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Java中數(shù)組的特性

 看風(fēng)景D人 2016-10-07

數(shù)組是基本上所有語言都會有的一種數(shù)據(jù)類型，它表示一組相同類型的數(shù)據(jù)的集合，具有固定的長度，并且在內(nèi)存中占據(jù)連續(xù)的空間。在C，C++等語言中，數(shù)組的定義簡潔清晰，而在Java中確有一些會讓人迷惑的特性。本文就嘗試分析這些特性。


Java中的數(shù)組是對象嗎？


Java和C++都是面向?qū)ο蟮恼Z言。在使用這些語言的時候，我們可以直接使用標(biāo)準(zhǔn)的類庫，也可以使用組合和繼承等面向?qū)ο蟮奶匦詷?gòu)建自己的類，并且根據(jù)自己構(gòu)建的類創(chuàng)建對象。那么，我們是不是應(yīng)該考慮這樣一個問題：在面向?qū)ο蟮恼Z言中，數(shù)組是對象嗎？


要判斷數(shù)組是不是對象，那么首先明確什么是對象，也就是對象的定義。在較高的層面上，對象是根據(jù)某個類創(chuàng)建出來的一個實(shí)例，表示某類事物中一個具體的個體。對象具有各種屬性，并且具有一些特定的行為。而在較低的層面上，站在計(jì)算機(jī)的角度，對象就是內(nèi)存中的一個內(nèi)存塊，在這個內(nèi)存塊封裝了一些數(shù)據(jù)，也就是類中定義的各個屬性，所以，對象是用來封裝數(shù)據(jù)的。以下為一個Person對象在內(nèi)存中的表示：


注意：

1）小的紅色矩形表示一個引用（地址）或一個基本類型的數(shù)據(jù)，大的紅色矩形表示一個對象，多個小的紅色矩形組合在一塊，可組成一個對象。

2）name在對象中只表示一個引用， 也就是一個地址值，它指向一個真實(shí)存在的字符串對象。在這里嚴(yán)格區(qū)分了引用和對象。


那么在Java中，數(shù)組滿足以上的條件嗎？在較高的層面上，數(shù)組不是某類事物中的一個具體的個體，而是多個個體的集合。那么它應(yīng)該不是對象。而在計(jì)算機(jī)的角度，數(shù)組也是一個內(nèi)存塊，也封裝了一些數(shù)據(jù)，這樣的話也可以稱之為對象。以下是一個數(shù)組在內(nèi)存中的表示：


這樣的話， 數(shù)組既可以是對象， 也可以不是對象。至于到底是不是把數(shù)組當(dāng)做對象，全憑Java的設(shè)計(jì)者決定。數(shù)組到底是不是對象， 通過代碼驗(yàn)證：

  1. int[] a = new int[4];  
  2. //a.length;  //對屬性的引用不能當(dāng)成語句  
  3. int len = a.length;  //數(shù)組中保存一個字段, 表示數(shù)組的長度  
  4.   
  5. //以下方法說明數(shù)組可以調(diào)用方法,java中的數(shù)組是對象.這些方法是Object中的方法,所以可以肯定,數(shù)組的最頂層父類也是Object  
  6. a.clone();  
  7. a.toString();  

在數(shù)組a上， 可以訪問他的屬性，也可以調(diào)用一些方法。這基本上可以認(rèn)定，java中的數(shù)組也是對象，它具有java中其他對象的一些基本特點(diǎn)：封裝了一些數(shù)據(jù)，可以訪問屬性，也可以調(diào)用方法。所以，數(shù)組是對象。


而在C++中，數(shù)組雖然封裝了數(shù)據(jù)，但數(shù)組名只是一個指針，指向數(shù)組中的首個元素，既沒有屬性，也沒有方法可以調(diào)用。如下代碼所示：

  1. int main(){  
  2.     int a[] = {1, 2, 3, 4};  
  3.     int* pa = a;  
  4.     //無法訪問屬性，也不能調(diào)用方法。  
  5.     return 0;  
  6. }  

所以C++中的數(shù)組不是對象，只是一個數(shù)據(jù)的集合，而不能當(dāng)做對象來使用。


Java中數(shù)組的類型


Java是一種強(qiáng)類型的語言。既然是對象， 那么就必須屬于一個類型，比如根據(jù)Person類創(chuàng)建一個對象，這個對象的類型就是Person。那么數(shù)組的類型是什么呢？看下面的代碼：
  1. int[] a1 = {1, 2, 3, 4};  
  2. System.out.println(a1.getClass().getName());  
  3. //打印出的數(shù)組類的名字為[I  
  4.   
  5. String[] s = new String[2];  
  6. System.out.println(s.getClass().getName());  
  7. //打印出的數(shù)組類的名字為  [Ljava.lang.String;  
  8.   
  9. String[][] ss = new String[2][3];  
  10. System.out.println(ss.getClass().getName());  
  11. //打印出的數(shù)組類的名字為    [[Ljava.lang.String;  

