Java中數(shù)組的特性

看風景D人 2016-10-07

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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準的類庫，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，站在計算機的角度，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，它指向一個真實存在的字符串對象。在這里嚴格區(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。那么它應該不是對象。而在計算機的角度，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)組當做對象，全憑Java的設(shè)計者決定。數(shù)組到底是不是對象，通過代碼驗證：

[java] view plain copy

int[] a = new int[4];
//a.length; //對屬性的引用不能當成語句
int len = a.length; //數(shù)組中保存一個字段, 表示數(shù)組的長度
//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
a.clone();
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：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：

[cpp] view plain copy

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

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

Java中數(shù)組的類型

Java是一種強類型的語言。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：

[java] view plain copy

int[] a1 = {1, 2, 3, 4};
System.out.println(a1.getClass().getName());
//打印出的數(shù)組類的名字為[I
String[] s = new String[2];
System.out.println(s.getClass().getName());
//打印出的數(shù)組類的名字為 [Ljava.lang.String;
String[][] ss = new String[2][3];
System.out.println(ss.getClass().getName());
//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的標準庫中找到這個類。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：

[java] view plain copy

public class int[] {
// ...
// ...
// ...
}

這只能有一個解釋，那就是虛擬機自動創(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：

[java] view plain copy

//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
int[] a = new int[8];
Object obj = a ; //數(shù)組的父類也是Object,可以將a向上轉(zhuǎn)型到Object
//2 那么能向下轉(zhuǎn)型嗎?
int[] b = (int[])obj; //可以進行向下轉(zhuǎn)型
//3 能使用instanceof關(guān)鍵字判定嗎?
if(obj instanceof int[]){ //可以用instanceof關(guān)鍵字進行類型判定
System.out.println("obj的真實類型是int[]");
}

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：

[java] view plain copy

String[] s = new String[5];
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證這個問題：

[java] view plain copy

//5 那么String[] 的直接父類是Object[] 還是 Object?
System.out.println(s.getClass().getSuperclass().getName());
//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特權(quán)。

其實這種關(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：

[java] view plain copy

public static class Father {
}
public static class Son extends Father {
}

[java] view plain copy

//6 下面成立嗎? Father是Son的直接父類
Son[] sons = new Son[3];
Father[] fa = sons; //成立
//7 那么Son[] 的直接父類是Father[] 還是 Object[] 或者是Object?
System.out.println(sons.getClass().getSuperclass().getName());
//打印結(jié)果為java.lang.Object,說明Son[]的直接父類是Object

上面的結(jié)論可以擴展到二維數(shù)組和多維數(shù)組：

[java] view plain copy

Son[][] sonss = new Son[2][4];
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[]，因為Father[]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)：

[java] view plain copy

int[] aa = new int[4];
//Object[] objaa = aa; //錯誤的，不能通過編譯

這是錯誤的, 因為int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：

[java] view plain copy

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的值。

[java] view plain copy

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：

[java] view plain copy

private static void test3() {
String[] a = new String[3];
doArray(a);
}
private static void doArray(Object[] objs){
}
private static void doArray1(Object obj){
//不能用Object接收數(shù)組，因為這樣無法對數(shù)組的元素進行訪問
// obj[1] //錯誤
//如果在方法內(nèi)部對obj轉(zhuǎn)型到數(shù)組，存在類型轉(zhuǎn)換異常的風險
// Object[] objs = (Object[]) obj;
}
private static void doArray2(String[] strs){
//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
}
private static void doArray3(String name, int age, String id, float account){
//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
}

