Java千问：七个问题帮助初学者深入理解Java数组

Posted 2021-03-17

几乎所有的高级语言当中，都提供了一种叫做”数组”的东西，Java语言当然也不例外。我们通过数组可以很方便的存储和管理一组数据。因为在Java语言当中使用数组非常的方便，所以导致很多初学者忽略了对数组的深入学习，本文就通过七个问题，来帮助初学者深入理解一下Java语言的数组到底是怎么回事。

一、数组是变量的简单叠加吗？

我们在学习Java的时候，知道一个int类型的变量可以存储一个整数，而一个int类想的数组可以存储多个整数。于是很多人认为数组只不过是变量的简单叠加而已，无非是变量存1个数，数组存多个数。其实不然，Java语言是把数组当作一个“对象”来看待的。我们来看下面的代码

我们可以看到，在代码中声明了int型变量a和int型数组b，b的长度为1。a和b都只能存储1个int型数据，似乎它们之间没什么区别。但是请注意：a和b之间其实是有本质区别的，a是一个基础数据类型的变量，而b则是一个对象！正因为它是一个对象，所以我们才可以调用到它的getClass()方法。那么紧接着小伙伴们会问：b既然是一个对象，那么这个对象是什么类型的呢？我们可以通过“b.getClass().getName()”获得它类型的名称是” [I”。读者也可以通过这种方式，获得其他几种基础数据类型数组的类型名称。最重要的是，我们必须搞清楚：数组不是变量的简单叠加！即便是基础数据类型的数组，也是以对象的形式存在的。

二、为什么数组的下标是从0开始的？

同很多编程语言一样，Java语言数组的下标也是从0开始的。很多初学者都不理解，为什么数组下标要从0而不是从1开始？这太不符合我们的日常计数习惯了。为了说清楚这个问题，我们还是先看一段代码

在这段代码中，创建了一个长度为5的数组并命名为a。在程序实际运行的时候，会分配一组连续的空间，这组空间中可以存储5个int型数据。为了能够准确的从这组空间的任意一个单元中找到数据，虚拟机必须能够对这组空间中任意一个单元做出识别。那么如何识别每个单元呢？虚拟机可以把每个单元都进行单独的命名，这样做当然能够达到目的，但是这么做跟使用变量就没什么区别了，更体现不出这组数据是一个连续的整体。实际的情况是：虚拟机给这组空间的第一个单元命名为a，如果希望找到a本身，那么就直接用a[0]来表示，其中方括号中的0表示偏移量。偏移量为0，就表示找的就是a这个空间中的数据，而a[1]表示以a为基准点，偏移1个单元，这样就找到了数组中第2个元素，以此类推，想找到数组中第5个元素，就以a这个单元为基准点，再偏移4个单元即可。因此我们就可以知道，数组的下标本质上并不是数组元素的编号，而是以数组首元素为基准点所偏移的量。这就是数组下标从0开始的原因。

三、数组的长度为什么可以用变量表示？

我们还是先来看一段代码

这段代码中，在创建数组的时候，以变量表示了这个数组的长度，这种做法放到Java语言中似乎很常见，但是如果使用C语言编程，在创建数组的时候，数组的长度必须是一个固定的值，不能用变量来表示。很多人似乎对这个问题不以为然，只是简单的认为这只是Java和C语言之间一点简单的语法差别而已。
其实问题远不是这么简单。这个简单的语法差别其实体现出了Java与C语言之间编译和运行机制本质的不同。变量是运行时才被赋值的，Java语言允许把数组的长度以变量的形式来表示，其背后的根本原因就是允许数组一直等到”运行时”才把长度确定下来。也就是说，程序员可以在编码的时候，不用规定数组的长度，等到程序实际运行的时候，根据实际需要去确定数组的长度，这样大大增加了程序的灵活性。

