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Java中数组的特性 Java中数组的特性

2018年05月23日 ⁄ 综合 ⁄ 共 10160字 ⁄ 字号 小 中 大 ⁄ 评论关闭

Java中数组的特性

数组是基本上所有语言都会有的一种数据类型，它表示一组相同类型的数据的集合，具有固定的长度，并且在内存中占据连续的空间。在C，C++等语言中，数组的定义简洁清晰，而在java中确有一些会让人迷惑的特性。本文就尝试分析这些特性。


Java中的数组是对象吗？

Java和C++都是面向对象的语言。在使用这些语言的时候，我们可以直接使用标准的类库，也可以使用组合和继承等面向对象的特性构建自己的类，并且根据自己构建的类创建对象。那么，我们是不是应该考虑这样一个问题：在面向对象的语言中，数组是对象吗？

要判断数组是不是对象，那么首先明确什么是对象，也就是对象的定义。在较高的层面上，对象是根据某个类创建出来的一个实例，表示某类事物中一个具体的个体。对象具有各种属性，并且具有一些特定的行为。而在较低的层面上，站在计算机的角度，对象就是内存中的一个内存块，在这个内存块封装了一些数据，也就是类中定义的各个属性，所以，对象是用来封装数据的。以下为一个Person对象在内存中的表示：

注意：

1）小的红色矩形表示一个引用（地址）或一个基本类型的数据，大的红色矩形表示一个对象，多个小的红色矩形组合在一块，可组成一个对象。

2）name在对象中只表示一个引用， 也就是一个地址值，它指向一个真实存在的字符串对象。在这里严格区分了引用和对象。

那么在Java中，数组满足以上的条件吗？在较高的层面上，数组不是某类事物中的一个具体的个体，而是多个个体的集合。那么它应该不是对象。而在计算机的角度，数组也是一个内存块，也封装了一些数据，这样的话也可以称之为对象。以下是一个数组在内存中的表示：

这样的话， 数组既可以是对象， 也可以不是对象。至于到底是不是把数组当做对象，全凭Java的设计者决定。数组到底是不是对象， 通过代码验证：

[java] view
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  1. int[] a = new int[4];  
  2. //a.length;  //对属性的引用不能当成语句  
  3. int len = a.length;  //数组中保存一个字段, 表示数组的长度  
  4.   
  5. //以下方法说明数组可以调用方法,java中的数组是对象.这些方法是Object中的方法,所以可以肯定,数组的最顶层父类也是Object  
  6. a.clone();  
  7. a.toString();  

在数组a上， 可以访问他的属性，也可以调用一些方法。这基本上可以认定，java中的数组也是对象，它具有java中其他对象的一些基本特点：封装了一些数据，可以访问属性，也可以调用方法。所以，数组是对象。

而在C++中，数组虽然封装了数据，但数组名只是一个指针，指向数组中的首个元素，既没有属性，也没有方法可以调用。如下代码所示：

[cpp] view
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  1. int main(){  
  2.     int a[] = {1, 2, 3, 4};  
  3.     int* pa = a;  
  4.     //无法访问属性，也不能调用方法。  
  5.     return 0;  
  6. }  

所以C++中的数组不是对象，只是一个数据的集合，而不能当做对象来使用。

Java中数组的类型

Java是一种强类型的语言。既然是对象， 那么就必须属于一个类型，比如根据Person类创建一个对象，这个对象的类型就是Person。那么数组的类型是什么呢？看下面的代码：
[java] view
plaincopy

  1. int[] a1 = {1, 2, 3, 4};  
  2. System.out.println(a1.getClass().getName());  
  3. //打印出的数组类的名字为[I  
  4.   
  5. String[] s = new String[2];  
  6. System.out.println(s.getClass().getName());  
  7. //打印出的数组类的名字为  [Ljava.lang.String;  
  8.   
  9. String[][] ss = new String[2][3];  
  10. System.out.println(ss.getClass().getName());  
  11. //打印出的数组类的名字为    [[Ljava.lang.String;  

打印出a1的类型为[ I ，s 的类型是[Ljava.lang.String;  ,  ss的类型是[[Ljava.lang.String;  

所以，数组也是有类型的。只是这个类型显得比较奇怪。你可以说a1的类型是int[]，这也无可厚非。但是我们没有自己创建这个类，也没有在Java的标准库中找到这个类。也就是说不管是我们自己的代码，还是在JDK中，都没有如下定义：
[java] view
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  1. public class int[] {  
  2.       
  3.     // ...  
  4.       
  5.     // ...  
  6.       
  7.     // ...  
  8. }  

