day04_java基础

课程目标

1. 【掌握】 IDEA的基本使用
2. 【理解】 什么是数组
3. 【掌握】 数组的定义及初始化
4. 【理解】 数组的内存图
6. 【理解】 数组常见的问题
7. 【掌握】 数组的案例
8. 【理解】 二维数组

开发工具

IDEA开发工具

参见：IDEA工具安装详解.doc

一维数组

什么是数组

数组就是存储数据长度固定的容器，存储多个数据的数据类型要一致。

总结：存放数据，长度和类型是固定的

数组定义格式

格式一

数据类型[] 数组名;

示例：

int[] arr;        
double[] arr;      
char[] arr;

格式二

数据类型 数组名[];

示例：

int arr[];
double arr[];
char arr[];

数组初始化

数组动态初始化

什么是动态初始化

数组动态初始化就是只给定数组的长度，由系统给出默认初始化值

动态初始化格式
数据类型[] 数组名 = new 数据类型[数组长度];

int[] arr = new int[3];

System.out.println(arr);//[I@1540e19d

//访问数组元素格式
System.out.println(arr[0]);//0
System.out.println(arr[1]);//0
System.out.println(arr[2]);//0
动态初始化格式详解
  • 等号左边

    • int:数组的数据类型

    • []:代表这是一个数组

    • arr:代表数组的名称

  • 等号右边

    • new:为数组开辟内存空间

    • int:数组的数据类型

    • []:代表这是一个数组

    • 3:代表数组的长度

数组静态初始化

什么是静态初始化

在创建数组时，直接将元素确定,由系统计算出数组的长度

静态初始化格式
  • 完整版格式
    数据类型[] 数组名 = new 数据类型[]{元素1,元素2,...};
  • 简化版格式
    数据类型[] 数组名 = {元素1,元素2,...};
示例代码
public class ArrayDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //定义数组
        int[] arr = {1, 2, 3};

        //输出数组名
        System.out.println(arr);

        //输出数组中的元素
        System.out.println(arr[0]);//1
        System.out.println(arr[1]);//2
        System.out.println(arr[2]);//3
    }
}

数组元素访问

什么是索引

每一个存储到数组的元素，都会自动的拥有一个编号，从0开始。
这个自动编号称为数组索引(index)，可以通过数组的索引访问到数组中的元素。

访问数组元素格式

数组名[索引];

示例代码

public class ArrayDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[3];

        //输出数组名
        System.out.println(arr); //[I@880ec60

        //输出数组中的元素
        System.out.println(arr[0]);
        System.out.println(arr[1]);
        System.out.println(arr[2]);
    }
}

内存分配

内存概述

内存是计算机中的重要原件，临时存储区域，作用是运行程序。
我们编写的程序是存放在硬盘中的，在硬盘中的程序是不会运行的。
必须放进内存中才能运行，运行完毕后会清空内存。 
Java虚拟机要运行程序，必须要对内存进行空间的分配和管理。

java中的内存分配

目前我们只需要记住两个内存，分别是：栈内存和堆内存

区域名称 作用
寄存器 给CPU使用，和我们开发无关。
本地方法栈 JVM在使用操作系统功能的时候使用，和我们开发无关。
方法区 存储可以运行的class文件。
堆内存 存储对象或者数组，new来创建的，都存储在堆内存。
方法栈 方法运行时使用的内存，比如main方法运行，进入方法栈中执行，局部变量都在栈内存中。

数组内存图

单个数组的内存图

image-20201106062531225

多个数组的内存图

image-20201106062609240

多个数组指向相同内存图

image-20201106062647124

数组操作的两个常见小问题

索引越界异常
  • 出现原因
    public class ArrayDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[3];
        System.out.println(arr[3]);
    }
}

    数组长度为3，索引范围是0~2，但是我们却访问了一个3的索引。

    程序运行后，将会抛出ArrayIndexOutOfBoundsException 数组越界异常。在开发中，数组的越界异常是不能出现的，一旦出现了，就必须要修改我们编写的代码。

  • 解决方案

    将错误的索引修改为正确的索引范围即可！

空指针异常
  • 出现原因
    public class ArrayDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[3];

        //把null赋值给数组
        arr = null;
        System.out.println(arr[0]);
    }
}

    arr = null 这行代码，意味着变量arr将不会在保存数组的内存地址，也就不允许再操作数组了，因此运行的时候会抛出 NullPointerException 空指针异常。在开发中，数组的越界异常是不能出现的，一旦出现了，就必须要修改我们编写的代码。

