1. 用一个数组管理一组数据

数组用于保存一组相同类型的数据。例如，保存 5 个学生的成绩，不必分别定义 5 个变量：

int[] scores = {70, 80, 85, 60, 90};

这里，int[] 是数组类型，scores 是数组变量，数组中有 5 个 int 元素。

可以把数组理解为一排连续编号的格子：每个格子保存一个元素，通过编号直接访问。这个编号叫作下标（索引），从 0 开始。

下标： 0 1 2 3 4 元素： 70 80 85 60 90

一个数组创建后，长度就固定了；元素的值可以修改。

1.1 创建与初始化

动态初始化：指定长度，元素先使用默认值。

int[] numbers = new int[3]; // 3 个 int 元素，初始值都是 0 double[] prices = new double[5]; // 5 个 double 元素 String[] words = new String[3]; // 3 个 String 元素

通用格式是 元素类型[] 数组名 = new 元素类型[长度];。new 在这里用于创建数组。

“动态初始化”并不意味着长度可以随意增长，而是创建时指定长度。

静态初始化：直接给出元素，长度由元素个数决定。

int[] a = new int[]{10, 20, 30}; int[] b = {10, 20, 30}; // 声明时可以简写 String[] words = {"Hello", "Java"};

元素值必须能赋给数组的元素类型。指定元素时，不再在方括号中填写长度：

// 错误：不能同时指定长度和初始化列表 // int[] a = new int[3]{10, 20, 30};

声明和赋值可以分开，但分开后不能只写 {...}：

int[] a; a = new int[3]; a = new int[]{10, 20, 30}; // 错误：这种简写只能在声明时使用 // a = {10, 20, 30};

int a[] 也是合法写法，但推荐 int[] a，更容易看出变量的类型是 int[]。

1.2 数组元素的默认值

使用 new 类型[长度] 创建数组后，即使没有逐个赋值，元素也已经有默认值：

元素类型 默认值
byte、short、int、long 0
float 0.0f
double 0.0
char '\u0000'，不是字符 '0'，也不是空格
boolean false
引用类型，例如 String null，表示没有引用对象

注意区分：int[] a; 只是声明了局部变量，没有创建数组，也不能直接使用这个尚未赋值的变量；int[] a = new int[3]; 才创建了包含 3 个零的数组。

1.3 访问元素与获取长度 

int[] a = {10, 20, 30}; System.out.println(a[0]); // 10：读取第一个元素 a[1] = 99; // 修改第二个元素 System.out.println(a[1]); // 99 System.out.println(a.length); // 3
  • a.length 是元素个数，没有括号。
  • 合法下标为 0 到 a.length - 1。
  • 最后一个元素是 a[a.length - 1]，不是 a[a.length]。

对于上面的数组，访问 a[3] 或 a[-1] 都会发生 ArrayIndexOutOfBoundsException（数组下标越界异常）。异常可以先理解为程序运行时报告的错误。

1.4 遍历数组

遍历就是依次访问数组中的所有元素。

需要下标或需要修改元素时，用普通 for 循环：

int[] a = {10, 20, 30}; for (int i = 0; i < a.length; i++) { a[i] += 1; System.out.println(a[i]); // 依次输出 11、21、31 }

条件写成 i < a.length，不能写成 i <= a.length；使用 a.length 也比把长度写死更方便。

只需要依次读取元素时，可以用增强 for（for-each）：

int[] a = {10, 20, 30}; for (int x : a) { System.out.println(x); }

每次循环，x 都取得当前元素的值，它不是下标。对于这里的 int 数组，给 x 赋值只会改变循环变量，不会修改数组元素；要修改元素，应使用 a[i]。

1.5 一次打印整个数组

Arrays 是 java.util 包中的数组工具类，提供了操作数组的方法。使用前在 Java 文件的类定义上方写：

import java.util.Arrays;

Arrays.toString(a) 把一维数组的内容转换成便于阅读的字符串：

int[] a = {10, 20, 30}; String text = Arrays.toString(a); System.out.println(text); // [10, 20, 30]