打印出a1的類型為[ I ，s 的類型是[Ljava.lang.String;  ,  ss的類型是[[Ljava.lang.String;  

所以，數(shù)組也是有類型的。只是這個類型顯得比較奇怪。你可以說a1的類型是int[]，這也無可厚非。但是我們沒有自己創(chuàng)建這個類，也沒有在Java的標(biāo)準(zhǔn)庫中找到這個類。也就是說不管是我們自己的代碼，還是在JDK中，都沒有如下定義：
  1. public class int[] {  
  2.       
  3.     // ...  
  4.       
  5.     // ...  
  6.       
  7.     // ...  
  8. }  

這只能有一個解釋，那就是虛擬機(jī)自動創(chuàng)建了數(shù)組類型，可以把數(shù)組類型和8種基本數(shù)據(jù)類型一樣， 當(dāng)做java的內(nèi)建類型。這種類型的命名規(guī)則是這樣的：

* 每一維度用一個[表示；開頭兩個[，就代表是二維數(shù)組。
* [后面是數(shù)組中元素的類型(包括基本數(shù)據(jù)類型和引用數(shù)據(jù)類型)

在java語言層面上,s是數(shù)組,也是一個對象,那么他的類型應(yīng)該是String[]，這樣說是合理的。但是在JVM中，他的類型為[java.lang.String。順便說一句普通的類在JVM里的類型為 包名+類名，也就是全限定名。同一個類型在java語言中和在虛擬機(jī)中的表示可能是不一樣的。


Java中數(shù)組的繼承關(guān)系


上面已經(jīng)驗(yàn)證了，數(shù)組是對象，也就是說可以以操作對象的方式來操作數(shù)組。并且數(shù)組在虛擬機(jī)中有它特別的類型。既然是對象，遵循Java語言中的規(guī)則 -- Object是上帝， 也就是說所有類的頂層父類都是Object。數(shù)組的頂層父類也必須是Object，這就說明數(shù)組對象可以向上直接轉(zhuǎn)型到Object，也可以向下強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，也可以使用instanceof關(guān)鍵字做類型判定。 這一切都和普通對象一樣。如下代碼所示：

  1. //1     在test1()中已經(jīng)測試得到以下結(jié)論: 數(shù)組也是對象, 數(shù)組的頂層父類是Object, 所以可以向上轉(zhuǎn)型  
  2. int[] a = new int[8];  
  3. Object obj = a ; //數(shù)組的父類也是Object,可以將a向上轉(zhuǎn)型到Object  
  4.   
  5. //2     那么能向下轉(zhuǎn)型嗎?  
  6. int[] b = (int[])obj;  //可以進(jìn)行向下轉(zhuǎn)型  
  7.   
  8. //3     能使用instanceof關(guān)鍵字判定嗎?  
  9. if(obj instanceof int[]){  //可以用instanceof關(guān)鍵字進(jìn)行類型判定  
  10.     System.out.println("obj的真實(shí)類型是int[]");  
  11. }  

Java中數(shù)組的另一種“繼承”關(guān)系


如下代碼是正確的，卻很容易讓我們疑惑：
  1. String[] s = new String[5];  
  2. Object[] obja = s;   //成立,說明可以用Object[]的引用來接收String[]的對象  

Object[]類型的引用可以指向String[]類型的數(shù)組對象？ 由上文的驗(yàn)證可以得知數(shù)組類型的頂層父類一定是Object，那么上面代碼中s的直接父類是誰呢？難道說String[]繼承自O(shè)bject[]，而Object[]又繼承自O(shè)bject? 讓我們通過反射的方式來驗(yàn)證這個問題：
  1. //5     那么String[] 的直接父類是Object[] 還是 Object?  
  2. System.out.println(s.getClass().getSuperclass().getName());  
  3. //打印結(jié)果為java.lang.Object,說明String[] 的直接父類是 Object而不是Object[]  

由代碼可知，String[]的直接父類就是Object而不是Object[]?？墒荗bject[]的引用明明可以指向String[]類型的對象。那么他們的繼承關(guān)系有點(diǎn)像這樣：