  • 解决方案

    给数组一个真正的堆内存空间引用即可！

数组案例

数组遍历

就是将数组中的每个元素分别获取出来，就是遍历。遍历也是数组操作中的基石。

public class ArrayTest01 {
	public static void main(String[] args) {
		int[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5 };
		System.out.println(arr[0]);
		System.out.println(arr[1]);
		System.out.println(arr[2]);
		System.out.println(arr[3]);
		System.out.println(arr[4]);
	}
}

以上代码是可以将数组中每个元素全部遍历出来，但是如果数组元素非常多，这种写法肯定不行，因此我们需要改造成循环的写法。数组的索引是 0 到 lenght-1 ，可以作为循环的条件出现。

public class ArrayTest01 {
    public static void main(String[] args) {
        //定义数组
        int[] arr = {11, 22, 33, 44, 55};

        //使用通用的遍历格式
        for(int x=0; x<arr.length; x++) {
            System.out.println(arr[x]);
        }
    }
}

数组最值

数组最值就是从数组的所有元素中找出最大值或最小值

实现思路
  • 定义变量，保存数组0索引上的元素
  • 遍历数组，获取出数组中的每个元素
  • 将遍历到的元素和保存数组0索引上值的变量进行比较
  • 如果数组元素的值大于了变量的值，变量记录住新的值
  • 数组循环遍历结束，变量保存的就是数组中的最大值

image-20201106063132700

代码实现
public class ArrayTest02 {
    public static void main(String[] args) {
        //定义数组
        int[] arr = {12, 45, 98, 73, 60};

        //定义一个变量，用于保存最大值
        //取数组中第一个数据作为变量的初始值
        int max = arr[0];

        //与数组中剩余的数据逐个比对，每次比对将最大值保存到变量中
        for(int x=1; x<arr.length; x++) {
            if(arr[x] > max) {
                max = arr[x];
            }
        }

        //循环结束后打印变量的值
        System.out.println("max:" + max);

    }
}

数组元素反转

数组中的元素颠倒顺序，例如原始数组为1,2,3,4,5，反转后的数组为5,4,3,2,1

实现思路
分析： 
把0索引和arr.length-1 交换 
把1索引和arr.length-2 交换 
把2索引和arr.length-3 交换
只要做到arr.length/2 即可 ，只做一半，不然又调回来了
代码实现
public static void main(String[] args) {
    int[] arr = {1,2,3,4,5};
    /*
		// 第一次交换
		int temp = arr[0];
		arr[0] = arr[arr.length - 1];// 把0索引和length-1 交换
		arr[arr.length - 1] = temp;// 最前面和最后面的进行交换

		// 第二次交换
		int temp2 = arr[1];
		arr[1] = arr[arr.length - 1 - 1];
		arr[arr.length - 1 - 1] = temp2;

		// 第三次交换
		int temp3 = arr[2];
		arr[2] = arr[arr.length - 1 - 2];
		arr[arr.length - 1 - 2] = temp3;
		
		//第n次交换。。。。
	*/
    
		//用循环改进
		for(int x=0;x<arr.length/2;x++){
			int temp = arr[x];
			arr[x] = arr[arr.length - 1 - x];
			arr[arr.length - 1 - x] = temp;
		}

    // 反转后，遍历数组
    System.out.print("[");
    for(int x=0;x<arr.length;x++){
        if(x == arr.length-1){
            System.out.println(arr[x]);
        }else{
            System.out.print(arr[x]+",");
        }
    }
    System.out.println("]");

}

二维数组

什么是二维数组

二维数组其实就是这个二维数组中有多少个一维数组，每一个一维数组有自己的元素

二维数组格式

格式一

数据类型[][] 变量名 = new 数据类型[m][n];
  • 格式解释
    • m表示这个二维数组有多少个一维数组
    • n表示每一个一维数组的元素个数
  • 举例
             public static void main(String[] args) {
        //格式一：数据类型[][] 数组名 =  new 数据类型[m][n];
        int[][] arr = new int[3][2];

        System.out.println(arr);//[[I@1540e19d

        //这个二维数组中有3个一维数组，每一个一维数组有2个元素
        //三个一维数组是地址值
        System.out.println(arr[0]);//[I@677327b6
        System.out.println(arr[1]);//[I@14ae5a5
        System.out.println(arr[2]);//[I@7f31245a

        System.out.println("=======================");

        //找第一个一维数组的元素
        System.out.println(arr[0][0]);
        System.out.println(arr[0][1]);

