--- title: 深入理解 Java 数组 date: 2019-05-06 15:02:02 order: 05 categories: - Java - JavaCore - 基础特性 tags: - Java - JavaCore - 数组 permalink: /pages/b5e16557/ --- # 深入理解 Java 数组 ## 简介 ### 数组的特性 数组对于每一门编程语言来说都是重要的数据结构之一，当然不同语言对数组的实现及处理也不尽相同。几乎所有程序设计语言都支持数组。 数组代表一系列对象或者基本数据类型，所有相同的类型都封装到一起，采用一个统一的标识符名称。 **数组的定义和使用需要通过方括号 `[]`。** > **Java 中，数组是一种引用类型。** > > **Java 中，数组是用来存储固定大小的同类型元素。** ### 数组和容器 Java 中，既然有了强大的容器，是不是就不需要数组了？ 答案是不。 诚然，大多数情况下，应该选择容器存储数据。 但是，数组也不是毫无是处： - Java 中，数组是一种效率最高的存储和随机访问对象引用序列的方式。**数组的效率要高于容器**（如 `ArrayList`）。 - **数组可以持有值类型，而容器则不能**（这时，就必须用到包装类）。 ### Java 数组的本质是对象 **Java 数组的本质是对象**。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。 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。 > 扩展阅读：[Java 中数组的特性](https://blog.csdn.net/zhangjg_blog/article/details/16116613#t1) > > 如果想要论证 **Java 数组本质是对象**，不妨一读这篇文章。 ### Java 数组和内存 Java 数组在内存中的存储是这样的： 数组对象（这里可以看成一个指针）存储在栈中。 数组元素存储在堆中。 如下图所示：只有当 JVM 执行 `new String[]` 时，才会在堆中开辟相应的内存区域。数组对象 array 可以视为一个指针，指向这块内存的存储地址。 ![img](https://raw.githubusercontent.com/dunwu/images/master/snap/1552473482942.png) ## 声明数组 声明数组变量的语法如下： ```java int[] arr1; // 推荐风格 int arr2[]; // 效果相同 ``` ## 创建数组 Java 语言使用 `new` 操作符来创建数组。有两种创建数组方式： - 指定数组维度 - 为数组开辟指定大小的数组维度。 - 如果数组元素是基础数据类型，会将每个元素设为默认值；如果是引用类型，元素值为 `null`。 - 不指定数组维度 - 用花括号中的实际元素初始化数组，数组大小与元素数相同。 示例 1： ```java public class ArrayDemo { public static void main(String[] args) { int[] array1 = new int[2]; // 指定数组维度 int[] array2 = new int[] { 1, 2 }; // 不指定数组维度 System.out.println("array1 size is " + array1.length); for (int item : array1) { System.out.println(item); } System.out.println("array2 size is " + array1.length); for (int item : array2) { System.out.println(item); } } } // Output: // array1 size is 2 // 0 // 0 // array2 size is 2 // 1 // 2 ``` > 💡 **说明** > 请注意数组 array1 中的元素虽然没有初始化，但是 length 和指定的数组维度是一样的。这表明**指定数组维度后，无论后面是否初始化数组中的元素，数组都已经开辟了相应的内存**。 > > 数组 array1 中的元素都被设为默认值。 示例 2： ```java public class ArrayDemo2 { static class User {} public static void main(String[] args) { User[] array1 = new User[2]; // 指定数组维度 User[] array2 = new User[] {new User(), new User()}; // 不指定数组维度 System.out.println("array1: "); for (User item : array1) { System.out.println(item); } System.out.println("array2: "); for (User item : array2) { System.out.println(item); } } } // Output: // array1: // null // null // array2: // io.github.dunwu.javacore.array.ArrayDemo2$User@4141d797 // io.github.dunwu.javacore.array.ArrayDemo2$User@68f7aae2 ``` > 💡 **说明** > > 请将本例与示例 1 比较，可以发现：如果使用指定数组维度方式创建数组，且数组元素为引用类型，则数组中的元素元素值为 `null`。 ### 数组维度的形式 创建数组时，指定的数组维度可以有多种形式： - 数组维度可以是整数、字符。 - 数组维度可以是整数型、字符型变量。 - 数组维度可以是计算结果为整数或字符的表达式。 示例： ```java public class ArrayDemo3 { public static void main(String[] args) { int length = 3; // 放开被注掉的代码，编译器会报错 // int[] array = new int[4.0]; // int[] array2 = new int["test"]; int[] array3 = new int['a']; int[] array4 = new int[length]; int[] array5 = new int[length + 2]; int[] array6 = new int['a' + 2]; // int[] array7 = new int[length + 2.1]; System.out.println("array3.length = [" + array3.length + "]"); System.out.println("array4.length = [" + array4.length + "]"); System.out.println("array5.length = [" + array5.length + "]"); System.out.println("array6.length = [" + array6.length + "]"); } } // Output: // array3.length = [97] // array4.length = [3] // array5.length = [5] // array6.length = [99] ``` > 💡 **说明** > > 当指定的数组维度是字符时，Java 会将其转为整数。如字符 `a` 的 ASCII 码是 97。 > > 综上，**Java 数组的数组维度可以是常量、变量、表达式，只要转换为整数即可**。 > > 请留意，有些编程语言则不支持这点，如 C/C++ 语言，只允许数组维度是常量。 ### 数组维度的大小 **数组维度并非没有上限的，如果数值过大，编译时会报错。** ```java int[] array = new int[6553612431]; // 数组维度过大，编译报错 ``` 此外，**数组过大，可能会导致栈溢出**。 ## 访问数组 **Java 中，可以通过在 `[]` 中指定下标，访问数组元素，下标位置从 0 开始。** ```java public class ArrayDemo4 { public static void main(String[] args) { int[] array = {1, 2, 3}; for (int i = 0; i < array.length; i++) { array[i]++; System.out.println(String.format("array[%d] = %d", i, array[i])); } } } // Output: // array[0] = 2 // array[1] = 3 // array[2] = 4 ``` > 💡 **说明** > > 上面的示例中，从 0 开始，使用下标遍历数组 array 的所有元素，为每个元素值加 1 。 ## 数组的引用 **Java 中，数组类型是一种引用类型**。 因此，它可以作为引用，被 Java 函数**作为函数入参或返回值**。 数组作为函数入参的示例： ```java public class ArrayRefDemo { private static void fun(int[] array) { for (int i : array) { System.out.print(i + "\t"); } } public static void main(String[] args) { int[] array = new int[] {1, 3, 5}; fun(array); } } // Output: // 1 3 5 ``` 数组作为函数返回值的示例： ```java public class ArrayRefDemo2 { /** * 返回一个数组 */ private static int[] fun() { return new int[] {1, 3, 5}; } public static void main(String[] args) { int[] array = fun(); System.out.println(Arrays.toString(array)); } } // Output: // [1, 3, 5] ``` ## 泛型和数组 通常，数组和泛型不能很好地结合。你不能实例化具有参数化类型的数组。 ```java Peel[] peels = new Pell[10]; // 这行代码非法 ``` Java 中不允许直接创建泛型数组。但是，可以通过创建一个类型擦除的数组，然后转型的方式来创建泛型数组。 ```java public class GenericArrayDemo { static class GenericArray { private T[] array; public GenericArray(int num) { array = (T[]) new Object[num]; } public void put(int index, T item) { array[index] = item; } public T get(int index) { return array[index]; } public T[] array() { return array; } } public static void main(String[] args) { GenericArray genericArray = new GenericArray(4); genericArray.put(0, 0); genericArray.put(1, 1); Object[] array = genericArray.array(); System.out.println(Arrays.deepToString(array)); } } // Output: // [0, 1, null, null] ``` > 扩展阅读：https://www.cnblogs.com/jiangzhaowei/p/7399522.html > > 我认为，对于泛型数组的理解，点到为止即可。实际上，真的需要存储泛型，还是使用容器更合适。 ## 多维数组 多维数组可以看成是数组的数组，比如二维数组就是一个特殊的一维数组，其每一个元素都是一个一维数组。 Java 可以支持二维数组、三维数组、四维数组、五维数组。。。 但是，以正常人的理解能力，一般也就最多能理解三维数组。所以，请不要做反人类的事，去定义过多维度的数组。 多维数组使用示例： ```java public class MultiArrayDemo { public static void main(String[] args) { Integer[][] a1 = { // 自动装箱 {1, 2, 3,}, {4, 5, 6,}, }; Double[][][] a2 = { // 自动装箱 { {1.1, 2.2}, {3.3, 4.4} }, { {5.5, 6.6}, {7.7, 8.8} }, { {9.9, 1.2}, {2.3, 3.4} }, }; String[][] a3 = { {"The", "Quick", "Sly", "Fox"}, {"Jumped", "Over"}, {"The", "Lazy", "Brown", "Dog", "and", "friend"}, }; System.out.println("a1: " + Arrays.deepToString(a1)); System.out.println("a2: " + Arrays.deepToString(a2)); System.out.println("a3: " + Arrays.deepToString(a3)); } } // Output: // a1: [[1, 2, 3], [4, 5, 6]] // a2: [[[1.1, 2.2], [3.3, 4.4]], [[5.5, 6.6], [7.7, 8.8]], [[9.9, 1.2], [2.3, 3.4]]] // a3: [[The, Quick, Sly, Fox], [Jumped, Over], [The, Lazy, Brown, Dog, and, friend]] ``` ## Arrays 类 Java 中，提供了一个很有用的数组工具类：Arrays。 它提供的主要操作有： - `sort` - 排序 - `binarySearch` - 查找 - `equals` - 比较 - `fill` - 填充 - `asList` - 转列表 - `hash` - 哈希 - `toString` - 转字符串 > 扩展阅读：https://juejin.im/post/5a6ade5c518825733e60acb8 ## 小结 ![img](https://raw.githubusercontent.com/dunwu/images/master/snap/1553753908349.png) ## 参考资料 - [Java 编程思想](https://book.douban.com/subject/2130190/) - [Java 核心技术（卷 1）](https://book.douban.com/subject/3146174/) - [Java 中数组的特性](https://blog.csdn.net/zhangjg_blog/article/details/16116613#t1) - https://juejin.im/post/59cae3de6fb9a00a4551915b - https://www.cnblogs.com/jiangzhaowei/p/7399522.html - https://juejin.im/post/5a6ade5c518825733e60acb8