一.单元概述
在Java语言中，有一种特殊的引用类型叫数组，它在概念上属于类的范畴，但处理的方式又与类和对象不完全相同，本章节主要重点介绍数组的定义和创建以及常见的应用。
二、教学重点与难点
（1） 一维数组；
（2） 数组的异常；
（3） 数组的操作。
难点：
（1） 多维数组的内存模型；
（2） 数组的复制和排序。
4.1一维数组
数组是相同类型的数据按照顺序组合后的一种引用类型。数组可以看成是多个相同类型数据的组合，实现对这些数据的统一管理。数组的长度一旦确定后就不能更改，因此它是一个固定长度的结构。数组结构中每个存储的数据叫数组元素，数组元素由索引来定位。索引（或叫数组下标）是指当前元素相对于第一个元素的位移，因此第一个元素的下标就是0，第二个元素的下标就是1，以此类推。
4.1.1数组的定义
数组声明的语法：
数据类型[] 数组名; 或者
数据类型 数组名[];
例如：char[] c; String strs[];
提示： 方括号“[]”既可以放在数据类型的后面，也可以放在数组名的后面，两者都可以标识一个数组的声明，但是第一种写法可读性更好些。
数组声明后，Java虚拟机就会给数组分配存储空间，情况如下图所示：
图4.1数组声明后的内存情况示意图
数组在声明后，但是没有创建前，并没有给它分配具体的内存空间，所以这个时候访问数组会出现NullPointerException异常。我们需要在访问数组前创建数组，确定数组的长度，以便能为数组分配内存空间。
4.1.2数组的创建
数组的长度在创建时指定，并且一旦指定就不能更改。创建数组有两种方式：
1.静态初始化
这种方式在声明的同时就直接初始化数组，同时也创建了数组空间。如：
int[] m = {3,75,234,41,16};
上面的语句运行后，就会创建一个数组m，这个数组的长度是5，他有5个元素，分别是3,75,234,41,16。
2.动态初始化
这种创建方式的语法是：
数组名 = new 数组类型[数组长度];
如：
char[] c = new char[128];
String[] strs = new String[10];
double[] incoming = new double[73];
数组有默认值，对于数字类型，默认值为0，对于字符型，默认值为‘\u0000’，对于布尔类型，默认值为false, 对于对象类型，默认值为null
图4.2数组创建后的内存情况示意图
4.1.3数组的内存模型
数组是存储多个相同类型数据的对象。数组的所有元素保存在堆内存中。 创建一个数组就是在堆中创建一个数组对象。数组创建后立即拥有默认值。索引从0开始。连续分配
例如：
int[ ] array ;
array = new int [4] ;
数组的内存模型如下图4.3所示。 
图4.3数组的内存模型示意图
4.1.4数组的初始化
数组的元素通过下标来标识，下标表示当前元素相对于第一个元素的位移，因此从0开始。比如name[0]就表示name数组的第1个元素，name[4]就表示name数组的第5个元素。其中方括号“[]”中的整数就是下标（又叫索引），要注意下标的范围从0~数组长度-1，如果访问超过范围的下标，就会发生ArrayIndexOutOfBoundsException下标越界异常。
数组的初始化的两种方式如下图4.4所示。
图4.4数组的初始化
例4.1 创建数组并初始化。
class Array_sample1 {public static void main(String args[]){int a[];a = new int[5];for(int i=0;i<5;i++){a[i] = i+1;}}}
赋值后数组元素的值分别是1,2,3,4,5。
4.1.5数组元素的访问
数组元素的访问需要根据数组名和下标共同实现，格式如下图4.5所示。 数组名[元素下标] = 元素值；
图4.5数组的赋值
例4.2 数组元素的访问。
public class Array_sample2 {public static void main(String args[]){int num1[] = new int[5];num1[0] = 32; //每个元素单独初始化num1[1] = 543;num1[2] = 17;num1[3] = 8;num1[4] = 95;int num2[] = new int[10];for(int i=0;i<10;i++){ //采用循环方式初始化num2[i] = i+1;}System.out.println("第一个数组：");for(int j=0;j<num1.length;j++){ //采用循环方式输出数组的所有元素System.out.print(num1[j] +" ");}System.out.println();System.out.println("第二个数组：");for(int x=0;x<num2.length;x++){System.out.print(num2[x] +" ");}}}
运行结果如下图4.6所示。
图4.6数组的赋值
4.1.6数组的属性
数组是引用类型，具有属性，常用的数组属性就是数组的长度length，在使用时需注意：
–数组的长度(length)必须>=0；
–length为只读。
–利用length遍历数组
例4.3 求数组最大值、最小值和平均值。
