五、数组（阶段二）

数组（array）是一种最简单的复合数据类型，它是有序数据的集合，数组中的每个元素具有相同的数据类型，可以用一个统一的数组名和不同的下标来确定数组中唯一的元素。根据数组的维度，可以将其分为一维数组、二维数组和多维数组等。

在计算机语言中数组是非常重要的集合类型，大部分计算机语言中数组具有如下三个基本特性：

1.  一致性：数组只能保存相同数据类型元素，元素的数据类型可以是任何相同的数据类型。
2. 有序性：数组中的元素是有序的，通过下标访问。
3. 不可变性：数组一旦初始化，则长度（数组中元素的个数）不可变。

总的来说，数组具有以下特点：

• 数组可以是一维数组、二维数组或多维数组。
• 数值数组元素的默认值为 0，而引用元素的默认值为 null。
• 数组的索引从 0 开始，如果数组有 n 个元素，那么数组的索引是从 0 到（n-1）。
• 数组元素可以是任何类型，包括数组类型。
• 数组类型是从抽象基类 Array 派生的引用类型。

注意：如果你熟悉 C/C++，请注意，Java 数组的工作原理与它们不同。

在 Java 中数组的下标是从零开始的，很多计算机语言的数组下标也从零开始。Java 数组下标访问运算符是中括号，如 intArray[0]，表示访问 intArray 数组的第一个元素，0 是第一个元素的下标。Java 中的数组本身是引用数据类型，它的长度属性是 length。

一、一维数组

当数组中每个元素都只带有一个下标时，这种数组就是“一维数组”。一维数组（one-dimensional array）实质上是一组相同类型数据的线性集合，是数组中最简单的一种数组。

数组是引用数据类型，引用数据类型在使用之前一定要做两件事情：声明和初始化。所以本文将重点介绍一维数组的创建、初始化和使用。

创建一维数组

为了在程序中使用一个数组，必须声明一个引用该数组的变量，并指明整个变量可以引用的数组类型。声明一维数组的语法格式为：

type[] arrayName;    // 数据类型[] 数组名;

或者

type arrayName[];    // 数据类型 数组名[];

可见数组的声明有两种形式：一种是中括号”[]“跟在元素数据类型之后，另一种是中括号”[]“跟在变量名之后。

对于以上两种语法格式而言，Java 更推荐采用第一种声明格式，因为第一种格式不仅具有更好的语意，而且具有更好的可读性。对于第一种格式type[] arrayName，很容易理解这是定义一个变量，其中变量名是 arrayName，而变量类型是 type[]。

前面已经指出：type[] 确实是一种新类型，与 type 类型完全不同（例如 int 类型是基本类型，但 int[] 是引用类型）。因此，这种方式既容易理解，也符合定义变量的语法。但第二种格式type arrayName[]的可读性就差了，看起来好像定义了一个类型为 type 的变量，而变量名是 arrayName[]，这与真实的含义相去甚远。

可能有些读者非常喜欢type arrayName[]这种定义数组的方式，这可能是因为早期某些计算机读物的误导，从现在开始最好就不要再使用这种糟糕的方式了。

提示：Java 的模仿者 C# 就不再支持type arrayName[]这种语法，它只支持第一种定义数组的语法。越来越多的语言不再支持type arrayName[]这种数组定义语法。

以上两种格式都可以声明一个数组，其中的数据类型既可以是基本数据类型，也可以是引用数据类型。数组名可以是任意合法的变量名。声明数组就是要告诉计算机该数组中数据的类型是什么。例如：

int[] score;    // 存储学生的成绩，类型为整型
double[] price;    // 存储商品的价格，类型为浮点型
String[] name;    // 存储商品名称，类型为字符串型

在声明数组时不需要规定数组的长度，例如：

int score[10];    // 这是错误的

注意：在声明数组变量时千万不要漏写[]。

分配空间

声明了数组，只是得到了一个存放数组的变量，并没有为数组元素分配内存空间，不能使用。因此要为数组分配内存空间，这样数组的每一个元素才有一个空间进行存储。

简单地说，分配空间就是要告诉计算机在内存中为它分配几个连续的位置来存储数据。在 Java 中可以使用 new 关键字来给数组分配空间。分配空间的语法格式如下：

arrayName = new type[size];    // 数组名 = new 数据类型[数组长度];

其中，数组长度就是数组中能存放的元素个数，显然应该为大于 0 的整数，例如：

score = new int[10];
price = new double[30];
name = new String[20];

