以下文章來源于程序新視界 ，作者丑胖俠二師兄

雖然隨著Java版本的演變，數(shù)組的分量在慢慢減弱，日常使用時大多使用List進(jìn)行替代。但ArrayList底層依舊采用數(shù)組來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，而數(shù)組依舊有很多應(yīng)用的場景。在使用數(shù)組的過程中，你是否匯總過數(shù)組的特性及功能，并停下來思考幾個為什么呢？如果沒有，本篇文章將帶領(lǐng)大家從頭梳理一下數(shù)組，一定會為你帶來一些未曾發(fā)掘的特性和功能。

何謂數(shù)組

學(xué)習(xí)數(shù)組，我們最先要知道的就是它是什么，能做什么？

數(shù)組，就是相同類型的對象或基本類型數(shù)據(jù)的集合。也可以理解為把有限個類型相同的元素按一定順序排列的集合，然后用一個名字命名，用編號區(qū)分具體的元素。而這個名字稱為數(shù)組名，編號稱為下標(biāo)。

數(shù)組在內(nèi)存中是連續(xù)存儲的，所以索引速度是非常的快，數(shù)組的賦值與修改元素也很簡單。但是數(shù)組也有不足的地方，那就是如果想在兩個相鄰元素之間插入新的元素會非常麻煩。

另外，數(shù)組聲明的時候必須指定數(shù)組的長度，而數(shù)組的長度是不可變的。在此，數(shù)組長度過長會造成內(nèi)存浪費(fèi)，長度過短則會造成溢出。

數(shù)組的應(yīng)用場景

上面提到了數(shù)組的那么多缺點(diǎn)，但我們知道“存在即合理”，下面看看哪些場景適合數(shù)組的使用。

1、數(shù)據(jù)比較少，能夠確定長度；存取或修改操作較多，插入和刪除較少的情況。

2、使用（遍歷）時，經(jīng)常需要按照序號來進(jìn)行訪問數(shù)據(jù)元素或做運(yùn)算的情況。

3、對性能要求較高時，數(shù)組是首選。

也正是由于性能較高，所以我們在閱讀源碼時經(jīng)常會看到數(shù)組的身影。特別是針對基礎(chǔ)類型進(jìn)行操作，效率提升甚至可以達(dá)到基于List等集合性能的10倍。

以下面一段遍歷數(shù)組和List求和的場景來做對比。??????

// 對數(shù)組求和publicstaticintsum(int[] datas){intsum =0;for(intdata : datas) {? ? sum += data;? }returnsum;}// 對List求和publicstaticintsum(List<Integer> datas){intsum =0;for(Integer data : datas) {// 拆箱操作sum += data;? }returnsum;}

在上述兩個方法中，影響性能的最大地方便是List中的Integer對象的拆箱和裝箱操作，特別是數(shù)據(jù)量比較大的時候。我們都知道基礎(chǔ)類型是在棧內(nèi)存中操作的，而對象是在堆內(nèi)存中操作的。棧內(nèi)存的特點(diǎn)是速度快、容量小，堆內(nèi)存的特點(diǎn)是速度慢、容量大，因此從性能上來講，基本類型的處理占優(yōu)勢。

有同學(xué)可能會說了有整型緩存池的存在。但整型緩存池容納的是﹣128到127之間的Integer對象，超過這個范圍便需要創(chuàng)建Integer對象了，而超過這個容納范圍基本上是大概率事件。

數(shù)據(jù)變量定義

下面來說說數(shù)組的名稱定義，我們可以通過兩種形式來進(jìn)行聲明數(shù)組：

int[]a;intb[];

其中后一種格式符合C和C++程序員的習(xí)慣，如果你是Java開發(fā)人員，建議統(tǒng)一使用前一種。為什么呢？因?yàn)榍耙环N從語義上來說更合理，它表示“一個int型數(shù)組”。

拓展一下：如果你懂一些其他編程語言，比如C語言，你會看到類似如下的聲明。

int?A[10];