class ArrayMax {public static void main(String args[]){int a[] = {1,-12,33};int sum = a[0];int max = a[0];int min = a[0];for(int i=1;i<a.length;i++){sum = sum+a[i];if(a[i]>max){max = a[i];}if(a[i]<min){min = a[i];}}double ave = (double)sum/3;System.out.println("平均值"+ave);System.out.println("最大值"+max);System.out.println("最小值"+min);}}
运行结果如下图4.7所示。
图4.7数组的赋值
例4.4 数组应用例题。
假设队列中共有500人，每次从1开始数，数到3的人出队，下一个人接着从1开始数，编写程序找到最后剩下的人是哪一个。
public class Count3Quit {public static void main(String args[]) {// 用布尔值来标识每个人是否出队 出队为false，未出队为true 并将每个人的初始值都赋为trueboolean a[] = new boolean[500];for (int i = 0; i < a.length; i++) {a[i] = true;}/*leftNum:未出队的人数 countNum:取值为1、2、3， 每次从1开始数，数到3的人出队，下一个人接着从1开始数index：数数的人的编号，取值范围0~500*/int leftNum = a.length;int countNum = 0;int index = 0;// 循环数数，直到只剩下一个人，即leftNum的值为1while (leftNum > 1) {if (a[index] == true) {countNum++;if (countNum == 3) {countNum = 0;a[index] = false;leftNum--;}}index++;// 如果数到第500个人，index回0，又从第1个人开始数if (index == a.length) {index = 0;}}//循环遍历每个数数的人，找到值为true的并输出for (int i = 0; i < a.length; i++) {if (a[i] == true)System.out.println("最后剩下的人是第" + (i + 1) + "的人");}}}
运行结果如下图4.8所示。
图4.8 Count3Quit运行结果
4.1.7数组的异常
应用数组时会出现两种异常，一种是空指针异常，类名为java.lang.NullPointerException，没有创建而直接使用数组时会产生该异常，另外一种是数组下标越界异常，类名是 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException，访问数组时的下标超出数组的最大下标时产生该异常。
例4.5 数组空指针异常。
public class Array_exception1 {public static void main(String args[]){int a[] = null ;a [0] = 1 ;System.out.println(a[0]);}}
运行结果如下图4.9所示。 
图4.9数组的空指针异常
上题中，定义数组a之后，没有创建数组，而是直接给数组中的第一个元素a[0]进行了赋值，所以导致出现空指针异常。
例4.6 数组下标越界异常。
class Array_exception2 {public static void main(String args[]) {// int a[]={1,2,3};int a[] = new int[3];a[0] = 1;a[1] = 2;a[2] = 3;a[3] = 4;System.out.println(a[3]);}}
运行结果如下图4.10所示。 
图4.10数组的异常 上例子数组中共计3个元素，最大下标应该是2，因此当访问a[3]时，出现异常。
4.2 数组的排序和查找
4.2.1 数组的排序
冒泡排序（BubbleSort）的基本概念是：依次比较相邻的两个数，将小数放在前面，大数放在后面。即在第一趟：首先比较第1个和第2个数，将小数放前，大数放后。然后比较第2个数和第3个数，将小数放前，大数放后，如此继续，直至比较最后两个数，将小数放前，大数放后。
冒泡排序流程至此第一趟结束，将最大的数放到了最后。在第二趟：仍从第一对数开始比较（因为可能由于第2个数和第3个数的交换，使得第1个数不再小于第2个数），将小数放前，大数放后，一直比较到倒数第二个数（倒数第一的位置上已经是最大的），第二趟结束，在倒数第二的位置上得到一个新的最大数（其实在整个数列中是第二大的数）。如此下去，重复以上过程，直至最终完成排序。
例4.7 冒泡排序。
public class Array_BubbleSort {public static void main(String[] args) {int[] arr = {9,8,5,4,2,0};/** 趟i: 1,2,3,... arr.length-1** 每趟次数 j： i=1 j=5(0,1,2,3,4)* i=2 j=4(0,1,2,3)* i=3 j=3** j=arr.length-i-1** */for(int i=1;i<arr.length;i++)//趟{for(int j=0;j<arr.length-i;j++)//次{if(arr[j]>arr[j+1]){//交换位置int tmp = arr[j];arr[j]=arr[j+1];arr[j+1]=tmp;}}}//打印数组for(int i=0; i<arr.length;i++){System.out.println(arr[i]);}}}
