⛳ Java数组

Java数组的目录

  • ⛳ Java数组
    • 🎨 一，一维数组
      • 👣 1.1，概念
      • 📢 1.2，基本用法
        • 1，语法格式
        • 2，代码
      • 💻 1.3，内存结构
      • 📝 1.4，练习
    • 🎁 二，二维数组
      • 🏭 2.1，概念
        • 1，语法格式
          • 格式1：
          • 格式2：
          • 格式3：
      • 🐾 2.2，二维数组的使用
      • 🎉 2.3，内存结构
    • 🏭 三，数组中常见的算法
      • 📐 3.1，二分查找
      • 💬 3.2，排序算法
      • 💖 3.3，冒泡排序
      • 🚜 3.4，Arrays工具类

⛳ Java数组

数组是一种数组结构，用于存储相同类型的多个元素。它提供了一个连续的内存块，用于存储数组元素。

数组的特点和数组结构：

  1. 连续内存：Java数组的元素在内存中是连续存储的。这意味着数组的每个元素在内存中占据相同大小的空间，并且可以通过索引进行快速访问。
  2. 零基索引：Java数组的索引是从0开始，即第一个元素的索引为0，第二次元素的索引为1，以此类推。通过索引，可以访问数组中的特定元素。
  3. 固定长度：在创建数组是，需要指定数组的长度。数组的长度在创建后是固定不变的，不饿能动态改变。如果需要存储更多或更少的元素，需要创建一个新的数组。
  4. 同一类型元素：Java数组要求所有元素具有相同的数据类型。例如，一个整数数组只能存储整数类型的元素。
  5. 随机访问：由于数组的元素在内存中连续存储，并且可以通过索引进行访问，所以可以在O(1)的时间复杂度内随机访问数组中的元素。
  6. 长度属性：每个Java数组都有一个 length 属性，用于表示数组的长度，即数组中元素的数量。这个属性实在拆高纳进数组时自动生成的，并且在数组的整个生命周期中保持不变。length是一个存储在数组中的常量。

总的来说，Java数组是一种简单而有效的数据结构，用于存储和访问多个相同类型的元素。它提供了快速的随机访问和固定长度的特性。然而，由于数组长度固定且连续存储，插入和删除操作相对较慢,需要重新分配内存和复制元素。如果需要频繁进行插入和删除操作，需要考虑其他数据结构，如ArrayList或LinkedList。

🎨 一，一维数组

👣 1.1，概念

数组(Array),是多个相同类型数据按一定顺序排列的集合， 并使用一-个名字命名,并通过编号的方式对这些数据进行统一管理。

变量：在内存中开辟一块空间。

数组：也是变量，在内存中开辟遗传连续的内存空间。数组长度一旦确定，就不能修改。

拓展：

  • 局部变量
    • 基本数据类型
      • 如：int i = 1; char a = ‘a’; 存储在栈里边。
    • 引用数据类型
      • 如: int[] arr = new int[4]; 引用变量arr存储在栈里面，引用的对象存储在堆里面。

数组的常见概念：

  • 数组名

  • 下标(或索引)

  • 元素

  • 数组的长度

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📢 1.2，基本用法

1，语法格式

  • 格式1：数据类型[]数组名,属于只创建了数组引用名，并未在内存创建数组空间

    int[] arr1; //声明
arr1 = new int[4]; // 数组长度一旦确定，不可改变

  • 格式2：数据类型[]数组名称= new数据类型[数组长度];

    double[] arr2 = new double[5];

  • 格式3：数据类型[]数组名称= {数组内容1,数组内容2,数组内容3…数组内容n};

    int[] arr3 = {1,2,3,4};

  • 格式4：数据类型[]数组名称= new数据类型[]{内容1,内容2,内容…内容n}

    int[] arr4 = new int[]{1,2,3,4};

2，代码

    public static void main(String[] args) {// 1,声明数组// 1.1，先声明，后开辟空间：数据类型 [] 数组名称;int[] arr1; //声明arr1 = new int[4]; // 开辟空间 , 数组长度一旦确定，不可以改变// 1.2 声明数组的同时开辟空间double[] arr2 = new double[5];System.out.println(arr1);System.out.println(arr2);// 1.3 声明数组String[] arr3; // 只有声明，没有在内存中开辟数组空间
//        System.out.println(arr3);// 1.4 声明数组的同时赋值int[] arr4 = new int[]{1,2,3,4};System.out.println(arr4);// 1.5 声明数组的同时赋值// 此时数组的长度由赋值的个数决定double[] arr5 = {1,2,34,5,7};}

💻 1.3，内存结构

JMM : JVM的内存结构

int[] arr1; 的内存状态

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arr1 = new int[4];  的内存状态

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下列代码的内存结构

int[] arr1 = new int[5];
arr1[0] = 10;
arr1[2] = 20;
String[] arr2 = new String[3];
arr2[1] = "刘杰";
arr2 = new String[5];

