02《数据结构入门教程》数组
1. 前言
数组是一种重要的数据结构，可以利用它作为基础来实现很多复杂的数据结构。因此我们要深入理解数组的存储原理和特点，熟悉它的常用操作，重点掌握它在声明、查询、存储、复制等操作时的效率，便于我们在今后的学习和使用中能够充分利用数组的优势。
2. 什么是数组？
数组（Array）是一种简单的复合数据类型，它是一组有序数据的集合。数组根据维度可以分为一维数组、二维数组和多维数组。
因为数据结构的本质就是存放数据的容器，所以我们可以找到它们在生活中的很多原型。如果把冰箱比作计算机存储的话，我们最常见到的鸡蛋盒就是数组的最佳模型了，他们的很多特点甚至都非常相似。
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（图片来源于网络，版权归原作者所有）
3. 数组的特点
数组在内存中是存储在一段连续的空间中，这使得数组在读取的时候非常高效。我们在冰箱中用鸡蛋盒存放鸡蛋也是利用了冰箱里一块完整连续的空间，便于我们存取鸡蛋的时候快速准确而不是把鸡蛋散落在各个角落里。但是鸡蛋盒有一个缺点就是我们买来的时候它的容量是固定的，如果装满了就不能再扩容了，数组也是一样，在创建的时候必须确定长度并且不能变更，使得数组不适用于元素需要频繁增加和删除的场景。总结起来数组和鸡蛋盒同时具有以下三大特点：
- 一致性：数组中的每个元素都具有相同的数据类型，我们生活中一般也只会在鸡蛋盒中放置鸡蛋而不会掺杂草莓；
- 有序性：数组中的元素是有序的，并且可以用唯一下标来访问；鸡蛋盒也是有序的，甚至我们也可以对鸡蛋盒中的格子编号来明确快速地指出是哪一个格子的鸡蛋有裂纹；
- 不可变性：数组在初始化的时候长度一旦确定，就不可以再变更；而鸡蛋盒子一旦需要变更容量，我们就只能买一个新的盒子了。
4. 数组的几个常用操作
了解了数组的特点，我们来看下怎么使用他们。
4.1 声明和赋值
- 只声明数组，并未在堆内存中开辟空间
// 数据类型 [] 数组名称 = null;
int [] array = null;
代码块12
- 声明数组的同时开辟空间
// 数据类型 [] 数组名称 = new 数据类型[长度];
int [] array = new int[3];
- 声明数组的同时开辟空间、同时给数组插入元素
//数据类型 [] 数组名称 = new 数据类型[]{元素1,元素2...};
int [] array = new int[]{1,2,3};
//数据类型 [] 数组名称 = {元素1,元素2...}(上一种方法的缩写，不建议);
int [] array = {1,2,3};
- 多维数组的声明方式
//数据类型 对象数组[][] = new 数据类型[一维长度][二维长度];
int array[][] = new int[3][5];
声明数组有以上几种方式，因为数组是引用数据类型，在栈内存声明、在堆内存中开辟连续的定长空间，所以我们可以在下图中看到第二种方式声明数组的时候，其实是分步完成的，第一步开辟了一个长度为3的数组空间，第二步分别为数组的三个元素赋值。
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（图片来源于网络，版权归原作者所有）
4.2 遍历和读取
数组有一个属性 length 表示数组的长度，使得我们可以很方便的遍历数组。这个长度在开辟空间的时候就已经固定了，就像鸡蛋盒子的容量一样，而且不论格子里存放元素的数量是多少，它的容量都是恒定不变的。
// 声明一个数组并赋值
int [] array = new int[5];
array[0] = 1;
array[1] = 2;
array[2] = 3;
array[3] = 4;
array[4] = 5;
//遍历方式1：
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
System.out.println(array[i]);
}
//遍历方式2：
for(int a:array){
System.out.println(a);
}
4.3 复制扩容
前面我们提到，盒子里的鸡蛋放不下只能去购买新的盒子，数组也是一样，容量不够的时候只能去创建新的数组，并且将原有数组中的元素按照原来的序号复制到新的数组中去。
//为长度为5的原数组扩容一倍
//第一步：声明初始数组
int [] array = new int[]{1,2,3,4,5};
//第二步：声明一个容量为原始数组2倍的新数组
int [] newArray = new int[array.length*2];
//第三步：将元素复制到新数组中
for ( int i = 0; i < array.length; i++) {
newArray[i] = array[i]; `
}
说到这里我们还要提一个细节，就是数组的空间是连续的，不等同于数组的元素是连续的，我们可以在数组中的任意位置存放或不存放元素，就像我们可以在鸡蛋盒子的任何一个格子里放或不放鸡蛋，都不影响数组本身的特性。
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（图片来源于网络，版权归原作者所有）
4. java.util.Arrays
我们对数组进行的操作其实很多都被封装在一个叫做 Arrays 的工具类中了，它为数组封装了一些常用的静态方法，使得我们可以轻松的对数组实现查询、排序、填充等操作，大家可以通过查看源代码或 API 来了解他们的使用方法。前面我们讲到的复制扩容数组就可以用 Arrays.copyOf (原数组名，新数组长度) 方法来轻松实现。
这里我们还要单独提一下 asList () 方法，这个方法可以将数组转换成 ArrayList，使我们有更多的手段来处理数组，比如追加元素、删除元素、判断某个元素是否在数组中等等，解决了数组长度不能改变等特性给我们带来的不便。
//声明一个数组并赋值
Integer[] array = new Integer[5];
array[0] = 1;
array[1] = 2;
array[2] = 3;
array[3] = 4;
array[4] = 5;
ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(Arrays.asList(array));
System.out.println(arrayList);
输出：[1,2,3,4,5]
boolean isExist = Arrays.asList(array).contains(1);
System.out.println(isExist);
输出：true
5. 数组的应用与思考
根据数组的特点我们可以发现，数组的使用场景多是在读取频繁，增减较少最好是不需要增减的场合，在初始化数组的时候能够确定元素的最大个数，比如以下场景：
- 存储某班级学生的语文成绩时可以使用数组，元素长度固定几乎不需要增减，读取高效
- 导入EXCEL模板数据的时候可以使用二维数组来储存临时数据，充分利用了数组读取效率高的特性
对于动态增加和减少元素的场景，我们可以使用刚刚提到的 ArrayList，后面的章节我们会对这部分内容做详细介绍。
这里分享一个有意思的小插曲，我在制做上面图片敲代码的时候手误写了这样一行代码，小伙伴们可以结合第二行和第三行的执行结果来解释一下第一行代码的实现结果。
int [] array = new int[]{};
System.out.println(array.length);
array[0] = 1;
6. 小结
本节我们知道了数组是一组有序数据的集合，它的特点一致性、有序性和不可变性，因此它的读取效率高，增加或删除元素的效率低。此外我们要熟练掌握数组的声明方法和基本操作，作为一个基本数据结构，了解它的原理和扩容方式还将有助于我们后面链表等知识的学习。