这里的 score 是已经声明过的 int[] 类型的变量，当然也可以在声明数组时就给它分配空间，语法格式如下：

type[] arrayName = new type[size];    // 数据类型[] 数组名 = new 数据类型[数组长度];

例 1

例如，声明并分配一个长度为 5 的 int 类型数组 arr，代码如下：

int[] arr = new int[5];

执行后 arr 数组在内存中的格式如图 1 所示。

 在图 1 中 arr 为数组名称，方括号“[]”中的值为数组的下标。数组通过下标来区分数组中不同的元素，并且下标是从 0 开始的。因此这里包含 5 个元素的 arr 数组最大下标为 4。

注意：一旦声明了数组的大小，就不能再修改。这里的数组长度也是必需的，不能少。

尽管数组可以存储一组基本数据类型的元素，但是数组整体属于引用数据类型。当声明一个数组变量时，其实是创建了一个类型为“数据类型[]”（如 int[]、double[]、String[]）的数组对象，它具有表 1 所示的方法和属性。

初始化一维数组

Java 语言中数组必须先初始化，然后才可以使用。所谓初始化，就是为数组的数组元素分配内存空间，并为每个数组元素赋初始值。

能不能只分配内存空间，不赋初始值呢？

不行，一旦为数组的每个数组元素分配了内存空间，每个内存空间里存储的内容就是该数组元素的值，即使这个内存空间存储的内容为空，这个空也是一个值（null）。不管以哪种方式来初始化数组，只要为数组元素分配了内存空间，数组元素就具有了初始值。初始值的获得有两种形式，一种由系统自动分配，另一种由程序员指定。

数组在初始化数组的同时，可以指定数组的大小，也可以分别初始化数组中的每一个元素。在 Java 语言中，初始化数组有以下 3 种方式。

1）使用 new 指定数组大小后进行初始化

使用 new 关键字创建数组，在创建时指定数组的大小。语法如下：

type[] arrayName = new int[size

创建数组之后，元素的值并不确定，需要为每一个数组的元素进行赋值，其下标从 0 开始。

例 2

创建包含 5 个元素的 int 类型的数组，然后分别将元素的值设置为 1、2、3、5 和 8。代码如下：

int[] number = new int[5];
number[0] = 1;
number[1] = 2;
number[2] = 3;
number[3] = 5;
number[4] = 8;

如果程序员只指定了数组的长度，那么系统将负责为这些数组元素分配初始值。指定初始值时，系统按如下规则分配初始值。

• 数组元素的类型是基本类型中的整数类型（byte、short、int 和 long），则数组元素的值是 0。
• 数组元素的类型是基本类型中的浮点类型（float、double），则数组元素的值是 0.0。
• 数组元素的类型是基本类型中的字符类型（char），则数组元素的值是‘u0000’。
• 数组元素的类型是基本类型中的布尔类型（boolean），则数组元素的值是 false。
• 数组元素的类型是引用类型（类、接口和数组），则数组元素的值是 null。

2）使用 new 指定数组元素的值

使用上述方式初始化数组时，只有在为元素赋值时才确定值。可以不使用上述方式，而是在初始化时就已经确定值。语法如下：

type[] arrayName = new type[]{值 1,值 2,值 3,值 4,• • •,值 n};

例 3

更改例 2 中的代码，使用 new 直接指定数组元素的值。代码如下：

int[] number = new int[]{1, 2, 3, 5, 8};

上述代码的效果等价于例 2 的效果。

注意：不要在进行数组初始化时，既指定数组的长度，也为每个数组元素分配初始值，这样会造成代码错误。例如下面代码：

int[] number = new int [5] {1,2,3,4,​5}; //错误的

3）直接指定数组元素的值

在上述两种方式的语法中，type 可以省略，如果已经声明数组变量，那么直接使用这两种方式进行初始化。如果不想使用上述两种方式，那么可以不使用 new 直接指定数组元素的值。语法如下：

type[] arrayName = {值 1,值 2,值 3,...,值 n};

例 4

在前面例子的基础上更改代码，直接使用上述语法实现 number 数组的初始化。代码如下：

int[] number = {1,2,3,5,8};

使用这种方式时，数组的声明和初始化操作要同步，即不能省略数组变量的类型。如下的代码就是错误的：

int[] number;
number = {1,2,3,5,8}; //错误的

获取单个元素

获取单个元素是指获取数组中的一个元素，如第一个元素或最后一个元素。获取单个元素的方法非常简单，指定元素所在数组的下标即可。语法如下：

arrayName[index];