4.2.1 数组的查找
二分查找的前提是需要查找的数组必须是已排序的，这里实现默认前提为升序。查找时将数组分为三部分，依次是中值（所谓的中值就是数组中间位置的那个值）前，中值，中值后；将要查找的值和数组中的值进行比较，若小于中值则在中值前面找，若大于中值则在中值后面找，等于中值时直接返回。从描述上就可以看出这个算法适合用循环来实现。
例4.8 数组二分查找。
public class BinarySearch {public static void main(String[] args) {int[] sort = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };int key = 6;// 需要查找的值int locale = -1;// 记录 查找位置的变量int low = 0;int high = sort.length - 1;while (high >= low) {int mid = (low + high) / 2;if (key < sort[mid])high = mid - 1;else if (key == sort[mid]) {locale = mid;break;} elselow = mid + 1;}if (locale == -1)System.out.println("数组中不存在元素" + key);elseSystem.out.println("元素" + key + "在数组中的下标是" + locale);}}
程序运行结果如下图4.12所示。
图4.12二分查找法的程序运行结果
4.3数组的操作
4.3.1数组的复制
Java中的数组的复制使用System.arraycopy方法就可以实现，System.arraycopy所带参数如下所示： System.arraycopy(source,srcPos,dest,destPos,length)
复制source数组中从下标srcPos开始的length个元素到目标数组dest，并从目标数组的下标为destPos的位置开始储存 ，其中各个参数的含义如下：
@source： 源数组 srcPos： 源数组中的起始位置
@dest： 目标数组
@destPos：目标数组中的起始位置
@length： 要复制的数组元素的个数
例4.9 数组的复制。
复制数组{1,2,3,4,5}中从下标0开始的5个元素到目标数组{6,7,8,9,10,11,12,13,14,15}，并从目标数组的下标为0的位置开始储存
class Array_copy {public static void main(String args[]) {int aa[] = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };int bb[] = new int[] { 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 };System.arraycopy(aa, 0, bb, 0, 5);for (int i = 0; i < aa.length; i++) {System.out.print(aa[i] + " ");}System.out.println();for (int j = 0; j < bb.length; j++) {System.out.print(bb[j] + " ");}System.out.println();}}
运行结果如下图4.20所示。
图4.20 Array_copy的运行结果
Arrays.sort(数组名)为数组排序的操作,但这个方法在 java.util 这个包里面,所以在用到的时候需要先将它导入。Arrays.sort方法有两种常用方式，具体参数如下：Arrays.sort(arr_name)Arrays.sort(arr_name,fromIndex,toIndex)
其中：
arr_name：数组名称fromIndex：排序的起始下标toIndex：排序的终止下标
4.3.2数组的复制
例4.10 数组的排序。
class ArraySort_sample {public static void main(String args[]){int[ ] point = {1,6,2,3,9,4,5,7,8};Arrays.sort(point);for(int i=0;i<point.length;i++){System.out.print(point[i]+" ");}}}
运行结果如下图4.21所示。
图**4.21 ArraySort_sample的运行结果
【总结与提示】**
1. 数组里只能存储相同类型的数据；2. 数组的长度一旦创建便不能改变；3. 声明数组时，方括号“[]”既可以放在数据类型的后面，也可以放在数组名的后面；4. 数组的下标从0开始。
4.4.多维数组
前面讲的是一维数组。如果一维数组中的每一个元素也是一个数组，那么就是二维数组。以此类推，还可以有多维数组。
例4.11 创建以下二维数组。