        //找的第三个一维数组的元素
        System.out.println(arr[2][0]);
        System.out.println(arr[2][1]);

        System.out.println("====================");

        //可以对其进行赋值
        arr[0][0] = 100;
        arr[2][1] = 200;
        System.out.println(arr[0][0]);
        System.out.println(arr[0][1]);
        System.out.println(arr[2][1]);
    }

格式二

数据类型[][] 变量名 = new 数据类型[m][];
  • 格式解释
    • m表示这个二维数组有多少个一维数组
    • 这一次没有直接给出一维数组的元素个数，可以动态的给出
  • 举例
     public static void main(String[] args) {
        //二维数组中有3个一维数组，每个一维组的长度是动态的
        int[][] arr = new int[3][];

        System.out.println(arr);//[[I@1540e19d

        System.out.println(arr[0]);//null
        System.out.println(arr[1]);//null
        System.out.println(arr[2]);//null

        //如何给出一维数组的元素呢？
        arr[0] = new int[2];
        arr[1] = new int[1];
        arr[2] = new int[3];

        System.out.println(arr[0]);//[I@677327b6
        System.out.println(arr[1]);//[I@14ae5a5
        System.out.println(arr[2]);//[I@7f31245a

        System.out.println("======================");

        //我们动态的给出的每一个一维组的长度，那如何赋值呢？
        System.out.println(arr[0][0]);//0
        System.out.println(arr[0][1]);//0

        arr[0][0] = 100;
        arr[0][1] = 200;

        System.out.println(arr[0][0]);//100
        System.out.println(arr[0][1]);//200
    }

格式三

标准版：
	数据类型[][] 变量名 = new 数据类型[][]{{元素…},{元素…},{元素…}};
简化版：
	数据类型[][] 变量名 = {{元素…},{元素…},{元素…}};
  • 举例
    int[][] arr = {{1,2,3},{4,5},{6,7,8}};

//如何获取元素？ System.out.println(arr[1][1]);//5 System.out.println(arr[2][0]);//6

//如何对其元素进行赋值 arr[0][1] = 88;

System.out.println(arr[0][0]); System.out.println(arr[0][1]); System.out.println(arr[0][2]);

二维数组遍历

  • 案例代码

    
public class ArrayCase {
    public static void main(String[] args) {
       
        // 定义二维数组
        int[][] arr = {{22, 66, 44}, {77, 33, 88}, {25, 45, 65}};

        //遍历第一个一维数组
        for(int x =0; x<arr[0].length; x++){
            System.out.println(arr[0][x]);
        }
        System.out.println("=====================");

        //遍历第二个一维数组
        for(int x =0; x<arr[1].length; x++){
            System.out.println(arr[1][x]);
        }
        System.out.println("=====================");

        //遍历第三个一维数组
        for(int x =0; x<arr[2].length; x++){
            System.out.println(arr[2][x]);
        }
        System.out.println("=====================");

        //用户循环改进y
        for (int y = 0; y <arr.length ; y++) {
            for(int x =0; x<arr[y].length; x++){
                System.out.println(arr[y][x]);
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

1. 数组的排序和查找

冒泡排序

<img src="assets/image-20220707135603427.png" alt="image-20220707135603427" />

/*
 * 数组之冒泡排序
 *      相邻元素两两比较，大的往后放，第一次完毕，最大值出现在最大索引位置
 */
public class maobao {

	public static void main(String[] args) {
        int[] arr = { 24, 67, 80, 57, 13 };
        /*
            第一次比较
                arr.length -1: 因为是两两比较，最后一个没有元素比较所有-1
         */
        for(int x = 0; x< arr.length -1 -0; x++){
            if(arr[x] > arr[x+1]){
               int temp = arr[x];
                arr[x]  = arr[x+1];
                arr[x+1] = temp;
            }
        }
        /*
            第二次比较
                arr.length -1-2：因为每一次比较都是把最大值放在最大索引处，减少最后元素也是最大索引比较
         */
        for(int x = 0; x< arr.length -1-1; x++){
            if(arr[x] > arr[x+1]){
                int temp = arr[x];
                arr[x]  = arr[x+1];
                arr[x+1] = temp;
            }
        }
        //第三次比较
        for(int x = 0; x< arr.length -1-2; x++){
            if(arr[x] > arr[x+1]){
                int temp = arr[x];
                arr[x]  = arr[x+1];
                arr[x+1] = temp;
            }
        }

        //第四次比较
        for(int x = 0; x< arr.length -1-3; x++){
            if(arr[x] > arr[x+1]){
                int temp = arr[x];
                arr[x]  = arr[x+1];
                arr[x+1] = temp;
            }
        }

