Java 中的一维数组

一维（1D）数组是一种线性数据结构，它在连续的内存位置中存储相同数据类型的元素。

基本术语

• 数组元素： 数组的各项被称为其元素，它们被存储在数组中，并且可以通过它们的索引号进行随机访问。
• 数组索引： 在数组中，元素通过它们的索引来识别。数组索引从 0 开始。换句话说，数组中存在零基索引。
• 数组长度： 数组中的元素数量决定了数组的长度。
• 连续内存： 数组元素为了快速访问而背靠背地存储在内存中。

数组声明

在 Java 中，有两种声明一维数组的方法。

语法

示例

这会创建一个整数类型的数组。

数组实例化

声明后，我们需要实例化数组。这可以通过使用 **new** 关键字并指定数组大小来完成。

语法

示例

这会创建一个整数类型的数组，并可容纳 5 个元素。

数组初始化

我们在声明时初始化数组元素。初始化时，我们在花括号 {} 中初始化元素，元素之间用逗号分隔。

这会创建一个整数类型的数组，并可容纳 5 个元素。同样，我们可以使用其他数据类型。

实例化后（单独赋值）

我们可以使用其索引为单个元素赋值。例如：

输出

Array Elements are: 40 50 60 70 80 90  

数组的内存表示

数组中的所有元素都存储在连续的内存位置中。因此，如果进行数组初始化，数组的元素将按顺序存储在内存中。这使得对元素的有效操作和访问成为可能。

内存计算

这是数组使用的总内存（物理大小）。数组占用的总内存可以通过以下公式计算：

注意：数组元素的大小取决于数据类型。例如，如果数组类型为 int，则每个元素为 4 字节。

如果一个数组有 5 个 int 类型元素，则数组占用的总内存将是 20 字节，因为 int 有 4 字节。

类似地，如果一个数组有 100 个 char 类型元素，则数组占用的总内存将是 200 字节，因为 char 有 2 字节。

数组的大小或长度

这是数组包含的元素数量（逻辑大小）。例如，如果一个数组包含 10 个元素，则数组的大小或长度将是 10。

数组索引

1. 0（零基索引）： 数组的第一个元素将是 arr[0]。
2. 1（一基索引）： 数组的第一个元素将是 arr[1]。
3. n（n 基索引）： 数组的第一个元素可以位于任何随机索引号。

数组操作

在一维数组中，我们可以执行以下操作：

一维数组遍历

顺序遍历数组以访问和处理元素称为数组遍历。数组遍历是计算机编程中最基本的操作之一。因为数组是常用且频繁使用的数据结构，用于在一个变量中存储多个元素。

在数组遍历中，每个元素都从头到尾访问，或者有时按反序（即从尾到头）访问。数组遍历通常借助循环来完成。

数组遍历的工作原理

每当创建一个数组时，都会分配一块连续的内存，元素以索引方式存储。在数组中，可以通过索引访问每个元素，在大多数计算机编程语言中，索引从 0 开始。

例如，观察以下包含六个整数的数组：

在这里，40 位于第 0 个索引处，可以通过 arr[0] 访问。50 位于第 1 个索引处，可以通过 arr[1] 访问。60 位于第 2 个索引处，可以通过 arr[2] 访问。类似地，最后一个元素 90 位于索引 5 处，可以通过 arr[5] 访问。

数组遍历的类型

线性（顺序）遍历： 它包括从头到尾遍历数组的元素。这是最常见的数组遍历，用于搜索元素、打印元素和进行计算。

输出

Array Elements are: 40 50 60 70 80 90  

反向遍历： 它包括从头到尾遍历数组的元素。它用于按相反顺序处理元素。

输出

Elements of the array in reverse order are: 90 80 70 60 50 40  

一维数组的关键特性

• 线性结构： 元素存储在一条线上，一个接一个。
• 同质： 数组中的所有元素必须是相同的数据类型。我们不能在同一个数组中混合整数和字符串。
• 固定大小： 创建后我们无法更改其大小（可容纳的元素数量）。如果我们需要可调整大小的集合，通常会使用 ArrayList 或其他 Java Collections Framework 类。
• 索引访问： 数组中的每个元素都使用整数索引进行访问。在 Java 中，数组索引是零基的。它从 0 开始，然后是 1，依此类推，直到 size - 1。

ArrayIndexOutOfBoundsException

如果我们尝试访问数组元素的无效索引范围（例如，小于 0 或大于或等于长度），我们将收到 `ArrayIndexOutOfBoundsException`。

示例

优点

• 快速访问： 使用索引直接访问元素（O(1) 时间复杂度）。
• 内存效率： 连续内存分配可能很有效。
• 简单性： 对于固定大小的集合，易于理解和使用。

缺点

• 固定大小： 创建后我们无法更改大小，如果元素数量波动，这可能效率低下。
• 插入/删除： 在中间插入或删除元素需要移动后续元素，这可能很慢（O(n) 时间复杂度）。
• 同质： 它不能存储不同类型的数据。

何时使用一维数组？

• 当我们提前知道需要存储的元素的确切数量时。
• 当我们对元素进行快速、随机访问的需求时。
• 所有元素都属于相同的数据类型。
• 元素的顺序很重要。

结论

一维数组是 Java 中存储相似项目列表的基本方式。它们易于使用，并且如果我们知道位置，可以非常快速地访问任何项目。这使得它们内存高效。但是，数组的大小是固定的。一旦创建，我们就无法更改其容量。此外，在中间添加或删除项目可能效率低下。

一维数组选择题

1. Java 中的一维数组存储着相同 ______ 的固定大小元素集合。

1. 类实例
2. 数据类型
3. 内存地址
4. 变量名

2. 当 Java 中的 int 数组在没有显式初始化的情况下实例化时，其元素会自动初始化为 ______ 的默认值。

1. 垃圾值
2. null
3. 1
4. 0

3. 要获取 Java 数组中的元素数量，可以使用其内置的 ______ 属性。

1. length
2. length()
3. capacity
4. size()

4. 在遍历数组并且不需要访问索引时，______ 循环（也称为 for-each 循环）通常因其简洁性而受到青睐。

1. 传统 for
2. 增强 for
3. while
4. do-while

5. 使用一维数组的优点之一是使用索引进行 ______ 访问元素，这非常高效。

1. 间接
2. 有限
3. 顺序
4. 随机