一、数组概述
数组（Array）是相同类型数据的有序集合。数组描述的是相同类型的若干个数据，按照一定的先后次序排列组合而成。
1.1 数组的特点
长度固定：数组一旦创建，大小不可改变
类型相同：所有元素必须是相同数据类型
有序性：元素在内存中连续存储，通过下标（索引）访问
可以存储基本类型和引用类型
数组本身是对象，在堆内存中分配空间
1.2 数组的分类
按维度：一维数组、二维数组、多维数组
按数据类型：基本数据类型数组、引用数据类型数组
二、一维数组
2.1 数组的声明
语法格式：
数据类型[] 数组名; // 推荐方式
数据类型 数组名[]; // C语言风格，不推荐
示例：
int[] scores; // 推荐
double[] prices;
String[] names;
int scores[]; // 不推荐，C语言风格
2.2 数组的创建（内存分配）
语法格式：
数组名 = new 数据类型[数组长度];
示例：
scores = new int[5]; // 创建长度为5的int数组
prices = new double[10]; // 创建长度为10的double数组
声明并创建合并写法：
int[] scores = new int[5];
String[] names = new String[3];
2.3 数组的初始化
静态初始化（指定内容，长度由系统决定）
// 完整格式 int[] scores = new int[]{100, 98, 95, 88, 90};
// 简化格式（推荐）
int[] scores = {100, 98, 95, 88, 90};
String[] names = {"张三", "李四", "王五"};
动态初始化（指定长度，元素为默认值）
int[] scores = new int[5]; // 元素默认值：0
double[] prices = new double[3]; // 元素默认值：0.0
boolean[] flags = new boolean[2]; // 元素默认值：false
String[] names = new String[4]; // 元素默认值：null
注意：不能同时指定长度和内容！错误示例：int[] arr = new int[3]{1,2,3};
2.4 数组元素的访问
通过下标/索引访问，下标从0开始，到长度-1结束
int[] arr = {10, 20, 30, 40, 50};
// 获取元素
System.out.println(arr[0]); // 输出：10
System.out.println(arr[2]); // 输出：30
// 修改元素
arr[1] = 200; System.out.println(arr[1]); // 输出：200
// 获取数组长度
System.out.println(arr.length); // 输出：5
2.5 数组的遍历
方式一：普通for循环
int[] arr = {10, 20, 30, 40, 50};
for (int i = 0; i < arr.length; i++)
{ System.out.println("第" + i + "个元素：" + arr[i]); }
方式二：增强for循环（foreach）
int[] arr = {10, 20, 30, 40, 50};
// 只能读取，不能修改
for (int num : arr) { System.out.println(num); }
foreach特点：代码简洁，但无法获取索引，只能遍历读取，不能修改元素
三、二维数组与多维数组
.1 二维数组的声明与创建
二维数组本质上是"数组的数组"，可以理解为一个表格，有行和列两个维度。创建二维数组时可以同时指定行数和列数，也可以只指定行数不指定列数，这样就形成了不规则数组。
不规则数组是Java的特色功能，每行可以有不同的列数，这在某些特殊场景下非常有用，可以节省内存空间。
3.2 二维数组的初始化
静态初始化
静态初始化二维数组时，使用嵌套的大括号表示每行的元素。既可以创建规则的矩阵形式，也可以创建不规则的形式，每行的元素个数可以不同。
动态初始化
动态初始化二维数组时，指定行数和列数，所有元素自动初始化为对应类型的默认值。
3.3 二维数组的访问与遍历
二维数组需要两个下标来访问元素，第一个下标表示行号，第二个下标表示列号。
遍历二维数组需要使用双层循环，外层循环遍历行，内层循环遍历列。既可以使用普通for循环的嵌套，也可以使用增强for循环的嵌套。使用增强for循环时，外层循环的变量是一维数组类型。
四、数组常用操作
4.1 求最大值与最小值