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-eTRlNLtv-1689754883833)(https://gitee.com/galloping_pony/img-home/raw/master/%E4%B8%80%E7%BB%B4%E6%95%B0%E7%BB%84%E7%9A%84JMM%E7%BB%93%E6%9E%84.drawio.png)]

拓展：

JMM（Java内存模型）是Java平台定义的一种规范，用于描述多线程并发访问共享内存时的行为。JMM定义了线程如何与主内存和工作内存进行交互，以及如何同步和协调共享数据的访问。

以下是JMM的一些关键概念：

  1. 主内存（Main Memory）：主内存是Java程序中所有线程共享的内存区域。所有变量（包括实例变量，静态变量和数组元素）都是存储在主内存中。
  2. 工作区域（Working Memory）：工作内存是每个线程独立拥有的内存区域。线程的工作内存包含了主内存中的部分变量副本，用于线程的实际操作和计算。
  3. 内存间的交互：线程对共享变量的操作必须在主内存和工作内存之间进行交互。当一个线程需要使用共享变量时，它首先将变量从内存复制到自己的工作内存中。在工作内存中对变量进行操作后，线程可以选择将变量的最新值刷新回主内存。
  4. 原子性，可见性和有序性：JMM定义了操作的原子性，可见性，有序性的规则。原子性指一个操作时不可分割的，要么全部执行成功，要么不执行。可见性指一个线程对共享变量的修改对其他线程是可见的。有序性指程序的执行循序必须符合一定的规则，不能出现乱序执行的情况。
  5. 同步操作：JMM提供了一些同步操作来确保线程之间的协调和共享数据的一致性，如synchronize关键字，volatile关键字，Lock接口等。

JMM的目标是提供一个统一的内存模型，使得程序在不同的平台和编译器上都能以一致的方式工作。通过JMM的规范，开发则可以编写正确且线程安全的多线程程序。了解JMM的规则和特性对于编写高效且正确的多线程代码非常重要。

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📝 1.4，练习

从键盘读入学生成绩，找出最高分，并输出学生成绩等级。

  • 成绩>=最高分-10等级为’A’
    成绩>=最高分20等级为’B’
    成绩>=最高分30等级为C’
    其余等级为’D’

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    public static void main(String[] args) {Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.println("请输入学生人数：");int persons = scanner.nextInt();int[] scores = new int[persons];System.out.println("请输入" + persons + "个学生的分数");// 定义一个最大值变量int maxScore = 0;for (int i = 0; i < scores.length; i++) {scores[i] = scanner.nextInt();if (scores[i] > maxScore){maxScore = scores[i];}}System.out.println("分数的最大值为：" + maxScore);for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
//            switch (scores[i]){
//                case scores[i] > maxScore - 10 :
//
//            }if (scores[i] >= maxScore - 10){System.out.println("分数为" + scores[i] + "的等级为A");} else if (scores[i] >= maxScore - 20) {System.out.println("分数为" + scores[i] + "的等级为B");}else if (scores[i] >= maxScore - 30) {System.out.println("分数为" + scores[i] + "的等级为C");}else {System.out.println("分数为" + scores[i] + "的等级为D");}}}

🎁 二，二维数组

🏭 2.1，概念

对于二维数组的理解，我们可以看成是一维数组array1又作为另一个一维数组array2的元素而存在。其实，从数组底层的运行机制来看，没有多维数组的存在。

1，语法格式

格式1：
int[][] arr = new int[3][2];
  • 定义了名称为arr的二维数组
  • 二维数组中有3个以为数组
  • 每个一维数组中有2个元素
  • 一维数组的名称分别为arr[0]，arr[1]，arr[2]
  • 给第一个一维数组1脚标位赋值为78写法是：arr[0][1] = 78
格式2：
int[][] arr = new int[3][];
  • 二维数组中有3个一维数组。
  • 每个一维数组都是默认初始化值null（注意：区别于格式1）
  • 可以对这三个一维数组分别进行初始化arr[0] = new int[3]; arr[i] = new int[i]; arr[2] = new int[2];

注：int[][] arr = new int[][3]是非法的

格式3：
int[][] arr = new int[][]{{3,4,2},{3,4},{9,0,3,4}}
  • 定义一个名称为arr的二维数组，二维数组中有三个以为数组
  • 每个一个数组中具体元素也都已初始化
  • 第一个一维数组arr[0] = {3,4,2};
  • 第二个一维数组arr[0] = {3,4};
  • 第三个一维数组arr[0] = {9,0,3,4};
  • 第三个一维数组的长度表示方式：arr[2].length;

