重新认识java（十一）---- java中的数组

面向对象的一些知识暂时告一段落，从本文开始，进入java语法的重学阶段~

初识数组

什么是数组

数组：相同类型的、用一个标识符名称封装到一起的一个对象序列或基本类型数据序列。

数组的定义及初始化

定义及动态初始化

• 方式一，java推荐用法： type [] 变量名 = new type[数组中元素的个数];

　　//举例
　　int[] a = new int[10];
   for (int i = 0; i < a.length; i++){
       a[i] = new Random().nextInt();
   }

• 方式二，c语言用法（不推荐）： type 变量名 [] = new type[数组中元素的个数];

　　 int a[] = new int[10];
    for (int i = 0; i < a.length; i++){
        a[i] = new Random().nextInt();
    }

以上两种方式都叫做动态初始化，也就是说，只有当程序运行以后，你才能知道数组里到底存了哪些数据。方式二的命名方式c和c++程序员比较熟悉，但是java官方推荐使用第一种，一看就能知道，这是一个int型的数组，叫a。

静态初始化

int[] b = new int[]{1,2,3};

在定义数组的时候直接初始化，大括号里的值就是数组的值。

隐式初始化

int[] c = {1,2,3};

可以不写new，直接使用大括号初始化，但是本质上还是调用了new的，只是可以不写出来而已，所以叫隐式初始化。

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最后，我们回过头来仔细的研究一下下面这一句代码：

int[] a = new int[10];

这句代码做了哪些事呢？

1. int[] a: 定义了一个int型数组的引用，名字叫做a，存放在栈中。
2. new int[10]：初始化一个长度为10的int型数组，在堆中开辟相应大小的内存。
3. int[] a = new int[10]：将堆中开辟的数组的内存地址赋给数组引用a。

这样就可以通过a这个变量，来操作这个数组了。

是不是觉得这个过程很熟悉？没错！我们创建一个对象的过程也是这样的！那这是不是证明，数组其实是一个对象呢？我们后面会详细分析。

数组的使用

数组自身的使用

数组是使用方式大家应该都很清楚了，我这里简单的提一下。

数组的遍历

• 方式一：for循环

      for (int i = 0; i < myList.length; i++) {
          System.out.println(myList[i] + " ");
      }

• 方式二：foreach循环

      for (int element: myList) {
         System.out.println(element);
      } 

数组长度

int length = myList.length;

java中的每个数组都有一个名为length的属性，表示数组的长度。

length属性我们后面会详细分析。

数组元素不为基本数据类型

数组是可以存放任意类型的数据的，不一定非得是基本数据类型。数组元素不为基本原生数据类型时，存放的是引用类型，而不是对象本身。当生成对象之后，引用才指向对象，否则引用为null。

        Person[] p = new Person[3];

        //未生成对象时，引用类型均为空
        System.out.println(p[0]);


        //生成对象之后，引用指向对象
        p[0] = new Person(10);
        p[1] = new Person(20);
        p[2] = new Person(30);

        for(int i = 0; i < p.length; i++){
            System.out.println(p[i].age);
        }

数组作为方法的参数

public void printArray(int[] array) {
  for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    System.out.print(array[i] + " ");
  }
}

数组作为方法的返回值

public int[] reverse(int[] list) {
  int[] result = new int[list.length];

  for (int i = 0, j = result.length - 1; i < list.length; i++, j--) {
    result[j] = list[i];
  }
  return result;
}

数组内容的输出

首先，这样写是不对的。

public static void main(String[] args) {
    int a[]={1,9};
    System.out.println(a.toString());
}
//[I@61bbe9ba

这输出的是什么奇怪的东西？我们先不管，后面会详细说。那怎么输出数组呢？

方式一：

    public static void main(String [] args){
        int a[]={1,9};
        for (int i : a){
            System.out.println(i);
        }
    }

方式二：

    public static void main(String [] args){
        int a[]={1,9};
        System.out.println(Arrays.toString(a));
    }

数组内容的比较

数组内容的比较可以使用equals()方法吗？
　　
看代码：

public class ArrayTest{
      public static void main(String[] args){
             int[] a = {1, 2, 3};
             int[] b = {1, 2, 3};

             System.out.println(a.equals(b));
             //结果是false。
      }    
}

所以证明不能直接用equals()方法比较数组内容，因为没有override Object中的实现，所以仍采用其实现，即采用==实现equals()方法，比较是否为同一个对象。