求数组最大值的算法思路：将第一个元素作为初始最大值，然后依次与后面的每个元素比较，如果遇到更大的元素就更新最大值。求最小值的算法完全相同，只是比较方向相反。
4.2 数组求和与平均值
数组求和：初始化一个累加变量为0，遍历数组将每个元素累加到累加变量中。平均值就是总和除以数组长度，注意要进行类型转换，避免整数除法的精度丢失问题。
4.3 数组反转
数组反转的高效算法：使用对称交换的方式，只需要遍历数组的前半部分，将第i个元素与倒数第i个元素交换。这种方式的时间复杂度是O(n/2)，空间复杂度是O(1)，不需要额外数组空间。
4.4 数组查找
线性查找：遍历数组逐个比较，找到目标元素则返回下标，遍历完仍未找到则返回-1。线性查找的优点是数组不需要有序，缺点是平均查找效率较低。
二分查找：要求数组必须有序，每次将查找范围缩小一半，效率很高。JDK的Arrays工具类已经提供了二分查找的实现。
4.5 数组复制
数组复制有三种常用方式：
手动复制：使用循环逐个元素复制，最基础但代码繁琐
System.arraycopy()：JDK提供的本地方法，效率最高，可以指定源位置和目标位置
Arrays.copyOf()：基于System.arraycopy()封装，使用更方便，会创建新数组
注意：直接进行引用赋值（arr1 = arr2）不是数组复制，两个引用会指向同一个数组对象，修改其中一个会影响另一个。
五、Arrays 工具类
java.util.Arrays是JDK提供的专门用于操作数组的工具类，包含大量静态方法，是数组操作的首选工具。使用前需要导入该类。
5.1 常用方法详解
toString()：将数组转换为字符串形式，方便打印输出，是调试时最常用的方法
sort()：对数组进行升序排序，底层使用优化的快速排序算法，效率很高
binarySearch()：二分查找，要求数组必须有序，找到返回下标，找不到返回负数
fill()：用指定值填充数组的全部或部分元素
copyOf() / copyOfRange()：复制数组，可以指定新数组长度或复制范围
equals()：比较两个数组的内容是否完全相同
deepToString() / deepEquals()：针对多维数组的字符串转换和比较
六、数组内存分析
6.1 JVM内存区域划分
内存区域 | 主要作用 | 存储内容 |
|---|---|---|
栈（Stack） | 方法执行的内存模型 | 基本数据类型变量、对象引用变量、方法参数 |
堆（Heap） | 对象存储区域 | 所有new出来的对象和数组，是垃圾回收的主要区域 |
方法区 | 存储类的元信息 | 类信息、静态变量、常量池、方法代码 |
6.2 数组内存机制
数组变量存储在栈内存中，保存的是数组对象在堆内存中的地址值，而不是数组内容本身。使用new创建数组时，会在堆内存中分配连续空间，并将首地址赋值给栈中的引用变量。
当进行引用赋值时，只是将地址值复制给另一个引用变量，两个引用指向同一个堆内存中的数组对象。通过任意一个引用修改数组内容，另一个引用也会看到修改后的结果。
七、常见问题与注意事项
7.1 数组下标越界异常
这是数组操作中最常见的运行时异常。当下标小于0或者大于等于数组长度时，就会抛出此异常。编写代码时一定要注意下标的有效范围是0到length-1。
7.2 空指针异常
当数组引用变量为null时，尝试访问数组元素就会抛出空指针异常。使用数组前一定要确保数组已经正确初始化。
7.3 数组长度不可变性
数组一旦创建，长度就固定了，不能修改。length属性是只读的。如果需要改变数组大小，只能创建一个新的更大的数组，然后将原数组内容复制过去。这也是ArrayList等集合类的底层实现原理。
7.4 数组作为方法参数和返回值
数组作为方法参数时，传递的是数组的引用地址，方法内部对数组的修改会影响到原数组。数组也可以作为方法的返回值，返回的同样是数组引用。
八、数组排序算法
8.1 冒泡排序
冒泡排序是最基础的交换排序算法，核心思想是通过相邻元素的比较和交换，使较大的元素逐渐"冒泡"到数组末尾。每一轮排序都会确定一个最大元素的最终位置。
冒泡排序可以优化：如果某一轮比较中没有发生任何交换，说明数组已经有序，可以提前结束排序。
8.2 选择排序
选择排序的思路是每一轮从未排序部分选择最小的元素，放到已排序部分的末尾。选择排序的交换次数比冒泡排序少，但时间复杂度相同。
8.3 插入排序
插入排序将数组分为已排序和未排序两部分，每次从未排序部分取出第一个元素，插入到已排序部分的合适位置。插入排序在数据基本有序时效率很高。
学习总结：数组是Java中最基础也是最重要的数据结构，是学习集合框架、算法和数据结构的基础。重点掌握数组的内存机制、常用操作和Arrays工具类的使用，这些都是实际开发中每天都会用到的知识。