其中，arrayName 表示数组变量，index 表示下标，下标为 0 表示获取第一个元素，下标为 array.length-1 表示获取最后一个元素。当指定的下标值超出数组的总长度时，会拋出 ArraylndexOutOfBoundsException 异常。

例 5

获取 number 数组中的第一个元素、最后一个元素和第六个元素，并将元素的值输出。代码如下：

int[] number = {1,2,3,5,8};
System.out.println("获取第一个元素："+number[0]);
System.out.println("获取最后一个元素："+number[number.length-1]);
System.out.println("获取第6个元素："+number[5]);

结果：

获取第一个元素：1
获取最后一个元素：8
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 5

我们一共存入了 5 个值，所以下标的取值为 0~4。因为 number[5] 取出的内容超过了这个下标，所以输出结果会提示数组索引超出绑定异常（ArrayIndexOutOfBoundsException）。这一点是在使用数组中是经常出现的问题，大家在编写程序时应该引起注意。

获取全部元素

当数组中的元素数量不多时，要获取数组中的全部元素，可以使用下标逐个获取元素。但是，如果数组中的元素过多，再使用单个下标则显得烦琐，此时使用一种简单的方法可以获取全部元素——使用循环语句。

下面利用 for 循环语句遍历 number 数组中的全部元素，并将元素的值输出。代码如下：

int[] number = {1,2,3,5,8};
for (int i=0;i<number.length;i++) {
    System.out.println("第"+(i+1)+"个元素的值是："+number[i]);
}

除了使用 for 语句，还可以使用 foreach 遍历数组中的元素，并将元素的值输出。代码如下:

for(int val:number) {
    System.out.print("元素的值依次是："+val+"	");
}

二、二维数组详解

创建二维数组

在 Java 中二维数组被看作数组的数组，即二维数组为一个特殊的一维数组，其每个元素又是一个一维数组。Java 并不直接支持二维数组，但是允许定义数组元素是一维数组的一维数组，以达到同样的效果。声明二维数组的语法如下：

type arrayName[][];    // 数据类型 数组名[][];

或

type[][] arrayName;    // 数据类型[][] 数组名;

其中，type 表示二维数组的类型，arrayName 表示数组名称，第一个中括号表示行，第二个中括号表示列。

下面分别声明 int 类型和 char 类型的数组，代码如下：

int[][] age;
char[][] sex;

初始化二维数组

二维数组可以初始化，和一维数组一样，可以通过 3 种方式来指定元素的初始值。这 3 种方式的语法如下：

type[][] arrayName = new type[][]{值 1,值 2,值 3,…,值 n};    // 在定义时初始化
type[][] arrayName = new type[size1][size2];    // 给定空间，在赋值
type[][] arrayName = new type[size][];    // 数组第二维长度为空，可变化

例 1

使用第一种方式声明 int 类型的二维数组，然后初始化该二维数组。代码如下：

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

上述代码创建了一个二行二列的二维数组 temp，并对数组中的元素进行了初始化。图 1 所示为该数组的内存结构。

 使用第二种方式声明 int 类型的二维数组，然后初始化该二维数组。代码如下

int[][] temp = new int[2][2];

使用第三种方式声明 int 类型的二维数组，并且初始化数组。代码如下：

int[][] temp = new int[2][];

获取单个元素

在上部分使用的前 2 种方式创建并初始化了一个二行二列的 int 类型数组 temp。当需要获取二维数组中元素的值时，也可以使用下标来表示。语法如下：

arrayName[i-1][j-1];

其中，arrayName 表示数组名称，i 表示数组的行数，j 表示数组的列数。例如，要获取第二行第二列元素的值，应该使用 temp[1][1]来表示。这是由于数组的下标起始值为 0，因此行和列的下标需要减 1。

例 2

通过下标获取 class_score 数组中第二行第二列元素的值与第四行第一列元素的值。代码如下：

public static void main(String[] args) {
    double[][] class_score = {{10.0,99,99},{100,98,97},{100,100,99.5},{99.5,99,98.5}};
    System.out.println("第二行第二列元素的值："+class_score[1][1]);
    System.out.println("第四行第一列元素的值："+class_score[3][0]);
}

结果如下：

第二行第二列元素的值：98.0
第四行第一列元素的值：99.5

获取全部元素

在一维数组中直接使用数组的 length 属性获取数组元素的个数。而在二维数组中，直接使用 length 属性获取的是数组的行数，在指定的索引后加上 length（如 array[0].length）表示的是该行拥有多少个元素，即列数。

