Java笔记··By/蜜汁炒酸奶

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。

原文地址:Java中数组的特性-昨夜星辰_zhangjg
新版本改版后发现没有原文地址,特此寻找更正,同时对原作者致歉。-2020.12.23

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();
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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;
}
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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。

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;

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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;  
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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。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[] {
		
		// ...
		
		// ...
		
		// ...
	}
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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。

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[]");
		}

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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

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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[]

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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 {
 
	}

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		//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

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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;

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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。

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

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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,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};
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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}); 
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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(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
	}

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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 {
 
	}
}

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1 条评论
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    好文!!!!!!!!

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