Object类中的equals方法默认使用==实现的，至于为什么数组也能使用equals方法，我们后面再分析。

　　怎么比较呢？一种解决方案是自己写代码，另一种方法是利用java.util.Arrays。

　　java.util.Arrays中的方法全是static的。其中包括了equals()方法的各种重载版本。

　　代码如下：

import java.util.Arrays;
public class ArrayEqualsTest{

    public static boolean isEquals(int[] a, int[] b){
        if( a == null || b == null ){ 
            return false;
        }
        if(a.length != b.length){
            return false;
        }
        for(int i = 0; i < a.length; ++i ){
            if(a[i] != b[i]){
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    public static void main(String[] args){
        int[] a = {1, 2, 3};
        int[] b = {1, 2, 3};

        System.out.println(isEquals(a,b));
        System.out.println(Arrays.equals(a,b));
    }
}

Arrays类的使用

java.util.Arrays 类能方便地操作数组，它提供的所有方法都是静态的。

具有以下功能：

• 给数组赋值：通过 fill 方法。
• 对数组排序：通过 sort 方法,按升序。
• 比较数组：通过 equals 方法比较数组中元素值是否相等。
• 查找数组元素：通过 binarySearch 方法能对排序好的数组进行二分查找法操作。
• …….

我觉得这些大家也都知道，我就不细说了，重点在后面。

数组的高级应用

二维数组

二维数组是数组的数组。其实java只有一维数组，但是由于数组可以存放任意类型的数据，当然也就可以存放数组了，这个时候，就可以模拟多维数组了。

基本的定义方式同样有两种，如：

　　type[][] i = new type[2][3];//（推荐）

　　type i[][] = new type[2][3];

变长的二维数组

二维数组的每个元素都是一个一维数组，这些数组不一定都是等长的。

声明二维数组的时候可以只指定第一维大小，空缺出第二维大小，之后再指定不同长度的数组。但是注意，第一维大小不能空缺（不能只指定列数不指定行数）。

public class ArrayTest4{
    public static void main(String[] args){
        //二维变长数组
        int[][] a = new int[3][];
        a[0] = new int[2];
        a[1] = new int[3];
        a[2] = new int[1];

        //Error: 不能空缺第一维大小
        //int[][] b = new int[][3];
    }
}

二维数组也可以在定义的时候初始化，使用花括号的嵌套完成，这时候不指定两个维数的大小，并且根据初始化值的个数不同，可以生成不同长度的数组元素。

int[][] c = new int[][]{{1, 2, 3},{4},{5, 6, 7, 8}};

可变参数

有的时候，你需要一个方法，但是你在调用它之前不知道要传递几个参数给他，这个时候你就需要可变参数了。

public static void main(String [] args){
    System.out.println(add(2,3));
    System.out.println(add(2,3,5));
}
public static int add(int x,int ...args){
    int sum=x;
    for(int i=0;i<args.length;i++){
        sum+=args[i];
    }
    return sum;
}

那个奇怪的int ...args就是可变参数，这样你就可以传递任意个你想传递的数据了。

java把可变参数当做数组处理。

注意：可变参数必须位于最后一项。当可变参数个数多余一个时，必将有一个不是最后一项，所以只支持有一个可变参数。因为参数个数不定，所以当其后边还有相同类型参数时，java无法区分传入的参数属于前一个可变参数还是后边的参数，所以只能让可变参数位于最后一项。

可变参数实质上是一个数组，所以下面这样重载是不可以的！

private int sumUp(int... values) {
}
private int sumUp(int[] values) {
}

尽管在背地里，编译器会把能匹配不确定个实参的形参，转化为数组形参；而且也可以用数组包了实参，再传递给实参个数可变的方法；但是，这并不表示“能匹配不确定个实参的形参”和“数组形参”完全没有差异。

一个明显的差异是，如果按照调用实参个数可变的方法的形式，来调用一个最后一个形参是数组形参的方法，只会导致一个“cannot be applied to”的编译错误。

比如：

private static void testOverloading(int[] i) {
    System.out.println("A");
}
public static void main(String[] args) {
    testOverloading(1, 2, 3);//编译出错
}

这样是不行的。

除此之外，可变参数是不可以使用泛型的，关于泛型，我们下一篇文章会详细讲解。

可变参数还有许多其他的坑，感兴趣的可以详细了解一下，我就不多说了。毕竟。。打字好累啊。

数组复制

int[] a = new int[]{1,2};
int[] b = a;
b [1] = 5;