int[][] num = new int[3][4];//给二维数组赋值for(int i=0;i<num.length;i++){for(int j=0;j<num[i].length;j++){num[i][j] = i+j;}}//遍历二维数组for(int i=0;i<num.length;i++){for(int j=0;j<num[i].length;j++){System.out.print(num[i][j] + " ");}System.out.println();}
例4.12 查找二维整型数组中的最大数及其位置。
public class MulArrayMax2 {public static void main(String args[]) {int array[][] = { { 23, 2, 64, 16 }, { 35, 56, 97, 28 },{ 29, 10, 81, 12 } };int max = 0;int x = 0;int y = 0;for (int i = 0; i < array.length; i++) {for (int j = 0; j < array[i].length; j++) {if (array[i][j] > max) {max = array[i][j];x = i + 1;y = j + 1;}}}System.out.println("该二维数组中最大值是:" + max);System.out.println("位置是第" + x + "行，第" + y + "列");}}
运行结果如下图4.19所示。
图4.19 MulArrayMax2的运行结果
例4.13 求最高分和学号。
public static void main(String[] args) {// 求最高分及对应的学号int[][] scores= {{10,88},{20,98},{30,89},{40,66},{50,77}};int max = scores[0][1];int no = scores[0][0];for(int i=1; i<scores.length;i++){if(scores[i][1]>max){max=scores[i][1];no=scores[i][0];}}System.out.println(max);System.out.println(no);}
4.5.课后作业
（一） 选择题
1. 创建二维数组a[3][4]后，a[0].length的值应该等于
A.0
B.2
C.3
D.4
2. 下列对长度为4的数组a的定义中，正确的是
A.int[4] a=new int[];
B.int a[]=new int[5];
C.int a[]={2,4,2,1};
D.int[4] a=new int[4];
3. 创建二维数组a[3][4]后，a.length的值应该等于
A.0
B.2
C.3
D.4
4. 下列关于数组的使用，不正确的是
A.数组长度定义后不可以修改;
B.数组中只能存放同类型数据;
C.数组下标范围从0开始最大到数组长度;
D.数组中可以存放普通数据也可以存对象;
（二）简答题
1.写出程序的运行结果。
public class ClassX {public static void main(String[] args) {int a[]={45,18,98,56,304};for(int i=a.length-1;i>=0;i--)System.out.println(a[i]);}}
2.写出程序的运行结果。
public class ABC {public static void main(String[] args) {int i,j;int a[]={9,27,10,1,49};for(i=0;i<a.length-1;i++){int k=i;for(j=i;j<a.length;j++)if(a[j]>a[k]) k=j;int temp=a[i];a[i]=a[k];a[k]=temp;}for(i=0;i<a.length;i++)System.out.println(a[i]+"");System.out.println();}}
3.阅读下列程序，写出程序的运行结果。
public class abc{public static void main(String args[ ]){int i , s = 0 ;int a[ ] = { 10 , 20 , 30 , 40 , 50 , 60 , 70 , 80 , 90 };for ( i = 0 ; i < a.length ; i ++ ){if ( a[i]%3 == 0 )s += a[i] ;}System.out.println("s="+s);}}
（三）编程题
1、编写一个简单程序，要求数组长度为5，分别赋值10，20，30，40，50，在控制台输出该数组的值。
2、将一个字符数组的值（neusofteducation）拷贝到另一个字符数组中。
3、给定一个有9个整数（1,6,2,3,9,4,5,7,8）的数组，先排序，然后输出排序后的数组的值。
4、输出一个double型二维数组（长度分别为5、4，值自己设定）的值。
5、在一个有8个整数（18，25，7，36，13，2，89，63）的数组中找出其中最大的数及其下标。
6、将一个数组中的元素逆序存放。
7、将一个数组中的重复元素保留一个其他的清零。
8、给定一维数组{ -10，2，3，246，-100，0，5} ，计算出数组中的平均值、最大值、最小值。
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