这只能有一个解释，那就是虚拟机自动创建了数组类型，可以把数组类型和8种基本数据类型一样， 当做java的内建类型。这种类型的命名规则是这样的：

* 每一维度用一个[表示；开头两个[，就代表是二维数组。
* [后面是数组中元素的类型(包括基本数据类型和引用数据类型)
在java语言层面上,s是数组,也是一个对象,那么他的类型应该是String[]，这样说是合理的。但是在JVM中，他的类型为[java.lang.String。顺便说一句普通的类在JVM里的类型为 包名+类名，也就是全限定名。同一个类型在java语言中和在虚拟机中的表示可能是不一样的。


Java中数组的继承关系

上面已经验证了，数组是对象，也就是说可以以操作对象的方式来操作数组。并且数组在虚拟机中有它特别的类型。既然是对象，遵循Java语言中的规则 -- Object是上帝， 也就是说所有类的顶层父类都是Object。数组的顶层父类也必须是Object，这就说明数组对象可以向上直接转型到Object，也可以向下强制类型转换，也可以使用instanceof关键字做类型判定。 这一切都和普通对象一样。如下代码所示：

[java] view
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  1. //1     在test1()中已经测试得到以下结论: 数组也是对象, 数组的顶层父类是Object, 所以可以向上转型  
  2. int[] a = new int[8];  
  3. Object obj = a ; //数组的父类也是Object,可以将a向上转型到Object  
  4.   
  5. //2     那么能向下转型吗?  
  6. int[] b = (int[])obj;  //可以进行向下转型  
  7.   
  8. //3     能使用instanceof关键字判定吗?  
  9. if(obj instanceof int[]){  //可以用instanceof关键字进行类型判定  
  10.     System.out.println("obj的真实类型是int[]");  
  11. }  

Java中数组的另一种“继承”关系

如下代码是正确的，却很容易让我们疑惑：
[java] view
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  1. String[] s = new String[5];  
  2. Object[] obja = s;   //成立,说明可以用Object[]的引用来接收String[]的对象  

Object[]类型的引用可以指向String[]类型的数组对象？ 由上文的验证可以得知数组类型的顶层父类一定是Object，那么上面代码中s的直接父类是谁呢？难道说String[]继承自Object[]，而Object[]又继承自Object? 让我们通过反射的方式来验证这个问题：

[java] view
plaincopy

  1. //5     那么String[] 的直接父类是Object[] 还是 Object?  
  2. System.out.println(s.getClass().getSuperclass().getName());  
  3. //打印结果为java.lang.Object,说明String[] 的直接父类是 Object而不是Object[]  

由代码可知，String[]的直接父类就是Object而不是Object[]。可是Object[]的引用明明可以指向String[]类型的对象。那么他们的继承关系有点像这样：

这样的话就违背了Java单继承的原则。String[]不可能即继承Object，又继承Object[]。上面的类图肯定是错误的。那么只能这样解释：数组类直接继承了Object，关于Object[]类型的引用能够指向String[]类型的对象，这种情况只能是Java语法之中的一个特例，并不是严格意义上的继承。也就是说，String[]不继承自Object[]，但是我可以允许你向上转型到Object[]，这种特性是赋予你的一项特权。

其实这种关系可以这样表述：如果有两个类A和B，如果B继承（extends）了A，那么A[]类型的引用就可以指向B[]类型的对象。如下代码所示：
[java] view
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  1. public static class Father {  
  2.   
  3. }  
  4.   
  5. public static class Son extends Father {  
  6.   
  7. }  
[java] view
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  1. //6   下面成立吗?  Father是Son的直接父类  
  2. Son[] sons = new Son[3];  
  3. Father[] fa = sons;  //成立  
  4.   
  5. //7     那么Son[] 的直接父类是Father[] 还是  Object[] 或者是Object?  
  6. System.out.println(sons.getClass().getSuperclass().getName());  
  7. //打印结果为java.lang.Object,说明Son[]的直接父类是Object  

上面的结论可以扩展到二维数组和多维数组：

[java] view
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  1. Son[][] sonss = new Son[2][4];  
  2. Father[][] fathers = sonss;  

