Java笔记 ·

Java中的数组是对象吗?

前言

首先说明:Java中的数组是对象,这个可以查看The Java Language Specification SE(4.3.1)可得,另外本文讨论的相关问题的结论,在规范中都能找到,目前也被我总结在了Java漫谈-数组中。

转载此篇文章是感觉这篇文章的对其结论的分析过程很棒。

正文

Java中的数组是对象吗?

Java和C++都是面向对象的语言。在使用这些语言的时候,我们可以直接使用标准的类库,也可以使用组合和继承等面向对象的特性构建自己的类,并且根据自己构建的类创建对象。那么,我们是不是应该考虑这样一个问题:在面向对象的语言中,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,也就是对象的定义。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,对象就是内存中的一个内存块,在这个内存块封装了一些数据,也就是类中定义的各个属性,所以,对象是用来封装数据的。以下为一个Person对象在内存中的表示:

注意:

1)小的红色矩形表示一个引用(地址)或一个基本类型的数据,大的红色矩形表示一个对象,多个小的红色矩形组合在一块,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:

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。数组到底是不是对象, 通过代码验证:

int[] a = new int[4];
//a.length;  //对属性的引用不能当成语句
int len = a.length;  //数组中保存一个字段, 表示数组的长度

//以下方法说明数组可以调用方法,java中的数组是对象.这些方法是Object中的方法,所以可以肯定,数组的最顶层父类也是Object
a.clone();
a.toString();

在数组a上, 可以访问他的属性,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,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:

int main(){
    int a[] = {1, 2, 3, 4};
    int* pa = a;
    //无法访问属性,也不能调用方法。
    return 0;
}

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。

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Person。那么数组的类型是什么呢?看下面的代码:

        int[] a1 = {1, 2, 3, 4};
        System.out.println(a1.getClass().getName());
        //打印出的数组类的名字为[I

        String[] s = new String[2];
        System.out.println(s.getClass().getName());
        //打印出的数组类的名字为  [Ljava.lang.String;

        String[][] ss = new String[2][3];
        System.out.println(ss.getClass().getName());
        //打印出的数组类的名字为    [[Ljava.lang.String;

打印出

a1的类型为[I ,s 的类型是[Ljava.lang.String;  ,  ss的类型是[[Ljava.lang.String;  

所以,数组也是有类型的。只是这个类型显得比较奇怪。你可以说a1的类型是int[],这也无可厚非。但是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。也就是说不管是我们自己的代码,还是在JDK中,都没有如下定义:


public class int[] { // ... // ... // ... }

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。

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:

        //1     在test1()中已经测试得到以下结论: 数组也是对象, 数组的顶层父类是Object, 所以可以向上转型
        int[] a = new int[8];
        Object obj = a ; //数组的父类也是Object,可以将a向上转型到Object

        //2     那么能向下转型吗?
        int[] b = (int[])obj;  //可以进行向下转型

        //3     能使用instanceof关键字判定吗?
        if(obj instanceof int[]){  //可以用instanceof关键字进行类型判定
            System.out.println("obj的真实类型是int[]");
        }

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:

        String[] s = new String[5];
        Object[] obja = s;   //成立,说明可以用Object[]的引用来接收String[]的对象

Object[]类型的引用可以指向String[]类型的数组对象? 由上文的验证可以得知数组类型的顶层父类一定是Object,那么上面代码中s的直接父类是谁呢?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:

        //5     那么String[] 的直接父类是Object[] 还是 Object?
        System.out.println(s.getClass().getSuperclass().getName());
        //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。如下代码所示:

    public static class Father {

    }

    public static class Son extends Father {

    }

        //6   下面成立吗?  Father是Son的直接父类
        Son[] sons = new Son[3];
        Father[] fa = sons;  //成立

        //7     那么Son[] 的直接父类是Father[] 还是  Object[] 或者是Object?
        System.out.println(sons.getClass().getSuperclass().getName());
        //打印结果为java.lang.Object,说明Son[]的直接父类是Object

上面的结论可以扩展到二维数组和多维数组:

        Son[][] sonss = new Son[2][4];
        Father[][] fathers = sonss;

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。

数组的这种用法不能作用于基本类型数据:

        int[] aa = new int[4];
        //Object[] objaa = aa;  //错误的,不能通过编译

这是错误的, 因为int不是引用类型,Object不是int的父类,在这里自动装箱不起作用。但是这种方式是可以的:

Object[] objss = {"aaa", 1, 2.5};

这种情况下自动装箱可以工作,也就是说,Object数组中可以存放任何值,包括基本数据类型。

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。

db.execSQL("INSERT INTO person VALUES (NULL, ?, ?)", new Object[]{person.name, person.age}); 

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(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:

    private static void test3() {
        String[] a = new String[3];
        doArray(a);
    }

    private static void doArray(Object[] objs){

    }

    private static void doArray1(Object obj){
        //不能用Object接收数组,因为这样无法对数组的元素进行访问
        // obj[1]  //错误