Java中卻不能如此聲明。思考一下為什么？

這個要回到Java的“引用”問題上。我們在上述代碼中聲明的只是數(shù)組的一個引用，JVM會為該引用分配存儲空間。但是，這個引用并沒有指向任何對象，也就是說沒有給數(shù)組對象本身分配任何空間。只有在數(shù)組真正創(chuàng)建時才會分配空間。因此，編譯器不允許在此指定數(shù)組的大小。

數(shù)組的創(chuàng)建與初始化

數(shù)組的創(chuàng)建與初始化有兩種形式：

//方式一的創(chuàng)建int[]a=newint[5];//方式一的初始化a[1]=1;a[2]=2;a[3]=3;a[4]=4;//方式二（創(chuàng)建+初始化）int[]b={0,1,2,3,4};

第一種方式通過new關(guān)鍵字創(chuàng)建一個指定長度（為5）的數(shù)組，然后通過數(shù)組下標(biāo)對內(nèi)容進(jìn)行逐一初始化。那么，如果不進(jìn)行逐一初始化會怎樣？默認(rèn)會采用int類型的默認(rèn)值，也就是0進(jìn)行初始化。

第二種方式，創(chuàng)建與初始化融為一體，其實(shí)也采用了new關(guān)鍵字進(jìn)行創(chuàng)建，只不過是編譯器負(fù)責(zé)來做，更加方便一些。

拓展一下：我們可以通過方式二的形式進(jìn)行數(shù)組的創(chuàng)建和初始化，那么為什么還提供了int[] a這種基于數(shù)組引用的聲明呢？

這是因?yàn)樵贘ava中，可以將一個數(shù)組的引用賦值給另外一個數(shù)組。比如，我們可以如下方式使用：

int[]c;int[]b={0,1,2,3,4};c=b;

經(jīng)過c=b的操作，數(shù)組c的引用同樣指向了b。這里又會出現(xiàn)一個我們常見的面試題?？纯聪旅娲a打印的結(jié)果是什么：

publicstaticvoidmain(String[] args) {String[] strings = {"a","b","c"};Stringstring="abc";? ? change(strings,string);? ? System.out.println(strings[1]);? ? System.out.println(string.charAt(1));}publicstaticvoidchange(String[] strings,Stringstring){? ? strings[1] ="e";string="aec";}

想好答案了吧？現(xiàn)在公布答案：第一行打印的是“e”，第二行打印的“b”。這與上面所說的數(shù)組的引用有密切關(guān)聯(lián)，數(shù)組傳遞進(jìn)入change方法的是引用，而String類型的參數(shù)傳遞的只是值的copy。

數(shù)組的存儲結(jié)構(gòu)

這里我們再以一張簡單的圖展示一下，數(shù)組在內(nèi)存中存儲的形式。

?

上圖需注意的是數(shù)組使用的存儲空間是連續(xù)的。其中創(chuàng)建的對象通常位于堆中，上圖對堆中的數(shù)據(jù)存儲進(jìn)行了簡化示意。

數(shù)組的長度

在很久之前，面試的時候還出現(xiàn)這樣的面試題：如何獲取數(shù)組的長度？

當(dāng)然，我們知道該面試題考察的就是通過length屬性獲取數(shù)組長度與通過size()方法獲取集合長度的區(qū)別。

所有的數(shù)組都有一個固定的成員，可以通過它來獲取數(shù)組的長度，這便是length屬性。在使用的過程中我們需要注意的是數(shù)組的下標(biāo)是從0開始計算的。因此，我們在遍歷或修改數(shù)組的時候，需要注意數(shù)組的下標(biāo)最大值是length-1，否則，會出現(xiàn)數(shù)組越界的問題。

數(shù)組的處理

針對數(shù)組，Java標(biāo)準(zhǔn)類庫里特意提供了Arrays類，我們可以通過該類提供的方法進(jìn)行數(shù)組的處理。

數(shù)組的打印

可通過Arrays.toString()方法對數(shù)組的內(nèi)容進(jìn)行打印。下面通過示例我們來對比一下通過toString方法和直接打印的區(qū)別。???????