直接 System.out.println(a) 不会按上面的形式输出数组元素。

2. 数组变量保存的是引用

2.1 先分清“变量”和“数组对象” 

int number = 10; int[] a = {1, 2, 3};
  • number 是基本类型变量，直接保存数值 10。
  • a 是引用类型变量，保存的是数组对象的引用，不是三个元素本身。

引用可以暂时理解为找到对象的“地址线索”，不必把它当成可直接操作的真实内存地址。

number 中保存：10 a 中保存的引用 ──→ 数组对象 [1, 2, 3]

JVM（Java 虚拟机）负责运行 Java 程序，其运行时内存按用途划分：

区域 本章需要知道的作用
虚拟机栈 方法调用时创建栈帧，保存局部变量等执行信息；方法结束时对应栈帧出栈
堆 存放数组等对象
程序计数器 记录当前线程执行字节码的位置
本地方法栈 为本地方法服务；本地方法是由 Java 以外的语言实现的方法
方法区 保存类信息、方法字节码等数据

本章重点是栈和堆。 按这里的入门模型，方法内的局部变量 number、a 位于该方法的栈帧中，而 a 引用的数组对象位于堆中。其他区域的内部细节暂不展开。

2.2 数组赋值不会复制元素 

int[] a = {1, 2, 3}; int[] b = a; b[0] = 99; System.out.println(a[0]); // 99

b = a 复制的是引用，因此两个变量指向同一个数组：

a ──┐ ├──→ [99, 2, 3] b ──┘

通过 a 或 b 修改元素，改的都是同一个数组对象。

但重新给引用变量赋值，只会改变这个变量的指向：

b = new int[]{7, 8}; System.out.println(a[0]); // 99：a 仍指向原数组 System.out.println(b[0]); // 7：b 指向新数组 System.out.println(a.length); // 3 System.out.println(b.length); // 2

这里不是原数组长度从 3 变成了 2，而是 b 改为引用另一个数组。

2.3 null：目前没有引用任何数组 

int[] a = null; // System.out.println(a[0]); // 空指针异常 // System.out.println(a.length); // 空指针异常

null 表示空引用。此时没有可访问的数组对象，读取元素或长度会发生 NullPointerException（空指针异常）。null 也不等于数值 0。

要区分下面两种情况：

写法 含义
int[] a = null; 没有引用数组，不能读取 a.length
int[] a = new int[0]; 引用了长度为 0 的数组，a.length 为 0，但没有可访问的元素

3. 数组与方法配合使用

下面的 public static 方法定义在类中，与 main 并列；调用语句放在 main 等方法内部。

3.1 作为参数：传入的是引用的副本

Java 的参数传递都是值传递：基本类型复制数值，引用类型复制引用值。

先看基本类型：

public static void changeNumber(int x) { x = 10; } 
int number = 0; changeNumber(number); System.out.println(number); // 0

形参 x 和变量 number 各自保存一份数值，修改 x 不影响 number。

再看数组：

public static void changeArray(int[] a) { a[0] = 10; } 
int[] arr = {1, 2, 3}; changeArray(arr); System.out.println(arr[0]); // 10

形参 a 得到了 arr 中引用的副本，二者仍指向同一个数组，所以 a[0] = 10 会改变外部看到的元素。

如果只是让形参指向新数组，外部变量不会跟着改变：

public static void replaceArray(int[] a) { a = new int[]{7, 8, 9}; } 
int[] arr = {1, 2, 3}; replaceArray(arr); System.out.println(arr[0]); // 1

记住：a[i] = ... 修改数组元素；a = ... 修改形参自己的引用值。 传递数组时也不需要复制整组元素。

3.2 作为返回值：返回一组计算结果

方法的返回类型写成 int[]，就可以返回一个整型数组的引用。

例如，生成斐波那契数列的前 n 项：前两项为 1、1，从第三项开始，每项等于前两项之和。

public static int[] fib(int n) { if (n <= 0) { return null; } int[] result = new int[n]; result[0] = 1; if (n >= 2) { result[1] = 1; } for (int i = 2; i < n; i++) { result[i] = result[i - 1] + result[i - 2]; } return result; }