        //如果在方法内部对obj转型到数组,存在类型转换异常的风险
        // Object[] objs = (Object[]) obj;
    }

    private static void doArray2(String[] strs){
        //如果适用特定类型的数组,就限制了类型,失去灵活性和通用性
    }

    private static void doArray3(String name, int age, String id, float account){
        //如果不适用数组而是依次传递参数,会使参数列表变得冗长,难以阅读
    }

到此为止,数组的特性就总结完了。上文中加粗的部分为重要结论。下面贴出整个源码:

源码

package com.pansoft.zhangjg.testarray;

public class ArrayTest {

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        test1();
        test2();
        test3();
    }

    /**
     * 数组具有这种特性:
     * 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
     * 测试数组的特殊特性对参数传递的便利性
     */
    private static void test3() {
        String[] a = new String[3];
        doArray(a);
    }

    private static void doArray(Object[] objs){

    }

    private static void doArray1(Object obj){
        //不能用Object接收数组,因为这样无法对数组的元素进行访问
        // obj[1]  //错误

        //如果在方法内部对obj转型到数组,存在类型转换异常的风险
        // Object[] objs = (Object[]) obj;
    }

    private static void doArray2(String[] strs){
        //如果适用特定类型的数组,就限制了类型,失去灵活性和通用性
    }

    private static void doArray3(String name, int age, String id, float account){
        //如果不适用数组而是依次传递参数,会使参数列表变得冗长,难以阅读
    }
    /**
     * 测试数组的集成关系, 并且他的继承关系是否和数组中元素的类型有关
     */
    private static void test2() {

        //1     在test1()中已经测试得到以下结论: 数组也是对象, 数组的顶层父类是Object, 所以可以向上转型
        int[] a = new int[8];
        Object obj = a ; //数组的父类也是Object,可以将a向上转型到Object

        //2     那么能向下转型吗?
        int[] b = (int[])obj;  //可以进行向下转型

        //3     能使用instanceof关键字判定吗?
        if(obj instanceof int[]){  //可以用instanceof关键字进行类型判定
            System.out.println("obj的真实类型是int[]");
        }

        //4     下面代码成立吗?
        String[] s = new String[5];
        Object[] obja = s;   //成立,说明可以用Object[]的引用来接收String[]的对象

        //5     那么String[] 的直接父类是Object[] 还是 Object?
        System.out.println(s.getClass().getSuperclass().getName());
        //打印结果为java.lang.Object,说明String[] 的直接父类是 Object而不是Object[]

        //6   下面成立吗?  Father是Son的直接父类
        Son[] sons = new Son[3];
        Father[] fa = sons;  //成立

        //7     那么Son[] 的直接父类是Father[] 还是  Object[] 或者是Object?
        System.out.println(sons.getClass().getSuperclass().getName());
        //打印结果为java.lang.Object,说明Son[]的直接父类是Object

        /**
         * 做一下总结, 如果A是B的父类, 那么A[] 类型的引用可以指向 B[]类型的变量
         * 但是B[]的直接父类是Object, 所有数组的父类都是Object
         */

        //8     上面的结论可以扩展到二维数组
        Son[][] sonss = new Son[2][4];
        Father[][] fathers = sonss;
        //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

        /**
         * 扩展结论:
         * 因为Object是所有引用类型的父类
         * 所以Object[]的引用可以指向任何引用数据类型的数组的对象. 如:
         * Object[] objs = new String[1];
         * Object[] objs = new Son[1];
         *
         */

        //9     下面的代码成立吗?
        int[] aa = new int[4];
        //Object[] objaa = aa;  //错误的,不能通过编译
        //这是错误的, 因为Object不是int的父类,在这里自动装箱不起作用

        //10    这样可以吗?
        Object[] objss = {"aaa", 1, 2.5};//成立
    }

    /**
     * 测试在java语言中,数组是不是对象
     * 如果是对象, 那么他的类型是什么?
     */
    private static void test1() {
        int[] a = new int[4];
        //a.length;  //对属性的引用不能当成语句
        int len = a.length;  //数组中保存一个字段, 表示数组的长度

        //以下方法说明数组可以调用方法,java中的数组是对象.这些方法是Object中的方法,所以可以肯定,数组的最顶层父类也是Object
        a.clone();
        a.toString();


        /**
         * java是强类型的语言,一个对象总会有一个特定的类型,例如 Person p = new Person();
         * 对象p(确切的说是引用)的类型是Person类, 这个Person类是我们自己编写的
         * 那么数组的类型是什么呢? 下面使用反射的方式进行验证
         */
        int[] a1 = {1, 2, 3, 4};
        System.out.println(a1.getClass().getName());
        //打印出的数组类的名字为[I

        String[] s = new String[2];
        System.out.println(s.getClass().getName());
        //打印出的数组类的名字为  [Ljava.lang.String;

        String[][] ss = new String[2][3];
        System.out.println(ss.getClass().getName());
        //打印出的数组类的名字为    [[Ljava.lang.String;

        /**
         * 所以,数组也是有类型的,只不过这个类型不是有程序员自己定义的类, 也不是jdk里面
         * 的类, 而是虚拟机在运行时专门创建的类
         * 类型的命名规则是:
         *      每一维度用一个[表示;
         *      [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[],
         * 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
         */
    }

    public static class Father {

    }

    public static class Son extends Father {

    }
}

参与评论