這樣的話就違背了Java單繼承的原則。String[]不可能即繼承Object，又繼承Object[]。上面的類圖肯定是錯誤的。那么只能這樣解釋：數(shù)組類直接繼承了Object，關(guān)于Object[]類型的引用能夠指向String[]類型的對象，這種情況只能是Java語法之中的一個特例，并不是嚴(yán)格意義上的繼承。也就是說，String[]不繼承自O(shè)bject[]，但是我可以允許你向上轉(zhuǎn)型到Object[]，這種特性是賦予你的一項(xiàng)特權(quán)。

其實(shí)這種關(guān)系可以這樣表述：如果有兩個類A和B，如果B繼承（extends）了A，那么A[]類型的引用就可以指向B[]類型的對象。如下代碼所示：
  1. public static class Father {  
  2.   
  3. }  
  4.   
  5. public static class Son extends Father {  
  6.   
  7. }  
  1. //6   下面成立嗎?  Father是Son的直接父類  
  2. Son[] sons = new Son[3];  
  3. Father[] fa = sons;  //成立  
  4.   
  5. //7     那么Son[] 的直接父類是Father[] 還是  Object[] 或者是Object?  
  6. System.out.println(sons.getClass().getSuperclass().getName());  
  7. //打印結(jié)果為java.lang.Object,說明Son[]的直接父類是Object  

上面的結(jié)論可以擴(kuò)展到二維數(shù)組和多維數(shù)組：
  1. Son[][] sonss = new Son[2][4];  
  2. Father[][] fathers = sonss;  
上面的代碼可以這樣理解：

將Father[][]數(shù)組看成是一維數(shù)組, 這是個數(shù)組中的元素為Father[]，將Son[][]數(shù)組看成是一維數(shù)組, 這是個數(shù)組中的元素為Son[]，因?yàn)镕ather[]類型的引用可以指向Son[]類型的對象，所以，根據(jù)上面的結(jié)論，F(xiàn)ather[][]的引用可以指向Son[][]類型的對象。

數(shù)組的這種用法不能作用于基本類型數(shù)據(jù)：
  1. int[] aa = new int[4];  
  2. //Object[] objaa = aa;  //錯誤的，不能通過編譯  

這是錯誤的, 因?yàn)閕nt不是引用類型，Object不是int的父類，在這里自動裝箱不起作用。但是這種方式是可以的：
  1. Object[] objss = {"aaa", 1, 2.5};  

這種情況下自動裝箱可以工作，也就是說，Object數(shù)組中可以存放任何值，包括基本數(shù)據(jù)類型。


Java為什么會為數(shù)組提供這樣一種語法特性呢？也就是說這種語法有什么作用？編寫過Android中Sqlite數(shù)據(jù)庫操作程序的同學(xué)可能發(fā)現(xiàn)過這種現(xiàn)象，用一個Object[]引用接收所有的數(shù)組對象，在編譯SQL語句時，為SQL語句中的占位符提供對應(yīng)的值。
  1. db.execSQL("INSERT INTO person VALUES (NULL, ?, ?)", new Object[]{person.name, person.age});   

所以這種特性主要是用于方法中參數(shù)的傳遞。如果不傳遞數(shù)組，而是依次傳遞各個值，會使方法參數(shù)列表變得冗長。如果使用具體的數(shù)組類型，如String[]，那么就限定了類型，失去了靈活性。所以傳遞數(shù)組類型是一種比較好的方式。但是如果沒有上面的數(shù)組特性（如果有兩個類A和B，如果B繼承（extends）了A，那么A[]類型的引用就可以指向B[]類型的對象），那么數(shù)組類型就只能通過Object類型接收，這樣就無法在方法內(nèi)部訪問或遍歷數(shù)組中的各個元素。如下代碼：
  1. private static void test3() {  
  2.     String[] a = new String[3];  
  3.     doArray(a);  
  4. }  
  5.   
  6. private static void doArray(Object[] objs){  
  7.       
  8. }  
  9.   
  10. private static void doArray1(Object obj){  
  11.     //不能用Object接收數(shù)組，因?yàn)檫@樣無法對數(shù)組的元素進(jìn)行訪問  
  12.     // obj[1]  //錯誤  
  13.       
  14.     //如果在方法內(nèi)部對obj轉(zhuǎn)型到數(shù)組，存在類型轉(zhuǎn)換異常的風(fēng)險(xiǎn)  
  15.     // Object[] objs = (Object[]) obj;  
  16. }  
  17.   
  18. private static void doArray2(String[] strs){  
  19.     //如果適用特定類型的數(shù)組，就限制了類型，失去靈活性和通用性  
  20. }  
  21.   
  22. private static void doArray3(String name, int age, String id, float account){  
  23.     //如果不適用數(shù)組而是依次傳遞參數(shù)，會使參數(shù)列表變得冗長，難以閱讀  
  24. }  

