数组定义和使用，理解多维数组和Array类

数组的作用

在执行程序的过程中，通常会需要存储大量数据。如果只有少量数据，那么通过声明变量，存储到变量中即可。但当我们的数据是20个、40个甚至是100以上时，就意味着需要声明很多变量，这是不现实的，不仅影响程序阅读，而且效率低下，不符合程序优化。这时就需要采用一个有条理并且高效的方法来存储大量数据。

数组是一种数据结构，可以用它来存储元素数量固定且元素类型相同的有序集。如果要存储100个int型的数据，可以把它们存储到一个一维数组中。例如：int[] values = new int[100]; 一维数组和二维数组及多维数组的区别后续说明。

数组一旦创建，大小就固定，所以要注意元素数量是否大于数组长度。访问数组元素时，通过下标进行访问，数组第一位下标从0开始，所以数组最后一位下标，为数组长度-1。访问数组的第一位元素： values[0], 第二位元素：values[1] , 以此类推。

简单理解：数组是用于存储同类型数据的集合，而变量是存储单个数据。所以可以将数组看作一个存储相同类型的变量集合，将数组理解为一次性声明多个同类型的变量，并统一管理。

定义一维数组

声明一维数组 elementType[] name； //元素类型[] 数组名

创建一维数组 new elementType[size]; //通过new操作符，创建指定类型和指定大小的数组。

注意：声明一个数组变量并不会在内存中开辟空间，它只是创建一个对数组引用的存储位置，用于指向数组的内存地址。如果数组变量未指向一个数组引用，则默认值为null,表示引用为空。这里可以间接表明数组是一种对象类型（引用类型）。

通常情况下，声明数组和创建数组是一次完成，例如：String[] str = new String[10]; 创建一个大小为10，String类型的数组，并将其数组引用赋给数组变量str。通常来讲，将str变量称为数组即可，它们的区别可以忽略。

此时str数组是没有元素的，给数组元素赋值：

String[] str = new String[10];
		str[0] = "Java"; 	//第一位元素赋值
		str[1] = "C++"; 	//第二位元素赋值
		str[2] = "Python";  //第三位元素赋值
		//.........依次类推，直到str[str.length-1]

如果已经知道数据，并且不多的情况，可以使用数组的初始化语法简化操作，两种方式都一样，推荐第一种。

String[] str = {"Java","C++","Python"};
		String[] str = new String[]{"Java","C++","Python"};

注意：如果定义了数组，但未对数组元素进行初始化，那么数组元素会自动赋予默认值。基本类型按照默认值规则，引用类型的默认值全部是null。

处理数组

当对数组元素进行操作，例如对数组某个下标的元素进行修改，或者遍历数组所有元素。通常都会使用for循环。

获取数组的几种遍历方式，for循环更加简洁。

//while遍历方式
int i = 0;
while(i<str.length){
	System.out.print(str[i] + " ");
	i++;
}
//for遍历方式
for(int i=0; i<str.length; i++){
	System.out.print(str[i] + " ");
}

除了通过下标遍历数组之外，java还有一个foreach循环，可以不通过下标来顺序地遍历数组。

for(String s : str){
	System.out.print(s + " ")
}

注意：foreach循环中对遍历的数组元素操作不会影响原来的数组元素，因为这里的s相当于形参。但如果我们想从指定位置遍历或修改某个数组元素时，则必须采用下标。

复制数组的操作和传递数组参数给方法

要复制数组元素可以使用三种方式：

for循环或foreach遍历取值，赋值给另一个同类型长度相同的数组。
采用System.arraycopy() 方法。
使用clone()方法。

//1.将数组元素复制给另一个数组
		for(int i = 0; i < arr.length; i++ ) {
			destArr[i] = arr[i];
		}
		
