深入理解 Java 數(shù)組
雖然在平常開(kāi)發(fā)中，使用集合（容器）的頻率比數(shù)組高得多，不過(guò)集合的底層也是通過(guò)數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而且，盡管集合相比數(shù)組來(lái)說(shuō)強(qiáng)大得多，但是其執(zhí)行效率遠(yuǎn)不及數(shù)組。所以在講集合之前，非常有必要深入了解一下數(shù)組。全文脈絡(luò)思維導(dǎo)圖如下：
1. 一維數(shù)組詳解
所謂數(shù)組，就是「相同數(shù)據(jù)類(lèi)型的元素按一定順序排列而成的集合」。先來(lái)看看一維數(shù)組的三種聲明和賦值方式：
第一種：
int[] a = {1, 2, 3};
第二種：
int[] b = new int[] {1, 2, 3};
第三種：
int[] c = new int[3];
c[0] = 1;
c[1] = 2;
c[2] = 3;
以上這三種方式的效果都是一樣的，創(chuàng)建了一個(gè)存儲(chǔ) 1、2、3 這三個(gè)整數(shù)的數(shù)組。
?可以使用下面兩種形式聲明數(shù)組 ：
int[] a;或int a[];通常都會(huì)使用第一種風(fēng)格， 因?yàn)樗鼘㈩?lèi)型
?int[]( 整型數(shù)組）與變量名分開(kāi)了。
我們來(lái)反編譯一下這三段代碼的 .class 文件，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)「在底層它們的創(chuàng)建方式都是一樣的」，編譯器自動(dòng)的給我們加上了 new 關(guān)鍵字，甚至還把 c 的聲明和賦值一體化了。
另外，需要注意的是：new int[3]; 這條語(yǔ)句會(huì)創(chuàng)建一個(gè)能夠存儲(chǔ) 3 個(gè)元素的數(shù)組，不過(guò)該數(shù)組的最后一個(gè)元素的下標(biāo)是 2（因?yàn)橄聵?biāo)從 0 開(kāi)始計(jì)數(shù)，相信我，刷算法題的時(shí)候，這個(gè)鬼東西經(jīng)常會(huì)讓你腦子短路）。并且這條語(yǔ)句會(huì)自動(dòng)的初始化所有元素，比如對(duì)于 int 數(shù)組來(lái)說(shuō)就是全部初始化為 0，對(duì)于 boolean 數(shù)組來(lái)說(shuō)就會(huì)全部初始化為 false， 對(duì)象數(shù)組就會(huì)初始化為 null 等。
從上面這些代碼和分析中，我們也不難看出，「數(shù)組創(chuàng)建之后是無(wú)法改變其存儲(chǔ)空間大小的」（存儲(chǔ)能力），盡管它可以改變每一個(gè)數(shù)組元素。
我們通過(guò) IDEA 的聯(lián)想功能來(lái)看看數(shù)組能夠調(diào)用什么東西：
可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)組擁有 Object 類(lèi)的所有方法，并且還會(huì)新增一個(gè)屬性 length（注意是屬性，而不是方法），用來(lái)表示這個(gè)數(shù)組的長(zhǎng)度，我們可以這樣調(diào)用：a.length。
?注意區(qū)別于
?String類(lèi)的length()「方法」，數(shù)組擁有的是length「屬性」，而非方法。
綜上，數(shù)組不僅能夠封裝數(shù)據(jù)，還能調(diào)用屬性和方法，那這和對(duì)象有啥區(qū)別？沒(méi)錯(cuò)，這也就是為什么說(shuō)「數(shù)組的本質(zhì)是對(duì)象」了。回顧一下我們之前總結(jié)的 Java 中方法參數(shù)的使用情況（按值調(diào)用）：
一個(gè)方法不能修改一個(gè)基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的參數(shù)（即數(shù)值型或布爾型）。 一個(gè)方法可以改變一個(gè)對(duì)象參數(shù)的狀態(tài)。 一個(gè)方法不能讓對(duì)象參數(shù)引用一個(gè)新的對(duì)象。
而因?yàn)閿?shù)組的本質(zhì)是對(duì)象，因此，將數(shù)組作為參數(shù)傳遞給方法，這個(gè)數(shù)組是可以被改變的。
OK，接下來(lái)，以下面這段代碼為例，我們來(lái)看看一維數(shù)組在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方式：
int[] b = new int[] {1, 2, 3};
int 數(shù)組對(duì)象 b 存儲(chǔ)在 棧中，而數(shù)組元素既然是 new 出來(lái)的，那當(dāng)然是存儲(chǔ)在堆中。只有當(dāng) JVM 執(zhí)行 new int[] 時(shí)，才會(huì)在堆中開(kāi)辟相應(yīng)的內(nèi)存區(qū)域。
2. 多維數(shù)組詳解
我們?cè)賮?lái)看看多維數(shù)組，就以二維數(shù)組為例，同樣的三種聲明與賦值方式：
第一種：
double[][] a = {
{16, 3, 2, 13}，
{5, 10, 11, 8},
{9, 6, 7, 12},
{4, 15, 14, 1}
};
第二種：
// 構(gòu)造一個(gè) 4 行 4 列的二維數(shù)組
double[][] b = new double[4][4] {
{16, 3, 2, 13}，
{5, 10, 11, 8},
{9, 6, 7, 12},
{4, 15, 14, 1}
};
第三種：
double[][] c = new double[4][4];
c[0][0] = 16; // 第一行第一列值為 16
c[0][1] = 3; // 第一行第二列值為 3
c[0][2] = 2;
c[0][3] = 13;
c[1][0] = 5; // 第二行第一列值為 5
c[1][1] = 10;
c[1][2] = 1;
c[1][3] = 8;
......