到此為止，數(shù)組的特性就總結(jié)完了。上文中加粗的部分為重要結(jié)論。下面貼出整個源碼：

源碼

  1. package com.pansoft.zhangjg.testarray;  
  2.   
  3. public class ArrayTest {  
  4.   
  5.     /** 
  6.      * @param args 
  7.      */  
  8.     public static void main(String[] args) {  
  9.         test1();  
  10.         test2();  
  11.         test3();  
  12.     }  
  13.   
  14.     /** 
  15.      * 數(shù)組具有這種特性： 
  16.      * 如果有兩個類A和B，如果B繼承（extends）了A，那么A[]類型的引用就可以指向B[]類型的對象 
  17.      * 測試數(shù)組的特殊特性對參數(shù)傳遞的便利性 
  18.      */  
  19.     private static void test3() {  
  20.         String[] a = new String[3];  
  21.         doArray(a);  
  22.     }  
  23.   
  24.     private static void doArray(Object[] objs){  
  25.           
  26.     }  
  27.       
  28.     private static void doArray1(Object obj){  
  29.         //不能用Object接收數(shù)組，因?yàn)檫@樣無法對數(shù)組的元素進(jìn)行訪問  
  30.         // obj[1]  //錯誤  
  31.           
  32.         //如果在方法內(nèi)部對obj轉(zhuǎn)型到數(shù)組，存在類型轉(zhuǎn)換異常的風(fēng)險(xiǎn)  
  33.         // Object[] objs = (Object[]) obj;  
  34.     }  
  35.       
  36.     private static void doArray2(String[] strs){  
  37.         //如果適用特定類型的數(shù)組，就限制了類型，失去靈活性和通用性  
  38.     }  
  39.       
  40.     private static void doArray3(String name, int age, String id, float account){  
  41.         //如果不適用數(shù)組而是依次傳遞參數(shù)，會使參數(shù)列表變得冗長，難以閱讀  
  42.     }  
  43.     /** 
  44.      * 測試數(shù)組的集成關(guān)系, 并且他的繼承關(guān)系是否和數(shù)組中元素的類型有關(guān) 
  45.      */  
  46.     private static void test2() {  
  47.           
  48.         //1     在test1()中已經(jīng)測試得到以下結(jié)論: 數(shù)組也是對象, 數(shù)組的頂層父類是Object, 所以可以向上轉(zhuǎn)型  
  49.         int[] a = new int[8];  
  50.         Object obj = a ; //數(shù)組的父類也是Object,可以將a向上轉(zhuǎn)型到Object  
  51.           
  52.         //2     那么能向下轉(zhuǎn)型嗎?  
  53.         int[] b = (int[])obj;  //可以進(jìn)行向下轉(zhuǎn)型  
  54.           
  55.         //3     能使用instanceof關(guān)鍵字判定嗎?  
  56.         if(obj instanceof int[]){  //可以用instanceof關(guān)鍵字進(jìn)行類型判定  
  57.             System.out.println("obj的真實(shí)類型是int[]");  
  58.         }  
  59.           
  60.         //4     下面代碼成立嗎?  
  61.         String[] s = new String[5];  
  62.         Object[] obja = s;   //成立,說明可以用Object[]的引用來接收String[]的對象  
  63.           
  64.         //5     那么String[] 的直接父類是Object[] 還是 Object?  
  65.         System.out.println(s.getClass().getSuperclass().getName());  
  66.         //打印結(jié)果為java.lang.Object,說明String[] 的直接父類是 Object而不是Object[]  
  67.           
  68.         //6   下面成立嗎?  Father是Son的直接父類  
  69.         Son[] sons = new Son[3];  
  70.         Father[] fa = sons;  //成立  
  71.           
  72.         //7     那么Son[] 的直接父類是Father[] 還是  Object[] 或者是Object?  
  73.         System.out.println(sons.getClass().getSuperclass().getName());  
  74.         //打印結(jié)果為java.lang.Object,說明Son[]的直接父類是Object  
  75.           
  76.         /** 
  77.          * 做一下總結(jié), 如果A是B的父類, 那么A[] 類型的引用可以指向 B[]類型的變量 
  78.          * 但是B[]的直接父類是Object, 所有數(shù)組的父類都是Object 
  79.          */  
  80.           