        System.out.println("=============以上比较了4次=============");

        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            for(int x = 0; x< arr.length -1- i; x++){
                if(arr[x] > arr[x+1]){
                    int temp = arr[x];
                    arr[x]  = arr[x+1];
                    arr[x+1] = temp;
                }
            }
        }

        System.out.println("===========今后比较多少次未知===============");
        for (int i = 0; i < arr.length -1; i++) {
            for(int x = 0; x< arr.length -1- i; x++){
                if(arr[x] > arr[x+1]){
                    int temp = arr[x];
                    arr[x]  = arr[x+1];
                    arr[x+1] = temp;
                }
            }
        }
        //实现遍历
        System.out.print("[");
        for (int x = 0; x < arr.length; x++) {
            if (x == arr.length - 1) {
                System.out.println(arr[x] + "]");
            } else {
                System.out.print(arr[x] + ",");
            }
        }

    }
}

选择排序

用第一个元素和每一个元素进行比较

image-20220707135734827

/**
 * 选择排序： 从0索引开始，依次和后面元素比较，小的放前面，第一次完毕，最小值出现在最小索引处
 */
public class ArrayDemo {
	public static void main(String[] args) {
        int[] arr = { 24, 69, 80, 57, 13 };
        /*// 第一次比较
        int x = 0; //代表第一个
        for(int y = x+1; y< arr.length; y++){ //代表后面的面的元素
            if(arr[y] < arr[x]){ //交换位置
                int temp = arr[x];
                arr[x] =  arr[y];
                arr[y] = temp;
            }
        }

        // 第二次比较
        x = 1; //代表第一个
        for(int y = x+1; y< arr.length; y++){ //代表后面的面的元素
            if(arr[y] < arr[x]){ //交换位置
                int temp = arr[x];
                arr[x] =  arr[y];
                arr[y] = temp;
            }
        }

        // 第三次比较
        x = 2; //代表第一个
        for(int y = x+1; y< arr.length; y++){ //代表后面的面的元素
            if(arr[y] < arr[x]){ //交换位置
                int temp = arr[x];
                arr[x] =  arr[y];
                arr[y] = temp;
            }
        }

        // 第四次比较
        x = 3; //代表第一个
        for(int y = x+1; y< arr.length; y++){ //代表后面的面的元素
            if(arr[y] < arr[x]){ //交换位置
                int temp = arr[x];
                arr[x] =  arr[y];
                arr[y] = temp;
            }
        }*/

        System.out.println("==============循环改进===============");
        
        for (int x = 0; x < arr.length -1; x++) {
            for (int y = x + 1; y < arr.length; y++) {
                if(arr[y] < arr[x]){
                    int temp = arr[y];
                    arr[y] = arr[x];
                    arr[x] = temp;
                }
            }
        }


        //遍历
        System.out.print("[");
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            if (i== arr.length - 1) {
                System.out.println(arr[i] + "]");
            } else {
                System.out.print(arr[i] + ",");
            }
        }
    }
}

13 69 20 80 57 24

13 20 69 80 57 24

二分查找

image-20220707174058910

/*
 * 二分查找：
 * 		前提：是一个有序的数组
 * 		理解：折半查找
 * 分析：
 * 		1：定义最大索引，最小索引
 * 		2：计算出中间索引
 * 		3：拿中间索引的值和要查找的值进行比较
 * 			相等：就直返回当前的索引
 * 			不相等：
 * 				大了：左边找
 * 				小了：右边找
 * 		4：重新计算出中间的索引
 * 			大   左边找
 * 				max = mid - 1;
 * 			小  右边找
 * 				min = mid + 1;
 *       5:回到2继续
 */
public class ArrayErFen {
    public static void main(String[] args) {
            int[] arr = { 11, 22, 33, 44, 55, 66, 77 };
            // 要查找的元素
            int value = 33;
            // 定义最大索引，最小索引
            int max = arr.length - 1, min = 0;

            // 计算出中间索引
            int mid = (max + min) / 2;

            // 拿中间索引的值和要查找的值进行比较
            while(arr[mid] != value && min<max){
                if(value < arr[mid]){
                    max = mid -1;
                }else if(value > arr[mid]){
                    min = mid + 1;
                }
                // 重新计算出中间索引
                mid = (max + min) / 2;
            }
             if(arr[mid]==val)
            	System.out.println("查找元素的索引是："+mid);
        	else
            	System.out.println("没有找到元素");
        }
}