该元素的值比此变量更大，则将该元素赋值给表示最大值的变量
4. 遍历完成后，表示最大值的变量的值即为最大值

代码实现：

int[] nums = {3, 7, 5, 9, 4};
int max = nums[0];
for (int i = 1; i < nums.length; i++) {if (nums[i] > max) {max = nums[i];}
}
System.out.println(max);

上述代码的每一句都与实现步骤对应上，不过这里的for循环并不是从0开始，直接从1开始，避免了第一个元素与自身比较的小瑕疵。

25.8 小结

本文介绍了Java中数组的基本概念和使用方法。数组是一种用于存储多个相同类型数据的数据结构，具有连续存储、固定长度等特点。文章详细讲解了数组的声明方式、元素默认值（基本类型为0/false，引用类型为null）、三种赋值方法（字面量、new+字面量、索引赋值）以及两种遍历方式（for循环和foreach）。最后通过"寻找数组中最大值"的示例，演示了数组的实际应用场景。特别强调了数组索引从0开始、length属性表示数组长度等重要特性，并指出了常见的数组越界异常问题。