如果要获取二维数组中的全部元素，最简单、最常用的办法就是使用 for 语句。在一维数组全部输出时，我们使用一层 for 循环，而二维数组要想全部输出，则使用嵌套 for 循环（2 层 for 循环）。

例 3

使用 for 循环语句遍历 double 类型的 class_score 数组的元素，并输出每一行每一列元素的值。代码如下：

public static void main(String[] args) {
    double[][] class_score = { { 100, 99, 99 }, { 100, 98, 97 }, { 100, 100, 99.5 }, { 99.5, 99, 98.5 } };
    for (int i = 0; i < class_score.length; i++) { // 遍历行
        for (int j = 0; j < class_score[i].length; j++) {
            System.out.println("class_score[" + i + "][" + j + "]=" + class_score[i][j]);
        }
    }
}

上述代码使用嵌套 for 循环语句输出二维数组。在输出二维数组时，第一个 for 循环语句表示以行进行循环，第二个 for 循环语句表示以列进行循环，这样就实现了获取二维数组中每个元素的值的功能。

执行上述代码，输出结果如下所示。

class_score[0][0]=100.0
class_score[0][1]=99.0
class_score[0][2]=99.0
class_score[1][0]=100.0
class_score[1][1]=98.0
class_score[1][2]=97.0
class_score[2][0]=100.0
class_score[2][1]=100.0
class_score[2][2]=99.5
class_score[3][0]=99.5
class_score[3][1]=99.0
class_score[3][2]=98.5

获取整行元素

除了获取单个元素和全部元素之外，还可以单独获取二维数组的某一行中所有元素的值，或者二维数组中某一列元素的值。获取指定行的元素时，需要将行数固定，然后只遍历该行中的全部列即可。

例 5

编写一个案例，接收用户在控制台输入的行数，然后获取该行中所有元素的值。代码如下：

public static void main(String[] args) {
    double[][] class_score = { { 100, 99, 99 }, { 100, 98, 97 }, { 100, 100, 99.5 }, { 99.5, 99, 98.5 } };
    Scanner scan = new Scanner(System.in);
    System.out.println("当前数组只有" + class_score.length + "行，您想查看第几行的元素？请输入：");
    int number = scan.nextInt();
    for (int j = 0; j < class_score[number - 1].length; j++) {
        System.out.println("第" + number + "行的第[" + j + "]个元素的值是：" + class_score[number - 1][j]);
    }
}

执行上述代码进行测试，输出结果如下所示。

当前数组只有4行，您想查看第几行的元素？请输入：
3
第3行的第[0]个元素的值是：100.0
第3行的第[1]个元素的值是：100.0
第3行的第[2]个元素的值是：99.5

获取整列元素

获取指定列的元素与获取指定行的元素相似，保持列不变，遍历每一行的该列即可。

例 6

编写一个案例，接收用户在控制台中输入的列数，然后获取二维数组中所有行中该列的值。代码如下：

public static void main(String[] args) {
    double[][] class_score = { { 100, 99, 99 }, { 100, 98, 97 }, { 100, 100, 99.5 }, { 99.5, 99, 98.5 } };
    Scanner scan = new Scanner(System.in);
    System.out.println("您要获取哪一列的值？请输入：");
    int number = scan.nextInt();
    for (int i = 0; i < class_score.length; i++) {
        System.out.println("第 " + (i + 1) + " 行的第[" + number + "]个元素的值是" + class_score[i][number]);
    }
}

执行上述代码进行测试，如下所示。

您要获取哪一列的值？请输入：
2
第 1 行的第[2]个元素的值是99.0
第 2 行的第[2]个元素的值是97.0
第 3 行的第[2]个元素的值是99.5
第 4 行的第[2]个元素的值是98.5

三、多维数组

除了一维数组和二维数组外，Java 中还支持更多维的数组，如三维数组、四维数组和五维数组等，它们都属于多维数组。经过前面一维，二维的练习后不难发现，想要提高数组的维数，只要在声明数组时将索引与中括号再加一组即可，所以三维数组的声明为 int score[][][]，而四维数组为 int score[][][][]，以此类推。