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

[java] view plain copy

package com.pansoft.zhangjg.testarray;
public class ArrayTest {
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
test1();
test2();
test3();
}
/**
* 數(shù)組具有這種特性：
* 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
* 測試數(shù)組的特殊特性對參數(shù)傳遞的便利性
*/
private static void test3() {
String[] a = new String[3];
doArray(a);
}
private static void doArray(Object[] objs){
}
private static void doArray1(Object obj){
//不能用Object接收數(shù)組，因為這樣無法對數(shù)組的元素進行訪問
// obj[1] //錯誤
//如果在方法內(nèi)部對obj轉(zhuǎn)型到數(shù)組，存在類型轉(zhuǎn)換異常的風險
// Object[] objs = (Object[]) obj;
}
private static void doArray2(String[] strs){
//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
}
private static void doArray3(String name, int age, String id, float account){
//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
}
/**
* 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)
*/
private static void test2() {
//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
int[] a = new int[8];
Object obj = a ; //數(shù)組的父類也是Object,可以將a向上轉(zhuǎn)型到Object
//2 那么能向下轉(zhuǎn)型嗎?
int[] b = (int[])obj; //可以進行向下轉(zhuǎn)型
//3 能使用instanceof關(guān)鍵字判定嗎?
if(obj instanceof int[]){ //可以用instanceof關(guān)鍵字進行類型判定
System.out.println("obj的真實類型是int[]");
}
//4 下面代碼成立嗎?
String[] s = new String[5];
Object[] obja = s; //成立,說明可以用Object[]的引用來接收String[]的對象
//5 那么String[] 的直接父類是Object[] 還是 Object?
System.out.println(s.getClass().getSuperclass().getName());
//打印結(jié)果為java.lang.Object,說明String[] 的直接父類是 Object而不是Object[]
//6 下面成立嗎? Father是Son的直接父類
Son[] sons = new Son[3];
Father[] fa = sons; //成立
//7 那么Son[] 的直接父類是Father[] 還是 Object[] 或者是Object?
System.out.println(sons.getClass().getSuperclass().getName());
//打印結(jié)果為java.lang.Object,說明Son[]的直接父類是Object
/**
* 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
* 但是B[]的直接父類是Object, 所有數(shù)組的父類都是Object
*/
//8 上面的結(jié)論可以擴展到二維數(shù)組
Son[][] sonss = new Son[2][4];
Father[][] fathers = sonss;
//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[]
//因為Father[]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,Father[][]的引用可以指向Son[][]類型的對象
/**
* 擴展結(jié)論:
* 因為Object是所有引用類型的父類
* 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:
* Object[] objs = new String[1];
* Object[] objs = new Son[1];
*
*/
//9 下面的代碼成立嗎?
int[] aa = new int[4];
//Object[] objaa = aa; //錯誤的，不能通過編譯
//這是錯誤的, 因為Object不是int的父類,在這里自動裝箱不起作用
//10 這樣可以嗎？
Object[] objss = {"aaa", 1, 2.5};//成立
}
/**
* 測試在java語言中,數(shù)組是不是對象
* 如果是對象, 那么他的類型是什么?
*/
private static void test1() {
int[] a = new int[4];
//a.length; //對屬性的引用不能當成語句
int len = a.length; //數(shù)組中保存一個字段, 表示數(shù)組的長度
//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
a.clone();
a.toString();
/**
* java是強類型的語言,一個對象總會有一個特定的類型,例如 Person p = new Person();
* 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
* 那么數(shù)組的類型是什么呢? 下面使用反射的方式進行驗證
*/
int[] a1 = {1, 2, 3, 4};
System.out.println(a1.getClass().getName());
//打印出的數(shù)組類的名字為[I
String[] s = new String[2];
System.out.println(s.getClass().getName());
//打印出的數(shù)組類的名字為 [Ljava.lang.String;
String[][] ss = new String[2][3];
System.out.println(ss.getClass().getName());
//打印出的數(shù)組類的名字為 [[Ljava.lang.String;
/**
* 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
* 的類, 而是虛擬機在運行時專門創(chuàng)建的類
* 類型的命名規(guī)則是:
* 每一維度用一個[表示;
* [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,那么他的類型應該是String[],
* 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
*/
}
public static class Father {
}
public static class Son extends Father {
}
}