这个时候a[1]也变成了5，为什么会这样？就不用我多说了吧，所以，要拷贝一个数组，还是需要些技巧的：

方式一：System.arraycopy的用法

int[] src = {1,3,5,7,9,11,13,15,17};

int[] dest = {2,4,6,8,10,12,14,16,18,20};

//从src中的第一个元素起复制三个元素，即1，3，5复盖到dest第2个元素开始的三个元素

System.arraycopy(src, 0, dest, 1, 3);

System.out.println(Arrays.toString(dest));

//[2, 1, 3, 5, 10, 12, 14, 16, 18, 20]

方式二：Arrays.copyOf的用法

int[] src = {1,3,5,7,9,11,13,15,17};

int[] dest = {2,4,6,8,10,12,14,16,18,20};

//copyOf(是复制src数组从0开始的两个元素到新的数组对象)

int[] copyof=Arrays.copyOf(src, 2);

System.out.println(Arrays.toString(copyof));

//[1, 3]

方式三：Arrays.copyOfRange的用法

nt[] src = {1,3,5,7,9,11,13,15,17};

int[] dest = {2,4,6,8,10,12,14,16,18,20};

//copyRange(从src数组中从0开始的第二个元素到第五个元素复制到新数组，含头不含尾)

int[] copyofRange=Arrays.copyOfRange(src, 2,6);

System.out.println(Arrays.toString(copyofRange));

//[5, 7, 9, 11]

数组到底是什么

说了那么多，那么，数组究竟是个什么东西呢？

我们来看看数组有没有什么可以用的方法：

哟，还真有？怎么看着这么像Object类里那几个方法啊!这其中，必有蹊跷。

来看这段代码：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = new int[10];
        System.out.println("array的父类是：" + array.getClass().getSuperclass());
        System.out.println("array的类名是：" + array.getClass().getName());
    }
}

//array的父类是：class java.lang.Object
//array的类名是：[I

从上面示例可以看出,数组的是Object的直接子类,它属于“第一类对象”，但是它又与普通的java对象存在很大的不同，从它的类名就可以看出：[I，这是什么东东？？

我们再看如下示例：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array_00 = new int[10];
        System.out.println("一维数组：" + array_00.getClass().getName());
        int[][] array_01 = new int[10][10];
        System.out.println("二维数组：" + array_01.getClass().getName());

        int[][][] array_02 = new int[10][10][10];
        System.out.println("三维数组：" + array_02.getClass().getName());
    }
}

//一维数组：[I
//二维数组：[[I
//三维数组：[[[I

通过这个实例我们知道：[代表了数组的维度，一个[表示一维，两个[表示二维。可以简单的说数组的类名由若干个’[‘和数组元素类型的内部名称组成。不清楚我们再看：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Object[]:" + Object[].class);
        System.out.println("Object[][]:" + Object[][].class);
        System.err.println("Object[][][]:" + Object[][][].class);
        System.out.println("Object:" + Object.class);
    }
}

//Object[]:class [Ljava.lang.Object;
//Object[][]:class [[Ljava.lang.Object;
//Object[][][]:class [[[Ljava.lang.Object;
//Object:class java.lang.Object

从这个实例我们可以看出数组的“庐山真面目”。同时也可以看出数组和普通的Java类是不同的，普通的java类是以全限定路径名+类名来作为自己的唯一标示的，而数组则是以若干个[+L+数组元素类全限定路径+类来最为唯一标示的。这个不同也许在某种程度上说明了数组也普通java类在实现上存在很大的区别，也许可以利用这个区别来使得JVM在处理数组和普通java类时作出区分。

我们在jdk中并没有找到一个可以代表数组的类，但是数组的的确确是Object类的一个子类，那么，它究竟是从哪冒出来的呢？

数组是对象

首先，数组是对象！

但是这个数组对象并不是从某个类实例化来的，而是由JVM直接创建的，因此查看类名的时候会发现是很奇怪的样子，这个直接创建的对象的父类就是Object，所以可以调用Object中的所有方法，包括你用到的toString()。

所以我们之前的输出问题就很明显了，因为调用的toString()方法是来自于Object的，这个方法的实现是

public String toString() {
    return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}

所以就打出了类似于[I@61bbe9ba这样的稀奇古怪的数字。
如果要输出“{1,9}”这样的内容，可以写一个循环逐个输出，或者使用Arrays.toString()输出。