通常也将二维数组看作是多维数组。本文以三维数组为例来介绍多维数组。

三维数组有三个层次，可以将三维数组理解为一个一维数组，其内容的每个元素都是二维数组。依此类推，可以获取任意维数的数组。

多维数组的声明、初始化和使用都与二维数组相似，因此这里不再进行具体说明。

例 1

假设程序中有一个名为 namelist 的 String 类型三维数组，下面编写代码对它进行遍历，输出每个元素的值。代码如下：

public static void main(String[] args) {
    String[][][] namelist = { { { "张阳", "李风", "陈飞" }, { "乐乐", "飞飞", "小曼" } },
            { { "Jack", "Kimi" }, { "Lucy", "Lily", "Rose" } }, { { "徐璐璐", "陈海" }, { "李丽丽", "陈海清" } } };
    for (int i = 0; i < namelist.length; i++) {
        for (int j = 0; j < namelist[i].length; j++) {
            for (int k = 0; k < namelist[i][j].length; k++) {
                System.out.println("namelist[" + i + "][" + j + "][" + k + "]=" + namelist[i][j][k]);
            }
        }
    }
}

执行上述代码，输出结果如下所示。

namelist[0][0][0]=张阳
namelist[0][0][1]=李风
namelist[0][0][2]=陈飞
namelist[0][1][0]=乐乐
namelist[0][1][1]=飞飞
namelist[0][1][2]=小曼
namelist[1][0][0]=Jack
namelist[1][0][1]=Kimi
namelist[1][1][0]=Lucy
namelist[1][1][1]=Lily
namelist[1][1][2]=Rose
namelist[2][0][0]=徐璐璐
namelist[2][0][1]=陈海
namelist[2][1][0]=李丽丽
namelist[2][1][1]=陈海清

四、不规则数组

通过前面的学习我们知道 Java 实际上没有多维数组，只有一维数组。多维数组被解释为是数组的数组，所以因此会衍生出一种不规则数组。

规则的 4×3 二维数组有 12 个元素，而不规则数组就不一定了。如下代码静态初始化了一个不规则数组。

int intArray[][] = {{1,2}, {11}, {21,22,23}, {31,32,33}};

高维数组（二维以及二维以上的数组称为高维数组）是 4 个元素，但是低维数组元素个数不同，如图 1 所示，其中第 1 个数组有两个元素，第 2 个数组有 1 个元素，第 3 个数组有 3 个元素，第 4 个数组有 3 个元素。这就是不规则数组。

动态初始化不规则数组比较麻烦，不能使用 new int[4][3] 语句，而是先初始化高维数组，然后再分别逐个初始化低维数组。代码如下：

int intArray[][] = new int[4][]; //先初始化高维数组为4
// 逐一初始化低维数组
intArray[0] = new int[2];
intArray[1] = new int[1];
intArray[2] = new int[3];
intArray[3] = new int[3];

从上述代码初始化数组完成之后，不是有 12 个元素而是 9 个元素，它们的下标索引如图 2 所示，可见其中下标 [0][2]、[1][1] 和 [1][2] 是不存在的，如果试图访问它们则会抛出下标越界异常。

             图 2  不规则数组访问

 提示：下标越界异常（ArrayIndexOutOfBoundsException）是试图访问不存在的下标时引发的。例如一个一维 array 数组如果有 10 个元素，那么表达式 array[10] 就会发生下标越界异常，这是因为数组下标是从 0 开始的，最后一个元素下标是数组长度减 1，所以 array[10] 访问的元素是不存在的。

下面介绍一个不规则数组的示例：

import java.util.Arrays;
public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        int intArray[][] = new int[4][]; // 先初始化高维数组为4
        // 逐一初始化低维数组
        intArray[0] = new int[2];
        intArray[1] = new int[1];
        intArray[2] = new int[3];
        intArray[3] = new int[3];
        // for循环遍历
        for (int i = 0; i < intArray.length; i++) {
            for (int j = 0; j < intArray[i].length; j++) {
                intArray[i][j] = i + j;
            }
        }
        // for-each循环遍历
        for (int[] row : intArray) {
            for (int column : row) {
                System.out.print(column);
                // 在元素之间添加制表符，
                System.out.print('	');
            }
            // 一行元素打印完成后换行
            System.out.println();
        }
        System.out.println(intArray[0][2]); // 发生运行期错误
    }
}

不规则数组访问和遍历可以使用 for 和 for-each 循环，但要注意下标越界异常发生。

上述代码第 18 行和第 19 行采用 for-each 循环遍历不规则数组，其中代码第 18 行 for-each 循环取出的数据是 int 数组，所以 row 类型是 int[]。代码第 19 行 for-each 循环取出的数据是 int 数据，所以 column 的类型 int。另外，注意代码第 27 行试图访问 intArray[0][2]元素，由于 [0][2] 不存在所以会发生下标越界异常。