同樣的，我們來(lái)反編譯一下這三段代碼的 .class 文件，底層它們的創(chuàng)建方式基本也都是一樣的，不過(guò)有些細(xì)微的差別。編譯器還是自動(dòng)的給我們加上了 new 關(guān)鍵字，不過(guò)沒(méi)有像一維數(shù)組那樣把 c 的聲明和賦值一體化了。
到目前為止，我們所看到的數(shù)組與其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中提供的數(shù)組沒(méi)有多大區(qū)別。但實(shí)際存在著一些細(xì)微的差異， 而這正是 Java 的優(yōu)勢(shì)所在：「Java 實(shí)際上沒(méi)有多維數(shù)組，只有一維數(shù)組」。多維數(shù)組被解釋為「數(shù)組的數(shù)組」。請(qǐng)看下圖：
由于可以單獨(dú)地存取數(shù)組的某一行， 所以可以讓兩行交換。
int[] temp = b[1];
b[1] = b[2];
b[2] = temp;
3. for each 循環(huán)
Java 有一種功能很強(qiáng)的循環(huán)結(jié)構(gòu)， 可以用來(lái)依次處理數(shù)組中的每個(gè)元素而不必為指定下標(biāo)值而分心。這種增強(qiáng)的 for 循環(huán)的語(yǔ)句格式為：
for(variable : collection){
// todo
}
「collection這一集合表達(dá)式必須是一個(gè)數(shù)組或者是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了 Iterable 接口的類(lèi)對(duì)象」，例如 ArrayList。
下面我們來(lái)對(duì)比一下使用下標(biāo)遍歷數(shù)組和使用 for each 循環(huán)遍歷數(shù)組這兩種方式：
// 使用下標(biāo)遍歷數(shù)組
int[] a = new int[100];
for(int i = 0; i < 100; i++) {
a[i] = i;
}
// 使用 for each 循環(huán)遍歷數(shù)組
for(int element: a){
System.out.println(element);
}
for each 循環(huán)語(yǔ)句的循環(huán)變量將會(huì)遍歷數(shù)組中的每個(gè)元素， 而不需要使用下標(biāo)值。
不過(guò)，需要注意的是，「for each 循環(huán)語(yǔ)句不能自動(dòng)處理多維數(shù)組的每一個(gè)元素，它是按照行， 也就是一維數(shù)組處理的」。以二維數(shù)組為例，要想訪(fǎng)問(wèn)二維數(shù)組的所有元素， 需要使用兩個(gè)嵌套的循環(huán)， 如下所示：
int[][] a = {
{16, 3, 2, 13},
{5, 10, 11, 8},
{9, 6, 7, 12},
{4, 15, 14, 1}
};
for(int[] row : a) { // 遍歷每一行
for(int value : row) { // 遍歷每一列
System.out.println(value);
}
}
4. 可變參數(shù)
在 「JDK 1.5」 之后，如果我們定義一個(gè)方法需要接受多個(gè)參數(shù)，并且「多個(gè)參數(shù)類(lèi)型一致」，我們可以對(duì)其簡(jiǎn)化成如下格式：
修飾符 返回值類(lèi)型 方法名 (參數(shù)類(lèi)型... 形參名){ }
... 用在參數(shù)上，稱(chēng)之為「可變參數(shù)」，它「表明這個(gè)方法可以接收任意數(shù)量的參數(shù)」。其實(shí)這個(gè)寫(xiě)法完全等價(jià)與
修飾符 返回值類(lèi)型 方法名 (參數(shù)類(lèi)型[] 形參名){ }
雖然同樣是代表數(shù)組，但是在調(diào)用這個(gè)帶有可變參數(shù)的方法時(shí)，不用創(chuàng)建數(shù)組，直接將數(shù)組中的元素作為實(shí)際參數(shù)進(jìn)行傳遞，這就是簡(jiǎn)單之處。當(dāng)然，其實(shí)這種方式的底層實(shí)現(xiàn)也是將這些元素先封裝到一個(gè)數(shù)組中，在進(jìn)行傳遞，不過(guò)這些動(dòng)作都在編譯 .class 文件時(shí)就自動(dòng)完成了。
代碼演示：
public class ChangeArgs {
//可變參數(shù)寫(xiě)法
public static int getSum(int... arr) {
int sum = 0;
for (int a : arr) {
sum += a;
}
return sum;
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr = { 1, 4, 62, 431, 2 };
int sum = getSum(arr);
System.out.println(sum);
int sum2 = getSum(6, 7, 2, 12, 2121);
System.out.println(sum2);
}
}
?需要注意的是：如果在方法書(shū)寫(xiě)時(shí)，這個(gè)方法擁有多個(gè)參數(shù)，并且參數(shù)中包含可變參數(shù)，「可變參數(shù)一定要寫(xiě)在參數(shù)列表的末尾」。
?