  81.         //8     上面的結(jié)論可以擴(kuò)展到二維數(shù)組  
  82.         Son[][] sonss = new Son[2][4];  
  83.         Father[][] fathers = sonss;  
  84.         //將Father[][]數(shù)組看成是一維數(shù)組, 這是個數(shù)組中的元素為Father[]  
  85.         //將Son[][]數(shù)組看成是一維數(shù)組, 這是個數(shù)組中的元素為Son[]  
  86.         //因?yàn)镕ather[]類型的引用可以指向Son[]類型的對象  
  87.         //所以,根據(jù)上面的結(jié)論,Father[][]的引用可以指向Son[][]類型的對象  
  88.           
  89.         /** 
  90.          * 擴(kuò)展結(jié)論: 
  91.          * 因?yàn)镺bject是所有引用類型的父類 
  92.          * 所以O(shè)bject[]的引用可以指向任何引用數(shù)據(jù)類型的數(shù)組的對象. 如: 
  93.          * Object[] objs = new String[1]; 
  94.          * Object[] objs = new Son[1]; 
  95.          * 
  96.          */  
  97.           
  98.         //9     下面的代碼成立嗎?  
  99.         int[] aa = new int[4];  
  100.         //Object[] objaa = aa;  //錯誤的，不能通過編譯  
  101.         //這是錯誤的, 因?yàn)镺bject不是int的父類,在這里自動裝箱不起作用  
  102.           
  103.         //10    這樣可以嗎？  
  104.         Object[] objss = {"aaa", 1, 2.5};//成立  
  105.     }  
  106.   
  107.     /** 
  108.      * 測試在java語言中,數(shù)組是不是對象 
  109.      * 如果是對象, 那么他的類型是什么? 
  110.      */  
  111.     private static void test1() {  
  112.         int[] a = new int[4];  
  113.         //a.length;  //對屬性的引用不能當(dāng)成語句  
  114.         int len = a.length;  //數(shù)組中保存一個字段, 表示數(shù)組的長度  
  115.           
  116.         //以下方法說明數(shù)組可以調(diào)用方法,java中的數(shù)組是對象.這些方法是Object中的方法,所以可以肯定,數(shù)組的最頂層父類也是Object  
  117.         a.clone();  
  118.         a.toString();  
  119.           
  120.           
  121.         /** 
  122.          * java是強(qiáng)類型的語言,一個對象總會有一個特定的類型,例如 Person p = new Person(); 
  123.          * 對象p(確切的說是引用)的類型是Person類, 這個Person類是我們自己編寫的 
  124.          * 那么數(shù)組的類型是什么呢? 下面使用反射的方式進(jìn)行驗(yàn)證 
  125.          */  
  126.         int[] a1 = {1, 2, 3, 4};  
  127.         System.out.println(a1.getClass().getName());  
  128.         //打印出的數(shù)組類的名字為[I  
  129.           
  130.         String[] s = new String[2];  
  131.         System.out.println(s.getClass().getName());  
  132.         //打印出的數(shù)組類的名字為  [Ljava.lang.String;  
  133.           
  134.         String[][] ss = new String[2][3];  
  135.         System.out.println(ss.getClass().getName());  
  136.         //打印出的數(shù)組類的名字為    [[Ljava.lang.String;  
  137.           
  138.         /** 
  139.          * 所以,數(shù)組也是有類型的,只不過這個類型不是有程序員自己定義的類, 也不是jdk里面 
  140.          * 的類, 而是虛擬機(jī)在運(yùn)行時專門創(chuàng)建的類 
  141.          * 類型的命名規(guī)則是: 
  142.          *      每一維度用一個[表示; 
  143.          *      [后面是數(shù)組中元素的類型(包括基本數(shù)據(jù)類型和引用數(shù)據(jù)類型) 
  144.          *  
  145.          * 在java語言層面上,s是數(shù)組,也是一個對象,那么他的類型應(yīng)該是String[], 
  146.          * 但是在JVM中,他的類型為[java.lang.String 
  147.          *  
  148.          * 順便說一句普通的類在JVM里的類型為 包名+類名, 也就是全限定名 
  149.          */  
  150.     }  
  151.       
  152.     public static class Father {  
  153.   
  154.     }  
  155.       
  156.     public static class Son extends Father {  
  157.   
  158.     }  
  159. }  

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