举个例子：如果我们编写程序，要求用户输入几个数字保存到数组中，然后进行排序，用户输入多少个数字不确定。如果我们用Java语言去完成这个程序，只要先让用户输入他想对多少个数字进行排序，然后把数字的个数保存到一个变量中，接着以这个变量的值作为长度创建数组就可以。但是如果是用C语言来完成程序，那么程序员必须在编写代码的时候就把数组的长度定下来，而不能等到程序运行的时候再去确定。因为C语言不能动态的在运行时确定数组的长度，必须在编译阶段就把长度确定下来。但是程序员在编码的时候并不确定用户要对多少数字完成排序，于是就只能以经验推测，创建一个他认为”足够大”的数组来存放排序的数字。如果创建的数组太大，则浪费空间，如果数组太小，则无法保存全部数字。

说了这么多，重点其实就一句话：Java语言的数组可以在”运行时”确定长度！并且这个特点大大的增加了程序的灵活性。

四、Java数组的长度可以为0吗？

这个问题很简单，只要写一段代码就可以得到答案：可以！关键问题来了：长度为0的数组不能存数据，这种数组有什么意义呢？前面说过，Java语言允许在程序运行过程中动态确定数组长度。那么我们就可以设想这样的一个场景：要求编码查询出考试总分在700分以上的学员，并且把他们的姓名存储到一个字符串数组中。假如经过查询之后，发现没有成绩在700分以上的学员，该如何表示这个查询结果呢？如果查询方法返回null来表示没有查到符合条件的数据，会对后续程序带来一定的风险，因为毕竟空对象可能会导致后面的处理代码中抛出空指针异常。而用一个长度为0的数组来表示查询结果就安全多了，仅能体现出没有查到符合条件的数据，又降低了抛出异常的风险。

五、Java语言中的数组可以扩大容量吗？

答案是不可以！因为数组一旦分配了空间之后，如果想在原来空间的基础上扩大容量，就如同是扩张地盘，势必会影响到内存中其他数据的存储，所以Java语言不允许数组扩大容量。网上有很多资料，讲解了如何扩大数组的容量，并给出了实现代码。如果你仔细去看这些代码，你会发现，这些所谓扩大数组容量的算法，其实现过程都是新创建一个更大的数组，然后把原数组中的数据拷贝到新数组中，最终返回那个新创建的数组。因此这种所谓的扩容算法其实并不是真正的扩容。

六、可以创建抽象类数组吗？

还是看代码

代码中创建了一个抽象类A，并且在main()方法中创建了一个A类型的数组。问题又来了：抽象类A不能创建对象，而现在不仅创建了对象，并且还是一组！这是怎么回事？其实这也是很多初学者在理解引用类型数据数组的一个误区：认为数组中存放的某种类型的对象。其实不然，引用数据类型的数组中，存放的并不是对象，而只是能指向这种对象的引用而已。就拿上面这段代码来说，数组a中并没有存放5个A类型的对象，而只是存放了5个能够指向A类型对象的引用，这些引用在数组初始化的过程中，都指向空对象(null)，所以千万不要错误的认为创建了某类型的数组，同时就创建了N个该类型的对象。代码中，数组a中所存放的那些引用，将来所指向的必定也是A类子类的对象，因为A类自身根本就不能创建对象。

七、多维数组的length属性值是多少？

看代码

以上代码运行，输出结果会是多少呢？一部分初学者会认为输出的结果是12，因为这个数组能够存储12个数字。但程序实际运行输出的结果却是3，这是为什么呢？就是因为，无论数组本身的维度是多少，在Java虚拟机看来，这个数组都是一维数组！有小伙伴可能不解：a明明是一个二维数组，怎么会被当作是一维数组呢？我们可以看下图来帮助理解

我们可以看到，图中是一个3行4列的二维数组。但是如果我们把数组中的每一行看作是一个元素，那么这个二维数组就可以被理解为一个一维数组，数组中包含3个元素，只不过每个元素并不是一个简单的数字，而是一个一维数组。也就是说，这个二维数组可以被理解为”由3个一维数组组成的数组”。Java语言就是以这样的方式来管理数组的，无论数组维度是多少，都被当作一维数组，如果数组中的元素又是数组(严格的表述应该是：数组元素是指向一维数组的引用)，那么就形成了多维数组。因此，刚才在代码中看到的那个二维数组a，它的length属性值为3而不是12。

希望通过这七个问题，能够帮助初学者深入理解Java语言的数组。

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