		//2.使用System.arraycopy()
		int[] copyArr = new int[arr.length * 2]; //建议目标数组长度增加2倍，可以容纳更多元素
		//参数说明：  源数组  要复制的元素起始位置  目标数组  复制的开始位置  复制的元素长度
		System.arraycopy(arr, 0, copyArr, 0, arr.length);

int[] arr = {12,15,30,35};
		//这里只是将arr指向的数组引用赋给assignArr，两者本质上是同一个数组
		int[] assignArr = arr; 
		assignArr[0] = 55;
		System.out.println(arr[0]); // 55
		
		//采用clone()，相当于开辟一个新的内存空间
		int[] cloneArr = arr.clone();
		cloneArr[0] = 60;
		System.out.println(cloneArr[0]); //60
		System.out.println(arr[0]); //50

将数组作为参数传递给方法

数组传递给方法和将参数值传递给方法是有很大不同的。Java是按值传递，所以传递基本类型数据时，传的是变量的值，所以对形参操作对实参不会产生影响。但传递数组则是传递该数组的引用地址，对该形参操作时，会影响实参。

public static void main(String[] args) {
		int[] arr = {1,2,3};
		testArray(arr);
		System.out.println(Arrays.toString(arr)); //[2, 1, 3]
		testArray(arr[0], arr[1]);
		System.out.println(Arrays.toString(arr)); //[2, 1, 3]
	}
	//传递数组
	public static void testArray(int[] arr) {
		int temp = arr[0];
		arr[0] = arr[1];
		arr[1] = temp;
	}
	
	//传递数组元素
	public static void testArray(int a, int b) {
		int temp = a;
		a = b;
		b = temp;
	}

所以使用时，要注意区分传递的参数是基本数据类型还是引用类型。

二维数组

一维数组存储线性的元素集合，而二维数组可以存储矩阵和表格这种形式的数据。一维数组存储值，而二维存储的是一维数组的引用。三维数组中则存储的是二维数组，所以可以将多维看作“数组的数组”。二维数组中的元素通过两个下标来访问，这两个下标代表行和列。

定义一个二维数组，例如： int[][] test= new int[3][4]; //定义一个3行4列，int类型的二维数组。

二维第一个下标表示行，第二个下标表示列。行和列的下标都是从0开始，如图所示：

数组定义和使用，理解多维数组和Array类

//二维数组元素初始化
		int[][] test = new int[3][4];
		test[0][0] = 1; //第一行第一列
		test[0][3] = 4; //第一行最后一列
		test[1][0] = 5; //第二行第一列
		test[1][3] = 8; //第二行最后一列
		//......

//已知数据情况下，简便二维元素初始化操作
		int[][] test = {
				{1,2,3,4},
				{5,6,7,8},
				{9,10,11,13}};

可以很清楚地看到，二维数组的每一行的数据都用一维数组来存储。二维访问元素时的[i][j], [i]查找二维中的一维数组，[j]则是查找一维中指定的j下标元素。

test[0]; //指向二维中第一位一维数组元素
		test[1]; //指向二维中第二位一维数组元素
		test[2]; //指向二维中第三位一维数组元素

二维数组的长度就是其中存储的一维数组的数量。

如果只定义二维数组的长度，但没有定义一维的长度，赋值方式如下：

//定义了二维长度，未定义其中的一维长度
		int[][] arr = new int[5][];
		System.out.println(arr[0]); //这时的二维数组元素相当于指向null
		
		arr[0] = new int[5];//为二维数组元素赋值
		arr[1] = new int[3];//为二维数组元素赋值
		arr[2] = new int[2];//为二维数组元素赋值
		//....