调用：

int[] result = fib(6); if (result != null) { System.out.println(Arrays.toString(result)); // [1, 1, 2, 3, 5, 8] }
  • n == 1 时只能访问 result[0]，不能直接给 result[1] 赋值。
  • 本例约定 n <= 0 返回 null，调用方使用前先判断。
  • 方法结束后，局部变量会离开作用域，但返回的数组仍被调用方引用，因此还能使用。
  • 本例使用 int，只适合结果未超出 int 范围的项数；从第 47 项开始会溢出。

4. 数组拷贝：创建一份独立的数组

4.1 Arrays.copyOf 与 Arrays.copyOfRange

b = a 只复制引用。如果需要独立修改一个 int 数组，可以创建新数组并复制元素：

int[] a = {10, 20, 30, 40}; int[] b = Arrays.copyOf(a, a.length); b[0] = 99; System.out.println(Arrays.toString(a)); // [10, 20, 30, 40] System.out.println(Arrays.toString(b)); // [99, 20, 30, 40]

Arrays.copyOf(原数组, 新长度) 的第二个参数是新数组的长度。新长度较小时截取前面的元素，较大时多出来的 int 元素为 0；原数组的长度不变。

复制部分元素可以使用：

int[] part = Arrays.copyOfRange(a, 1, 3); System.out.println(Arrays.toString(part)); // [20, 30]

范围是 [起始下标, 结束下标)，左闭右开。因此 [1, 3) 复制下标 1、2，不包含下标 3。

4.2 用循环实现拷贝 

public static int[] copyOf(int[] arr) { int[] result = new int[arr.length]; for (int i = 0; i < arr.length; i++) { result[i] = arr[i]; } return result; }

关键是先 new 一个数组，再逐个复制元素；如果直接 return arr，返回的仍是原数组的引用。

以上“修改互不影响”针对 int[] 这样的基本类型数组。若元素本身是引用，复制元素时复制的仍是引用，涉及的对象可能继续共享；这属于后续的深浅拷贝问题，本章不展开。

5. 用数组练习查找、排序与逆序

以下方法均假定传入的数组不是 null；长度为 0 的数组可以正常处理。

5.1 顺序查找：从头逐个比较

不要求数组有序。找到目标就返回下标，全部检查后仍没找到则返回 -1。

public static int find(int[] arr, int target) { for (int i = 0; i < arr.length; i++) { if (arr[i] == target) { return i; } } return -1; } 
int[] arr = {1, 2, 3, 10, 5, 6}; System.out.println(find(arr, 10)); // 3 System.out.println(find(arr, 8)); // -1

-1 不是合法下标，适合表示未找到。它必须放在循环结束之后：当前元素不相等，不代表后面也没有。若目标出现多次，这个方法返回第一次出现的位置。

5.2 二分查找：每次排除一半范围

前提：数组已经有序。下面的代码只适用于升序数组。 升序指元素从小到大排列，允许相等；降序则相反。

用 left、right 表示待查找范围的左右边界，两端都包含在范围内。取中间下标 mid：

  • 目标小于 arr[mid]：目标只可能在左半边，令 right = mid - 1。
  • 目标大于 arr[mid]：目标只可能在右半边，令 left = mid + 1。
  • 相等：返回 mid。 
public static int binarySearch(int[] arr, int target) { int left = 0; int right = arr.length - 1; while (left <= right) { int mid = left + (right - left) / 2; if (target < arr[mid]) { right = mid - 1; } else if (target > arr[mid]) { left = mid + 1; } else { return mid; } } return -1; }

例如，在 {1, 2, 3, 4, 5, 6} 中查找 6：

轮次 left right mid 比较与下一步
1 0 5 2 6 > 3，令 left = 3
2 3 5 4 6 > 5，令 left = 5
3 5 5 5 6 == 6，返回下标 5

