深入理解 Java 陣列

摘要： :notebook: 本文已歸檔到：「 blog 」 :keyboard: 本文中的示例程式碼已歸檔到：「 javacore 」 簡介 陣列的特性 陣列對於每一門程式語言來說都是重要的資料結構之一，當然不同語言對陣列的實現及處理也不盡相同。幾乎所有程式設計語言都支援陣列...

:notebook: 本文已歸檔到：「 blog 」

:keyboard: 本文中的示例程式碼已歸檔到：「 javacore 」

簡介

陣列的特性

陣列對於每一門程式語言來說都是重要的資料結構之一，當然不同語言對陣列的實現及處理也不盡相同。幾乎所有程式設計語言都支援陣列。

陣列代表一系列物件或者基本資料型別，所有相同的型別都封裝到一起，採用一個統一的識別符號名稱。

陣列的定義和使用需要通過方括號 [] 。

陣列和容器

Java 中，既然有了強大的容器，是不是就不需要陣列了？

答案是不。

誠然，大多數情況下，應該選擇容器儲存資料。

但是，陣列也不是毫無是處：

• Java 中，陣列是一種效率最高的儲存和隨機訪問物件引用序列的方式。 陣列的效率要高於容器 （如 ArrayList ）。
• 陣列可以持有值型別，而容器則不能 （這時，就必須用到包裝類）。

Java 陣列的本質是物件

Java 陣列的本質是物件。它具有 Java 中其他物件的一些基本特點：封裝了一些資料，可以訪問屬性，也可以呼叫方法。所以，陣列是物件。

如果有兩個類 A 和 B，如果 B 繼承（extends）了 A，那麼 A[] 型別的引用就可以指向 B[] 型別的物件。

擴充套件閱讀：Java 中陣列的特性

如果想要論證 Java 陣列本質是物件 ，不妨一讀這篇文章。

Java 陣列和記憶體

Java 陣列在記憶體中的儲存是這樣的：

陣列物件（這裡可以看成一個指標）儲存在棧中。

陣列元素儲存在堆中。

如下圖所示：只有當 JVM 執行 new String[] 時，才會在堆中開闢相應的記憶體區域。陣列物件 array 可以視為一個指標，指向這塊記憶體的儲存地址。

宣告陣列

宣告陣列變數的語法如下：

int[] arr1; // 推薦風格
int arr2[]; // 效果相同
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建立陣列

Java 語言使用 new 操作符來建立陣列。有兩種建立陣列方式：

• 指定陣列維度

  null
  

• 不指定陣列維度

  • 用花括號中的實際元素初始化陣列，陣列大小與元素數相同。

示例 1：

public class ArrayDemo {
public static void main(String[] args) {
int[] array1 = new int[2]; // 指定陣列維度
int[] array2 = new int[] { 1, 2 }; // 不指定陣列維度

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);
}
}
}
// Output:
// array1 size is 2
// 0
// 0
// array2 size is 2
// 1
// 2
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:bulb: 說明 請注意陣列 array1 中的元素雖然沒有初始化，但是 length 和指定的陣列維度是一樣的。這表明 無論後面是否初始化陣列中的元素，陣列都已經開闢了相應的記憶體 。

陣列 array1 中的元素都被設為預設值。

示例 2：

public class ArrayDemo2 {
static class User {}

public static void main(String[] args) {
User[] array1 = new User[2]; // 指定陣列維度
User[] array2 = new User[] {new User(), new User()}; // 不指定陣列維度

System.out.println("array1: ");
for (User item : array1) {
System.out.println(item);
}

System.out.println("array2: ");
for (User item : array2) {
System.out.println(item);
}
}
}
// Output:
// array1:
// null
// null
// array2:
// io.github.dunwu.javacore.array.ArrayDemo2$User@4141d797
// io.github.dunwu.javacore.array.ArrayDemo2$User@68f7aae2
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:bulb: 說明

請將本例與示例 1 比較，可以發現：如果使用指定陣列維度方式建立陣列，且陣列元素為引用型別，則陣列中的元素元素值為 null 。

陣列維度的形式

建立陣列時，指定的陣列維度可以有多種形式：

• 陣列維度可以是整數、字元。
• 陣列維度可以是整數型、字元型變數。
• 陣列維度可以是計算結果為整數或字元的表示式。

示例：

public class ArrayDemo3 {
public static void main(String[] args) {
int length = 3;
// 放開被注掉的程式碼，編譯器會報錯
// int[] array = new int[4.0];
// int[] array2 = new int["test"];
int[] array3 = new int['a'];
int[] array4 = new int[length];
int[] array5 = new int[length + 2];
int[] array6 = new int['a' + 2];
// int[] array7 = new int[length + 2.1];
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 + "]");
}
}
// Output:
// array3.length = [97]
// array4.length = [3]
// array5.length = [5]
// array6.length = [99]
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陣列維度的大小