处理二维数组

关于处理数组的几种方式前面已经介绍了，这次采用for循环来遍历二维数组。

//遍历二维数组
		for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
			//这里是关键，访问arr[i],对arr[i]进行遍历，就是在遍历一维数组 
			for(int j = 0; j < arr[i].length; j++) {
				System.out.print(arr[i][j] + " ");
			}
		}

二维数组测试题

1.求某个二维数组中所有元素的和

//假设matrix二维数组已经赋值
		 int[][] matrix = new int[3][3];
		 int sum = 0;
		//遍历二维数组
		for(int i = 0; i < matrix.length; i++) {
			for(int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {
				sum += matrix[i][j];
			}
		}
		//foreach方式
		for(int[] m : matrix) {
			for(int value : m) {
				sum += value;
			}
		}

2.对某个二维数组按列求和（矩阵形式，不然会导致索引越界）

//假设matrix二维数组已经赋值
		 int[][] matrix = {
				 {1,2,3},
				 {4,5,6},
				 {7,8,9},
		 };
		 
		 //将i作为列的循环变化条件
		 for(int i = 0; i < matrix[0].length; i++) { //控制列
			 int columnSum = 0;
			 //控制行变化，但列不变
			 for(int j = 0; j <matrix.length; j++) {
				 columnSum += matrix[j][i];
			 }
			 System.out.print(columnSum + " "); // 12 15 18
                       //按列求和的思维，就是行变，列不变。 内循环的作用就是行变化，用于对应外循环的列。  与常规遍历二维方式相反。
		 }
	}

3.求那一列的和最大（能解决这个，就能解决那一行的和最大问题）

int columnSum = 0; //记录每一列的和
		 int maxCol = 0; //记录最大和的列下标
		 for(int i = 0; i < matrix[0].length; i++) { //控制列长度
			 int temp = 0;
			 for(int j = 0; j <matrix.length; j++) {
				 temp += matrix[j][i];
			 }
			 //更新最大列的和与该列
			 if(temp > columnSum) {
				 maxCol = i;
				 columnSum = temp;
			 }
			 System.out.print(temp + " "); 
		 }
		 System.out.println("最大和的列下标：" + maxCol);
		 System.out.println("最大列的和：" + columnSum);
	}

至于更多练习二维数组的题目，请自行查阅，并解决。

三维数组

二维数组中存储一维数组，而一个三维数组则存储是二维数组。三维数组的定义方式：

int[][][] arr = new int[3][3][2];

arr三维数组表示：能存放3个二维，二维中能存放3个一维，一维中能存放2个元素。

三维数组不常用，这里只简单了解一下。例如存放30天中，每天的每个小时的湿度和温度。

可以用double[][][] weather = [30][24][2]; //建模思路：湿度和温度可以用一维存放，二维开辟24空间，一个一维表示当前小时的温度和湿度。三维开辟30空间，用于存放30天的天气。

[0][0][0] //获取第一天，1小时时候的湿度

[0][0][0] //获取第一天，1小时时候的温度

//....

[29][23][0] //获取第30天，24小时时候的湿度

[29][23][1] //获取第30天，24小时时候的温度

另外关于数组的排序，有多种排序方式，即可以自己实现，也可以调用Arrays工具类来进行排序。

除了常规方式创建数组，简单了解通过反射来创建数组。

使用Array类的方法

static Object newInstance(Class<?> cla , int...dimension)

根据传入的Class实例来声明类型，根据可变参数dimension来决定创建一维还是多维

static get(Object obj,int index) : 获取指定对象数组中index值

static getXxx(Object obj,int index) ： Xxx代表值类型，如果存储的是值类型，就使用该方式

static set(Object obj,int index) : 设置指定对象数组中index值

static setXxx(Object obj,int index) ： Xxx代表值类型，如果该对象数组是存储值类型，就使用该方式

//创建一个字符串类型的三维数组
Object arr = Array.newInstance(String.class,2,3,3); //2层3行3列
//获取该三维数组中的元素，得到二维数组
Object arr2 = Array.get(arr,0);  //arr2数组是一个二维数组
System.out.println(arr2); //输出arr,得到二维数组地址

如果要遍历该三维数组arr,必须强制转换成常规数组类型。

String[][][] strArr = (String[][][])arr;

需要注意点就是对象数组中储存的类型是值类型还是引用类型，然后根据不同类型去调用setXxx()或set()方法；

数组定义和使用，理解多维数组和Array类

数组的作用

定义一维数组

处理数组

复制数组的操作和传递数组参数给方法

二维数组

处理二维数组

三维数组

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