🐾 2.2，二维数组的使用

public static void main(String[] args) {//1、声明二维数组//1.1声明数组的同时开辟空间:数据类型[门][]数组名称=new 数据类型[行] [列] ;int[][] nns = newint[3][4];//列的值:可以有:所有的行的列的个数相同，相当于矩形//可以省略， 每一-行都是nu11,需要自己去开辟空间--了解//1.2先声明数组再开辟空间int[][] nns2;nns = new int[3][4];//1.3声明数组的同时赋初值:行列的长度由赋值的个数决定了int[][] nns3 = new int[][]{{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};//1.4int[][] nns4 = new int[3][];nns4[0] = new int[]{1, 2};System.out.println(Arrays.toString(nns4));System.out.println(Arrays.toString(nns4[0]));//2、赋值//使用循环赋值for (int i = 0; i < nns.length; i++) {for (int j = 0; j < nns[i].length; j++) {nns[i][j] = i + j + 4;}}//3、取值for (int i = 0; i < nns3.length; i++) {for (int j = 0; j < nns3[i].length; j++) {System.out.print(nns3[i][j] + " ");}System.out.println();}}

🎉 2.3，内存结构

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🏭 三，数组中常见的算法

📐 3.1，二分查找

数组的复制，反转，查找（线性查找，二分查找）

public static void main(String[] args) {String[] arr = new String[]{"JJ","DD","MM","BB","GG","AA"};// 数组的复制（区别于数组变量的赋值：arr1 = arr）String[] arr1 = new String[arr.length];for (int i = 0; i < arr.length; i++) {arr1[i] = arr[i];}// 遍历for (int i = 0; i < arr1.length; i++) {System.out.println(arr1[i]);}System.out.println("=======================");// 数组的反转for (int i = 0,j = arr.length-1; i < j; i++,j--) {String temp = arr[i];arr[i] = arr[j];arr[j] = temp;}// 遍历for (int i = 0; i < arr.length; i++) {System.out.println(arr[i]);}System.out.println("=======================");// 查找(或搜索)// 线性查找String dest = "BB";boolean isFlag = true;for (int i = 0; i < arr.length; i++) {if (dest.equals(arr[i])){System.out.println("找到了指定元素" + dest + "下标为：" + i);isFlag = true;break;}}if (isFlag){System.out.println("没有找到目标元素");}System.out.println("=======================");// 二分查找// 前提：所要查找的数组必须有序int [] arr2 = new int[]{-98,-34,2,34, 54,66,79,105,210 ,333};// 目标值int dest1 = 34;int start = 0;  // 开始下标int end = arr2.length-1; //结束下标boolean isFlage1 = true;  // 是否找到的标识while (start <= end) {int min = (start + end)/2;if (arr2[min] == dest1){System.out.println("找到了目标元素：" + dest1 + "下标为：" + min);isFlage1 = false;break;} else if (dest1 > arr2[min]) {start = min + 1;} else {end = min - 1;}}if (isFlage1){System.out.println("没有找到目标元素");}}

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💬 3.2，排序算法

衡量排序算法的优劣：

  • 时间复杂度：分析关键字的比较次数和记录的移动次数。
  • 空间复杂度：分析排序算法中需要多少辅助内存
  • 稳定性：若两个记录A和B的关键字值相等，但排序后A，B的先后次序保持不变，则称这种排序算法是稳定的。

💖 3.3，冒泡排序

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    public static void main(String[] args) {int[] arr = new int[]{43,32,76,-98,0, 64,33,-21,32,99};for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {for (int j = 0; j < arr.length -1 - i; j++) {if (arr[j] > arr[j+1]){int temp = arr[j];arr[j] = arr[j+1];arr[j+1] = temp;}}}for (int i = 0; i < arr.length; i++) {System.out.print(arr[i] + "\t");}}

🚜 3.4，Arrays工具类

public static void main(String[] args) {// 1，boolean equals(int[] a,int[] b) ：判断两个数组是否相等int[] arr1 = {1, 2, 3, 4};int[] arr2 = {1, 3, 2, 4};boolean isEquals = Arrays.equals(arr1, arr2);System.out.println(isEquals);// 2, String toString(int[] a) : 数除数组信息。System.out.println(Arrays.toString(arr1));// 3, void fill(int[] a,int val) : 将指定值填充到数组之中// 将指定的int值赋给指定的int数组的每个元素。Arrays.fill(arr1,10);System.out.println(Arrays.toString(arr1));// 4, void sort(int[] a) : 对数组进行排序Arrays.sort(arr2);System.out.println(Arrays.toString(arr2));// 5, int binarySearch(int[] a, int key)int[] arr3 = new int[]{43,32,76,-98,0, 64,33,-21,32,99};int index = Arrays.binarySearch(arr3, 0);if (index >= 0){System.out.println("找到了目标值" + "下标为：" + index);} else {System.out.println("未找到");}}

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