陣列維度並非沒有上限的，如果數值過大，編譯時會報錯。

int[] array = new int[6553612431]; // 陣列維度過大，編譯報錯
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此外，陣列過大，可能會導致棧溢位。

訪問陣列

Java 中，可以通過在 [] 中指定下標，訪問陣列元素，下標位置從 0 開始。

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]));
}
}
}
// Output:
// array[0] = 2
// array[1] = 3
// array[2] = 4
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:bulb: 說明

上面的示例中，從 0 開始，使用下標遍歷陣列 array 的所有元素，為每個元素值加 1 。

陣列的引用

Java 中，陣列型別是一種引用型別。

因此，它可以作為引用，被 Java 函式 作為函式入參或返回值 。

陣列作為函式入參的示例：

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);
}
}
// Output:
// 135
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陣列作為函式返回值的示例：

public class ArrayRefDemo2 {
/**
* 返回一個數組
*/
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));
}
}
// Output:
// [1, 3, 5]
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泛型和陣列

通常，陣列和泛型不能很好地結合。你不能例項化具有引數化型別的陣列。

Peel<Banana>[] peels = new Pell<Banana>[10]; // 這行程式碼非法
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Java 中不允許直接建立泛型陣列。但是，可以通過建立一個型別擦除的陣列，然後轉型的方式來建立泛型陣列。

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));
}
}
// Output:
// [0, 1, null, null]
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擴充套件閱讀：https://www.cnblogs.com/jiangzhaowei/p/7399522.html

我認為，對於泛型陣列的理解，點到為止即可。實際上，真的需要儲存泛型，還是使用容器更合適。

多維陣列

多維陣列可以看成是陣列的陣列，比如二維陣列就是一個特殊的一維陣列，其每一個元素都是一個一維陣列。

Java 可以支援二維陣列、三維陣列、四維陣列、五維陣列。。。

但是，以正常人的理解能力，一般也就最多能理解三維陣列。所以，請不要做反人類的事，去定義過多維度的陣列。

多維陣列使用示例：

public class MultiArrayDemo {
public static void main(String[] args) {
Integer[][] a1 = { // 自動裝箱
{1, 2, 3,},
{4, 5, 6,},
};
Double[][][] a2 = { // 自動裝箱
{ {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));
}
}
// Output:
// a1: [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
// 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]]]
// a3: [[The, Quick, Sly, Fox], [Jumped, Over], [The, Lazy, Brown, Dog, and, friend]]
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Arrays 類

Java 中，提供了一個很有用的陣列工具類：Arrays。

它提供的主要操作有：

sort
binarySearch
equals
fill
asList
hash
toString

擴充套件閱讀：https://juejin.im/post/5a6ade5c518825733e60acb8

小結

（1）陣列特性

• Java 中，陣列是一種引用型別。
• Java 中，陣列是用來儲存固定大小的同類型元素。
• 陣列的定義和使用需要通過方括號 [] 。

（2）陣列和容器

• 大多數情況下，應該選擇容器儲存資料。

• 陣列的效率要高於容器

• 陣列可以持有值型別，而容器則不能

（3）Java 陣列的本質是物件。

（4）Java 陣列和記憶體

• 陣列物件（陣列指標）儲存在棧中。
• 陣列元素值儲存在堆中。

（5）宣告陣列有兩種方式：

int[] arr1; // 推薦風格
int arr2[]; // 效果相同
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（6）建立陣列有兩種方式：

int[] array1 = new int[2]; // 指定陣列維度
int[] array2 = new int[] { 1, 2 }; // 不指定陣列維度
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Java 陣列的陣列維度可以是常量、變數、表示式，只要轉換為整數即可。

陣列過大，可能會導致棧溢位。超過一定數值，甚至編譯器就會報錯。

（7）Java 中，可以通過在 [] 中指定下標，訪問陣列元素，下標位置從 0 開始。

（8）陣列可以作為函式的入參或返回值。

（9）多維陣列可視為陣列的陣列。

（10）Arrays 類是一個很有用的陣列工具類。

參考資料

• Java 程式設計思想
• JAVA 核心技術（卷 1）
• Java 中陣列的特性
• https://juejin.im/post/59cae3de6fb9a00a4551915b
• https://www.cnblogs.com/jiangzhaowei/p/7399522.html
• https://juejin.im/post/5a6ade5c518825733e60acb8