5. Arrays 類(lèi)
Java 中，提供了一個(gè)很有用的數(shù)組工具類(lèi)：java.util.Arrays。它提供的主要操作有：
1）Arrays.toString - 將一維數(shù)組轉(zhuǎn)成字符串類(lèi)型（打印一維數(shù)組的所有元素）
2）Arrays.deepToString - 將二維數(shù)組轉(zhuǎn)成字符串類(lèi)型（打印二維數(shù)組的所有元素）
3）Arrays.copyOf - 數(shù)組拷貝。舉個(gè)例子，將 a 數(shù)組中的元素全部拷貝給 c 數(shù)組：
int[] c = Arrays.copyOf(a, 2 * a.length());
第 2 個(gè)參數(shù)是新數(shù)組的長(zhǎng)度。這個(gè)方法通常用來(lái)增加新數(shù)組的大小：如果數(shù)組元素是數(shù)值型，那么多余的元素將被賦值為 0 ; 如果數(shù)組元素是布爾型，則將賦值為 false 等。相反，如果長(zhǎng)度小于原始數(shù)組的長(zhǎng)度，則只拷貝最前面的數(shù)據(jù)元素。
4）Arrays.sort - 對(duì)數(shù)組中的元素進(jìn)行排序
5）Arrays.equals - Arrays 類(lèi)提供了重載后的 equals 方法，用來(lái)基于內(nèi)容比較數(shù)組，數(shù)組相等的條件是元素個(gè)數(shù)和對(duì)應(yīng)位置的元素都相等。
6. 總結(jié)
不可否認(rèn)，在 Java 中，數(shù)組是一種效率最高的存儲(chǔ)和隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象引用序列的方式。數(shù)組就是一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性序列，在內(nèi)存中采用「連續(xù)空間分配」的存儲(chǔ)方式，這使得通過(guò)下標(biāo)訪(fǎng)問(wèn)元素非常快速。但是代價(jià)就是「一旦創(chuàng)建了數(shù)組， 就不能再改變它的大小」（盡管可以改變每一個(gè)數(shù)組元素）。
如果「經(jīng)常需要在運(yùn)行過(guò)程中擴(kuò)展數(shù)組的大小， 可以使用集合 ArrayList」 。它可以通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)新實(shí)例，然后把舊實(shí)例中所有的引用移到新實(shí)例中，從而實(shí)現(xiàn)更多空間的自動(dòng)分配。但是這種彈性需要開(kāi)銷(xiāo)，因此，ArrayList 的效率比數(shù)組低很多。當(dāng)然，無(wú)論數(shù)組還是集合，如果越界，都會(huì)得到一個(gè) RuntimeException異常。
關(guān)于集合會(huì)寫(xiě)成一個(gè)系列，下篇文章就會(huì)陸續(xù)開(kāi)更，內(nèi)容沒(méi)啥難度，不過(guò)要記的東西非常多，啃完集合后面還有個(gè)硬骨頭多線(xiàn)程，這倆學(xué)完 Java 基礎(chǔ)部分基本就沒(méi)啥了。
參考資料
《Java 核心技術(shù) - 卷 1 基礎(chǔ)知識(shí) - 第 10 版》 《Thinking In Java（Java 編程思想）- 第 4 版》 《On Java 8》中文版（《Java 編程思想》- 第 5 版） 清淺池塘 - Java 中的數(shù)組-Java那些事兒：https://juejin.cn/post/6844903498207756295
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