你真的了解Java中的数组吗?
数组是基本上所有语言都会有的一种数据类型,它表示一组相同类型的数据的集合,具有固定的长度,并且在内存中占据连续的空间。在C,C++等语言中,数组的定义简洁清晰,而在Java中确有一些会让人迷惑的特性,往往让初学者发蒙。本文就尝试分析这些特性。
问题一:Java中的数组是对象吗?
要判断数组是不是对象,那么首先明确什么是对象?在较高的层面上,对象是根据某个类创建出来的一个实例,表示某类事物中一个具体的个体。对象具有各种属性,并且具有一些特定的行为。而在较低的层面上,站在计算机的角度,对象就是堆内存中的一个区域,在这个内存块中封装了一些数据(即类中定义的各个属性值),所以,对象是用来封装数据的。以下为一个Teacher对象在内存中的表示:Teacher tea = new Teacher(“燕姐”,34);
注意:
1)矩形表示一个引用(地址)或一个基本类型的数据,椭圆表示一个对象,多个矩形组合在一块,可组成一个对象。
2)name在对象中只表示一个引用, 也就是一个地址值,它指向一个真实存在的字符串对象。在这里严格区分了引用和对象。
那么在Java中,数组满足以上的条件吗?
在较高的层面上,数组不是某类事物中的一个具体的个体,而是多个个体的集合。那么它应该不是对象。而在计算机的角度,数组也是一个内存块,也封装了一些数据,这样的话也可以称之为对象。以下是一个数组在内存中的表示:int[] arr = {1,2,3,4,5};
这样的话, 数组既可以是对象, 也可以不是对象。至于到底是不是把数组当做对象,全凭Java的设计者决定。
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在数组arr上, 可以访问它的属性,也可以调用一些方法。这基本上可以认定,java中的数组也是对象,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,在Java中数组是对象。
而在C++中,数组虽然封装了数据,但数组名只是一个指针,指向数组中的首个元素,既没有属性,也没有方法可以调用。如下代码所示:
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所以C++中的数组不是对象,只是一个数据的集合,而不能当做对象来使用。
问题二:Java中数组的类型
Java是一种强类型的语言。既然是对象, 那么就必须属于一个类型,比如根据Person类创建一个对象,这个对象的类型就是Teacher。那么数组的类型是什么呢?看下面的代码:
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所以,数组也是有类型的。只是这个类型显得比较奇怪。而且我们没有自己创建这个类,也没有在Java的标准库中找到这个类。
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这只能有一个解释,那就是虚拟机自动创建了数组类型,可以把数组类型和8种基本数据类型一样, 当做java的内建类型。这种类型的命名规则是这样的:
- 每一维度用一个[表示;开头两个[,就代表是二维数组。
- [后面是数组中元素的类型(包括基本数据类型和引用数据类型)
在java语言层面上,s是数组,也是一个对象,那么他的类型应该是String[],这样说是合理的。但是在JVM中,他的类型为[java.lang.String。顺便说一句普通的类在JVM里的类型为“包名.类名”,也就是全限定名。同一个类型在java语言中和在虚拟机中的表示可能是不一样的。
问题三:Java中数组的继承关系
上面已经验证了,数组是对象,也就是说可以以操作对象的方式来操作数组。并且数组在虚拟机中有它特别的类型。既然是对象,遵循Java语言中的规则:Object是上帝, 也就是说所有类的顶层父类都是Object。数组的顶层父类也必须是Object,这就说明数组对象可以向上直接转型到Object,也可以向下强制类型转换,也可以使用instanceof关键字做类型判定。 这一切都和普通对象一样。如下代码所示:
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问题四:Java中数组的另一种“继承”关系
如下代码是正确的,却很容易让我们疑惑:
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Object[]类型的引用可以指向String[]类型的数组对象?难道说String[]继承自Object[],而Object[]又继承自Object? 让我们通过反射的方式来验证这个问题:
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打印结果为java.lang.Object,说明String[] 的直接父类是 Object而不是Object[]。由代码可知,String[]的直接父类就是Object而不是Object[]。可是Object[]的引用明明可以指向String[]类型的对象。那么他们的继承关系有点像这样:
这样的话就违背了Java单继承的原则。String[]不可能即继承Object,又继承Object[]。上面的类图肯定是错误的。那么只能这样解释:数组类直接继承了Object,关于Object[]类型的引用能够指向String[]类型的对象,这种情况只能是Java语法之中的一个特例,并不是严格意义上的继承。也就是说,String[]不继承自Object[],但是我可以允许你向上转型到Object[],这种特性是赋予你的一项特权。
其实这种关系可以这样表述: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
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上面的结论可以扩展到二维数组和多维数组:
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上面的代码可以这样理解:将Father[][]数组看成是一维数组, 这是个数组中的元素为Father[],将Son[][]数组看成是一维数组, 这是个数组中的元素为Son[],因为Father[]类型的引用可以指向Son[]类型的对象,所以,根据上面的结论,Father[][]的引用可以指向Son[][]类型的对象。
但是,数组的这种用法不能作用于基本类型数据:
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这是错误的, 因为int不是引用类型,Object不是int的父类
Java为什么会为数组提供这样一种语法特性呢?也就是说这种语法有什么作用?编写过Android中Sqlite数据库操作程序的同学可能发现过这种现象,用一个Object[]引用接收所有的数组对象,在编译SQL语句时,为SQL语句中的占位符提供对应的值。
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所以这种特性主要是用于方法中参数的传递。如果不传递数组,而是依次传递各个值,会使方法参数列表变得冗长。如果使用具体的数组类型,如String[],那么就限定了类型,失去了灵活性。所以传递数组类型是一种比较好的方式。但是如果没有上面的数组特性(即如果有两个类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),那么数组类型就只能通过Object类型接收,这样就无法在方法内部访问或遍历数组中的各个元素。如下代码:
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到此为止,数组的特性就总结完了。你明白了吗?