三个边界要理解：

  1. left == right 时还有一个元素没检查，所以循环条件是 <=。
  2. 中间元素已经比较过，下一轮必须排除它，因此使用 mid - 1 或 mid + 1。
  3. left > right 表示范围为空，才确定未找到。

left + (right - left) / 2 能避免直接计算 left + right 可能造成的整数溢出。每轮约缩小一半范围，对 10000 个元素最多约需比较 14 次。若有重复目标值，这个实现不保证返回第一次出现的位置。

5.3 冒泡排序：把较大的元素逐步换到右边

按升序排序时，从左到右比较相邻元素；前面的更大就交换。一趟结束后，尚未排好部分的最大值会到达该部分最右端。

以 {9, 5, 2, 7} 的第一趟为例：

[9, 5, 2, 7] 交换 9 和 5 → [5, 9, 2, 7] 交换 9 和 2 → [5, 2, 9, 7] 交换 9 和 7 → [5, 2, 7, 9]

9 已到最终位置，下一趟只需处理前 3 个元素；第二趟后得到 [2, 5, 7, 9]。

public static void bubbleSort(int[] arr) { 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; } } } }
  • i 表示已经完成的趟数，最多需要 长度 - 1 趟。
  • 每完成一趟，右侧多一个已就位的元素，因此内层范围减去 i。
  • 内层要访问 arr[j + 1]，所以条件为 j < arr.length - 1 - i。
  • 交换时用 temp 暂存原值，避免赋值覆盖后丢失数据。
  • 若要降序，将比较条件改为 arr[j] < arr[j + 1]。

调用后，原数组会直接改变：

int[] arr = {9, 5, 2, 7}; bubbleSort(arr); System.out.println(Arrays.toString(arr)); // [2, 5, 7, 9]

冒泡排序便于理解，但效率较低。需要排序时，可以使用工具方法：

int[] arr = {9, 5, 2, 7}; Arrays.sort(arr); // 直接把原 int 数组按升序排列 System.out.println(Arrays.toString(arr)); // [2, 5, 7, 9]

Arrays.sort 的内部排序算法留到后续学习，本章掌握调用方式即可。

5.4 数组逆序：两端向中间交换

逆序是把原来的先后顺序颠倒，不等于降序排序。例如，{3, 1, 2} 逆序后是 {2, 1, 3}。

public static void reverse(int[] arr) { int left = 0; int right = arr.length - 1; while (left < right) { int temp = arr[left]; arr[left] = arr[right]; arr[right] = temp; left++; right--; } }

例如，{1, 2, 3, 4} 先交换首尾，得到 {4, 2, 3, 1}，再交换中间两个元素，得到 {4, 3, 2, 1}。

每次交换后两端各向中间移动一步。相遇时是同一个元素，无需交换，因此条件为 left < right。

6. 二维数组：数组的元素也是数组引用

6.1 创建、访问与长度

二维数组可以按“行、列”理解，但本质是：外层数组的每个元素，保存着一个一维数组的引用。

int[][] a = new int[2][3]; // 2 行，每行 3 个 int，初始值均为 0

也可以直接给出数据：

int[][] a = { {1, 2, 3}, {4, 5, 6} };

完整写法可以使用 new int[][]{{1, 2, 3}, {4, 5, 6}}，但不能写成 new int[2][3]{{...}, {...}}。

System.out.println(a[0][1]); // 2：第 1 行、第 2 列 a[1][2] = 99; System.out.println(a[1][2]); // 99 System.out.println(a.length); // 2：外层长度，即行数 System.out.println(a[0].length); // 3：第 0 行的长度

a[row][col] 可以分两步看：先由 a[row] 找到这一行的数组，再用 [col] 取出该行中的元素。行下标和列下标都从 0 开始，都不能越界。

6.2 遍历二维数组

外层循环遍历行，内层循环遍历当前行的元素：

int[][] a Source：https://dev.to/homlander_7c7851e210d2a/java-shu-zu-de-ding-yi-yu-shi-yong-4fgp
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