数组的length属性也是jvm添加的，数组一初始化，jvm就会给它一个固定的length【属性】，在它的生命周期中不可变。

数组的协变

java中数组为什么要设计为协变的？
比如：

Number[] num = new Integer[10]; 
num[0] = 2.1; 

这样的语句可以通过编译，而在运行时会错误。

那为何不禁止数组协变，在编译期间就指出错误呢？

因为SE5之前还没有泛型，但很多代码迫切需要泛型来解决问题。

举个例子，比较两个数组是否“值相等“的Arrays.equals( )方法。因为底层实现调用的是Object.equals( )方法，和数组中元素的具体类型无关。

for (int i=0; i<length; i++) {
    Object o1 = a[i];
    Object o2 = a2[i];
    if (!(o1==null ? o2==null : o1.equals(o2)))
        return false;
}

所以不想让每个类型都要重新定义Arrays.equals( )方法。而是”泛化“地接受任何元素类型的数组为参数，就像现在这样：

public static boolean equals(Object[] a, Object[] a2) {
    ... ...
}

要让Object[]能接受所有数组类型，那个时候又没有泛型，最简单的办法就是让数组接受协变，把String[]，Integer[]都定义成Object[]的派生类，然后多态就起作用了。

但为什么数组设计成”协变“不会有大问题呢？这是基于数组的一个独有特性：

数组记得它内部元素的具体类型，并且会在运行时做类型检查。

这就是上面的代码能通过编译，但运行时报错的原因：

Number[] num = new Integer[10]; 
num[0] = 2.1;     //Error

num变量记得它内部元素是Integer。所以运行时给它插入double型的时候不让执行。

这反而是数组的优点，也是当初”敢于“把数组设计成协变的原因。虽然向上转型以后，编译期类型检查放松了，但因为数组运行时对内部元素类型看得紧，不匹配的类型还是插不进去的。

这也是为什么容器Collection不能设计成协变的原因。Collection不做运行时类型检查，比较耿直。还是题主Number的例子，如果Collection接受”协变“，List的引用能传给List：

List<Integer> integerList = new ArrayList<Integer>();
List<Number> num = integerList; // 假设现在容器接受”协变“

这时候我想往List里插入一个Double。它不会像数组这样”坚贞“，它将”安静“地接受。

num.add(new Double(2.1));

然后当我们从原先的integerList里面取东西，才会发现出问题了。虽然看上去从integerList里取Integer，我们的操作无可指责。但取出来的却是Double型。

Integer itg=integerList.get(0);    //BOOM！

于其到拿出来之后才发现不对，那还不如当初就不让插入。这就是数组的好处。

而且，在引入了通配符（Wildcard）之后，协变的功能也已经被实现了。而且配合通配符的”上界“和”下界“一起用，容器内元素的类型还是受到严格控制的，虽然有点复杂。

List<? extends Number> derivedNum=new ArrayList<Integer>();

所以总的来说，虽然数组的协变不是一个完美的设计，但也不能算非常烂。起码还能用，没有捅出大篓子。而且数组又不支持泛型，底层类库到处是Object[]，现在也不可能改了。

数组不支持泛型

比如：

List<String>[] l = new ArrayList<String>[10]; 

会报错，无法编译通过

根本的原因是：数组在创建的时候必须知道内部元素的类型，而且一直都会记得这个类型信息，每次往数组里添加元素，都会做类型检查。

但因为Java泛型是用擦除（Erasure）实现的，运行时类型参数会被擦掉。所以对于泛型数组，编译器看不到泛型的String类型参数。数组由于无法确定所持有元素的类型，所以不允许初始化。

具体我们会在下一篇《泛型》中详细说明。

内存中的数组

数组的内存模型

• 一维数组：int arr[] = new int[3];

  

• 二维数组：

int[ ][ ] arr = new int[3][ ];  
arr[0] = new int[3];  
arr[1] = new int[5];  
arr[2] = new int[4];  

总结

• 数组的定义推荐使用int[] a方式。
• 数组的长度是不可变的。
• 数组是特殊的对象，父类是Object类。
• java不支持泛型数组。
• 数组是协变的。
• 数组中可以保存任意类型的数据，从而可以创建多维数组。

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引用：
《java编程思想》
《java核心卷一》
https://www.zhihu.com/question/21394322
http://www.cnblogs.com/jjdcxy/p/5870524.html
http://blog.csdn.net/renfufei/article/details/15503469
http://www.cnblogs.com/chenssy/p/3463719.html