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
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。
声明数组
声明数组变量的语法如下:
1 2
| int[] arr1; int arr2[];
|
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:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
| public class ArrayDemo { public static void main(String[] args) { int[] array1 = new int[2]; int[] array2 = new int[] { 1, 2 };
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); } } }
|
💡 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:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
| public class ArrayDemo2 { static class User {}
public static void main(String[] args) { User[] array1 = new User[2]; User[] array2 = new User[] {new User(), new User()};
System.out.println("array1: "); for (User item : array1) { System.out.println(item); }
System.out.println("array2: "); for (User item : array2) { System.out.println(item); } } }
|
💡 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:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
| public class ArrayDemo3 { public static void main(String[] args) { int length = 3; int[] array3 = new int['a']; int[] array4 = new int[length]; int[] array5 = new int[length + 2]; int[] array6 = new int['a' + 2]; 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 + "]"); } }
|
💡 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。
1
| int[] array = new int[6553612431];
|
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。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
| 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])); } } }
|
💡 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:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
| 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); } }
|
数组作为函数返回值的示例:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
| public class ArrayRefDemo2 {
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)); } }
|
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。
1
| Peel<Banana>[] peels = new Pell<Banana>[10];
|
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。
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| public class GenericArrayDemo<T> {
static class GenericArray<T> { 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<Integer> genericArray = new GenericArray<Integer>(4); genericArray.put(0, 0); genericArray.put(1, 1); Object[] array = genericArray.array(); System.out.println(Arrays.deepToString(array)); } }
|
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:
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| public class MultiArrayDemo { public static void main(String[] args) { Integer[][] a1 = { {1, 2, 3,}, {4, 5, 6,}, }; Double[][][] 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} }, }; 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)); } }
|
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
参考资料