重新认识java(十一)---- java中的数组

    xiaoxiao2021-03-25  119

    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。


    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?

    int[] a: 定义了一个int型数组的引用,名字叫做a,存放在栈中。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。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。

    本篇文章就到这里。如果文章内容有什么错误或者更好的理解,请及时与我联系。

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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

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