上面的代码可以这样理解：

将Father[][]数组看成是一维数组, 这是个数组中的元素为Father[]，将Son[][]数组看成是一维数组, 这是个数组中的元素为Son[]，因为Father[]类型的引用可以指向Son[]类型的对象，所以，根据上面的结论，Father[][]的引用可以指向Son[][]类型的对象。
数组的这种用法不能作用于基本类型数据：
[java] view
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  1. int[] aa = new int[4];  
  2. //Object[] objaa = aa;  //错误的，不能通过编译  

这是错误的, 因为int不是引用类型，Object不是int的父类，在这里自动装箱不起作用。但是这种方式是可以的：

[java] view
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  1. Object[] objss = {"aaa", 1, 2.5};  

这种情况下自动装箱可以工作，也就是说，Object数组中可以存放任何值，包括基本数据类型。

Java为什么会为数组提供这样一种语法特性呢？也就是说这种语法有什么作用？编写过Android中Sqlite数据库操作程序的同学可能发现过这种现象，用一个Object[]引用接收所有的数组对象，在编译SQL语句时，为SQL语句中的占位符提供对应的值。

[java] view
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  1. db.execSQL("INSERT INTO person VALUES (NULL, ?, ?)", new Object[]{person.name, person.age});   

所以这种特性主要是用于方法中参数的传递。如果不传递数组，而是依次传递各个值，会使方法参数列表变得冗长。如果使用具体的数组类型，如String[]，那么就限定了类型，失去了灵活性。所以传递数组类型是一种比较好的方式。但是如果没有上面的数组特性（如果有两个类A和B，如果B继承（extends）了A，那么A[]类型的引用就可以指向B[]类型的对象），那么数组类型就只能通过Object类型接收，这样就无法在方法内部访问或遍历数组中的各个元素。如下代码：

[java] view
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  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接收数组，因为这样无法对数组的元素进行访问  
  12.     // obj[1]  //错误  
  13.       
  14.     //如果在方法内部对obj转型到数组，存在类型转换异常的风险  
  15.     // Object[] objs = (Object[]) obj;  
  16. }  
  17.   
  18. private static void doArray2(String[] strs){  
  19.     //如果适用特定类型的数组，就限制了类型，失去灵活性和通用性  
  20. }  
  21.   
  22. private static void doArray3(String name, int age, String id, float account){  
  23.     //如果不适用数组而是依次传递参数，会使参数列表变得冗长，难以阅读  
  24. }  

