Java-Chapter 7 Single-Dimensional Arrays

问题 1：如何声明一个数组变量？

答案：
可以使用以下两种语法声明数组变量：

elementType[] arrayRefVar（推荐样式）。
elementType arrayRefVar[]（合法但不推荐）。

解释：

elementType 是数组中每个元素的类型，例如 int、double 等。
arrayRefVar 是数组变量的名称。
推荐使用 elementType[] arrayRefVar，因为它将数组类型和变量分开，更清晰。

示例：

1 2	int[] numbers; // 推荐 int numbers[]; // 合法但不推荐

问题 2：数组变量的声明和数组的创建有什么区别？

答案：
数组变量的声明仅定义一个引用，不会为数组分配内存。数组的创建需要使用 new 操作符分配内存。

解释：

声明数组变量只表示它是一个引用，但不包含任何实际数据。
只有通过 new elementType[arraySize] 才会分配内存，创建数组。
声明和创建可以分开，也可以组合。

示例：

int[] numbers;          // 声明数组变量，未分配内存
numbers = new int[10];  // 创建一个包含 10 个元素的数组

// 声明和创建结合
int[] numbers2 = new int[5];

问题 3：数组的元素存储在哪里？

答案：
数组的元素存储在堆内存（heap）中，这是一块可以动态分配的内存区域。

解释：

数组是引用类型，其实际数据存储在堆内存中，而引用本身存储在栈内存中。
堆内存允许动态分配，数组可以在程序运行时根据需求分配。

示例：

1	int[] numbers = new int[3]; // 堆内存分配了存储 3 个整数的空间

问题 4：如何访问数组的元素？

答案：
通过 arrayRefVar[index] 访问数组元素，其中 index 是数组的下标，从 0 开始。

解释：

数组的下标必须是整数或整数表达式。
下标从 0 开始，arrayRefVar[0] 表示第一个元素。
访问超出范围的下标会导致运行时错误 ArrayIndexOutOfBoundsException。

示例：

int[] numbers = {10, 20, 30};
System.out.println(numbers[0]);  // 输出：10
System.out.println(numbers[2]);  // 输出：30

// 错误示例：访问超出范围的下标
System.out.println(numbers[3]);  // 抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException

问题 5：如何获取数组的大小？

答案：
通过 arrayRefVar.length 获取数组的大小。

解释：

length 是数组的属性，返回数组的元素数量。
数组的索引从 0 开始，因此最后一个元素的索引是 arrayRefVar.length - 1。
如果访问超出范围的索引，将抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException。

示例：

int[] numbers = {1, 2, 3, 4};
System.out.println(numbers.length);  // 输出：4
System.out.println(numbers[3]);      // 输出：4
System.out.println(numbers[4]);      // 抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException

问题 6：数组默认值是什么？

答案：

数字类型（如 int、double）：默认值为 0。
字符类型（char）：默认值为 '\u0000'（空字符）。
布尔类型（boolean）：默认值为 false。
引用类型（如 String）：默认值为 null。

解释：
当创建数组但未对元素初始化时，所有元素会被自动赋予各自类型的默认值。

示例：

int[] numbers = new int[3];          // 创建长度为 3 的 int 数组
System.out.println(numbers[0]);     // 输出：0

boolean[] flags = new boolean[2];   
System.out.println(flags[1]);       // 输出：false

char[] chars = new char[1];         
System.out.println(chars[0] == '\u0000');  // 输出：true

问题 7：如何用数组初始化器快速初始化数组？

答案：
使用 数组初始化器：elementType[] arrayRefVar = {value0, value1, ..., valuek}。

解释：

数组初始化器是声明、创建和初始化数组的快捷方式。
不需要显式调用 new 来创建数组，编译器会自动完成。

示例：

1 2	int[] numbers = {1, 2, 3, 4}; // 使用数组初始化器 System.out.println(numbers[2]); // 输出：3

问题 8：将数组作为参数传递时会发生什么？

答案：
传递的是数组的引用（即指向数组的内存地址）。
因此，被调用的方法可以直接修改原始数组的内容。

解释：

Java 使用的是引用传递，但不改变引用本身，只能通过引用修改数组的内容。
这种特性使得数组在方法中被修改会影响到调用者的数组。

示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {1, 2, 3};
        modifyArray(numbers);
        System.out.println(numbers[0]);  // 输出：10
    }
    
    public static void modifyArray(int[] array) {
        array[0] = 10;  // 修改原数组的第一个元素
    }
}

问题 9：如何使用选择排序和插入排序对数组排序？

答案：

选择排序（Selection Sort）：每次找到剩余未排序部分的最小元素并将其移到开头。
插入排序（Insertion Sort）：逐步将元素插入到前面已经排序好的子数组中。

解释：

选择排序适合数据量较小的场景，时间复杂度为 O(n²)，空间复杂度为 O(1)。
插入排序对几乎已排序的数组效率较高，时间复杂度平均为 O(n²)，最优情况下为 O(n)。

问题 10：如何使用 `java.util.Arrays` 对数组进行操作？

答案：
java.util.Arrays 提供静态方法，可用于排序、查找和比较数组。

排序数组：
使用 Arrays.sort 方法对数组进行排序：

1
2
3

int[] numbers = {4, 2, 5, 1};
java.util.Arrays.sort(numbers);
System.out.println(java.util.Arrays.toString(numbers));  // 输出：[1, 2, 4, 5]

支持部分排序：Arrays.sort(array, fromIndex, toIndex)。

二分查找：
使用 Arrays.binarySearch 在排序数组中查找元素：
1
2
3
int[] numbers = {1, 2, 4, 5};
int index = java.util.Arrays.binarySearch(numbers, 4);
System.out.println(index); // 输出：2
- 若找不到元素，返回 -插入点 - 1。
- 插入点是元素应当插入的位置索引。

问题 11：`binarySearch` 返回值的意义是什么？

答案：

如果 key 存在：返回它的索引。
如果 key 不存在：返回 -插入点 - 1，表示插入点的负值减 1。

解释：

插入点：是数组中第一个大于 key 的位置。
返回负值可以快速区分是否找到目标值。

示例：

1
2
3

int[] numbers = {1, 2, 4, 5};
System.out.println(java.util.Arrays.binarySearch(numbers, 3));  // 输出：-3
System.out.println(java.util.Arrays.binarySearch(numbers, 4));  // 输出：2

解析：

查找 3，插入点是索引 2，返回 -2 - 1 = -3。
查找 4，返回其索引 2。

问题 12：`Arrays.sort` 和 `Arrays.binarySearch` 的使用限制？

答案：

Arrays.sort：
- 只能用于数组，而不能用于集合（如 ArrayList）。
- 对于部分排序，fromIndex 和 toIndex 必须在合法范围内，否则抛出异常。
Arrays.binarySearch：
- 必须作用于已排序数组。若未排序，结果可能不正确。