到此为止，数组的特性就总结完了。上文中加粗的部分为重要结论。下面贴出整个源码：

源码

[java] view
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  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.      * 数组具有这种特性： 
  16.      * 如果有两个类A和B，如果B继承（extends）了A，那么A[]类型的引用就可以指向B[]类型的对象 
  17.      * 测试数组的特殊特性对参数传递的便利性 
  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接收数组，因为这样无法对数组的元素进行访问  
  30.         // obj[1]  //错误  
  31.           
  32.         //如果在方法内部对obj转型到数组，存在类型转换异常的风险  
  33.         // Object[] objs = (Object[]) obj;  
  34.     }  
  35.       
  36.     private static void doArray2(String[] strs){  
  37.         //如果适用特定类型的数组，就限制了类型，失去灵活性和通用性  
  38.     }  
  39.       
  40.     private static void doArray3(String name, int age, String id, float account){  
  41.         //如果不适用数组而是依次传递参数，会使参数列表变得冗长，难以阅读  
  42.     }  
  43.     /** 
  44.      * 测试数组的集成关系, 并且他的继承关系是否和数组中元素的类型有关 
  45.      */  
  46.     private static void test2() {  
  47.           
  48.         //1     在test1()中已经测试得到以下结论: 数组也是对象, 数组的顶层父类是Object, 所以可以向上转型  
  49.         int[] a = new int[8];  
  50.         Object obj = a ; //数组的父类也是Object,可以将a向上转型到Object  
  51.           
  52.         //2     那么能向下转型吗?  
  53.         int[] b = (int[])obj;  //可以进行向下转型  
  54.           
  55.         //3     能使用instanceof关键字判定吗?  
  56.         if(obj instanceof int[]){  //可以用instanceof关键字进行类型判定  
  57.             System.out.println("obj的真实类型是int[]");  
  58.         }  
  59.           
  60.         //4     下面代码成立吗?  
  61.         String[] s = new String[5];  
  62.         Object[] obja = s;   //成立,说明可以用Object[]的引用来接收String[]的对象  
  63.           
  64.         //5     那么String[] 的直接父类是Object[] 还是 Object?  
  65.         System.out.println(s.getClass().getSuperclass().getName());  
  66.         //打印结果为java.lang.Object,说明String[] 的直接父类是 Object而不是Object[]  
  67.           
  68.         //6   下面成立吗?  Father是Son的直接父类  
  69.         Son[] sons = new Son[3];  
  70.         Father[] fa = sons;  //成立  
  71.           
  72.         //7     那么Son[] 的直接父类是Father[] 还是  Object[] 或者是Object?  
  73.         System.out.println(sons.getClass().getSuperclass().getName());  
  74.         //打印结果为java.lang.Object,说明Son[]的直接父类是Object  
  75.           
  76.         /** 
  77.          * 做一下总结, 如果A是B的父类, 那么A[] 类型的引用可以指向 B[]类型的变量 
  78.          * 但是B[]的直接父类是Object, 所有数组的父类都是Object 
  79.          */  
  80.           
  81.         //8     上面的结论可以扩展到二维数组  
  82.         Son[][] sonss = new Son[2][4];  
  83.         Father[][] fathers = sonss;  
  84.         //将Father[][]数组看成是一维数组, 这是个数组中的元素为Father[]  
  85.         //将Son[][]数组看成是一维数组, 这是个数组中的元素为Son[]  
  86.         //因为Father[]类型的引用可以指向Son[]类型的对象  
  87.         //所以,根据上面的结论,Father[][]的引用可以指向Son[][]类型的对象  
  88.           
  89.         /** 
  90.          * 扩展结论: 
  91.          * 因为Object是所有引用类型的父类 
  92.          * 所以Object[]的引用可以指向任何引用数据类型的数组的对象. 如: 
  93.          * Object[] objs = new String[1]; 
  94.          * Object[] objs = new Son[1]; 
  95.          * 
  96.          */  
  97.           
  98.         //9     下面的代码成立吗?  
  99.         int[] aa = new int[4];  
  100.         //Object[] objaa = aa;  //错误的，不能通过编译  
  101.         //这是错误的, 因为Object不是int的父类,在这里自动装箱不起作用  
  102.           
  103.         //10    这样可以吗？  
  104.         Object[] objss = {"aaa", 1, 2.5};//成立  
  105.     }  
  106.   
  107.     /** 
  108.      * 测试在java语言中,数组是不是对象 
  109.      * 如果是对象, 那么他的类型是什么? 
  110.      */  
  111.     private static void test1() {  
  112.         int[] a = new int[4];  
  113.         //a.length;  //对属性的引用不能当成语句  
  114.         int len = a.length;  //数组中保存一个字段, 表示数组的长度  
  115.           
  116.         //以下方法说明数组可以调用方法,java中的数组是对象.这些方法是Object中的方法,所以可以肯定,数组的最顶层父类也是Object  
  117.         a.clone();  
  118.         a.toString();  
  119.           
  120.           
  121.         /** 
  122.          * java是强类型的语言,一个对象总会有一个特定的类型,例如 Person p = new Person(); 
  123.          * 对象p(确切的说是引用)的类型是Person类, 这个Person类是我们自己编写的 
  124.          * 那么数组的类型是什么呢? 下面使用反射的方式进行验证 
  125.          */  
  126.         int[] a1 = {1, 2, 3, 4};  
  127.         System.out.println(a1.getClass().getName());  
  128.         //打印出的数组类的名字为[I  
  129.           
  130.         String[] s = new String[2];  
  131.         System.out.println(s.getClass().getName());  
  132.         //打印出的数组类的名字为  [Ljava.lang.String;  
  133.           
  134.         String[][] ss = new String[2][3];  
  135.         System.out.println(ss.getClass().getName());  
  136.         //打印出的数组类的名字为    [[Ljava.lang.String;  
  137.           
  138.         /** 
  139.          * 所以,数组也是有类型的,只不过这个类型不是有程序员自己定义的类, 也不是jdk里面 
  140.          * 的类, 而是虚拟机在运行时专门创建的类 
  141.          * 类型的命名规则是: 
  142.          *      每一维度用一个[表示; 
  143.          *      [后面是数组中元素的类型(包括基本数据类型和引用数据类型) 
  144.          *  
  145.          * 在java语言层面上,s是数组,也是一个对象,那么他的类型应该是String[], 
  146.          * 但是在JVM中,他的类型为[java.lang.String 
  147.          *  
  148.          * 顺便说一句普通的类在JVM里的类型为 包名+类名, 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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