String[] strings = {"a","b","c"};System.out.println(strings);System.out.println(Arrays.toString(strings));

打印結(jié)果：

[Ljava.lang.String;@36baf30c[a, e, c]

可以看到，如果直接打印則打印出來的是strings數(shù)組的引用，而并不是真實(shí)的內(nèi)容。

數(shù)組的排序

可通過Arrays.sort()方法對數(shù)組進(jìn)行排序，但對于數(shù)組中的元素有一定的要求，要實(shí)現(xiàn)Comparable接口?？聪旅娴膶?shí)例：???????

String[] sorts = {"c","b","a"};Arrays.sort(sorts);System.out.println(Arrays.toString(sorts));

打印結(jié)果：

[a, b, c]

很明顯已經(jīng)進(jìn)行正常排序了。為什么String可以直接進(jìn)行排序？那是因?yàn)镾tring已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了Comparable接口。???????

publicfinalclassStringimplementsjava.io.Serializable,Comparable,CharSequence{}

另外，對于數(shù)組的排序還有常見的：冒泡排序、快速排序、選擇排序、插入排序、希爾（Shell）排序、堆排序等。面試過程中的排序往往也是基于數(shù)組來進(jìn)行展開的。感興趣的朋友可拿數(shù)組來練習(xí)一下排序的算法。

數(shù)組轉(zhuǎn)集合

通過Arrays.asList()方法，可將數(shù)組轉(zhuǎn)化為列表。

String[] sorts = {"程序","新","視界"};List list = Arrays.asList(sorts);System.out.println(list);

打印結(jié)果：

[程序, 新, 視界]

關(guān)于asList的源碼如下：

publicstaticListasList(T... a){returnnewArrayList<>(a);}

看到asList源碼，你能想到什么？是不是發(fā)現(xiàn)該方法的參數(shù)為可變參數(shù)，并且支持?jǐn)?shù)組作為參數(shù)傳入。關(guān)于可變參數(shù)，下篇文章我們會詳細(xì)講一下，別忘記關(guān)注公眾號“程序新視界”學(xué)習(xí)。

當(dāng)然，這里也可以轉(zhuǎn)化為Set集合，但需創(chuàng)建一個Set的實(shí)現(xiàn)類（這里用HashSet），將asList的結(jié)果作為參數(shù)傳入：

Set?sets?=?new?HashSet<>(Arrays.asList(sorts));

數(shù)組內(nèi)容查找

可以通過Arrays.binarySearch()方法來對數(shù)據(jù)中的元素進(jìn)行查找，顧名思義，這里是通過二分查找法進(jìn)行查找的。

String[] sorts = {"c","a","b"};Arrays.sort(sorts);intindex= Arrays.binarySearch(sorts,"b");System.out.println(index);System.out.println(sorts[index]);

打印結(jié)果：

1b

結(jié)果中的"1"指的是字符串所在的下標(biāo)值，通過下標(biāo)可以獲得對應(yīng)位置的值。這里需要注意的是，既然是二分查找法，那么在查找之前必定需要進(jìn)行排序，不然二分查找的意義便不存在了。

數(shù)組的拷貝

可以通過Arrays.copyOf()方法對數(shù)組進(jìn)行復(fù)制，其中第一個參數(shù)是被復(fù)制數(shù)組，第二個參數(shù)為新數(shù)組的長度，返回的結(jié)果為新的數(shù)組。示例如下：???????

int[]sourceArray={1,3,5,7,0};int[]newArray=Arrays.copyOf(sourceArray,sourceArray.length);System.out.println(Arrays.toString(newArray));

打印結(jié)果：

[1,?3,?5,?7,?0]

此時，需要思考一個問題Arrays.copyOf()復(fù)制的功能是一個什么層次的復(fù)制。也就說，如果修改新數(shù)組的值，是否會影響到原有數(shù)組。

先猜測一下，下面看示例代碼：???????

int[]sourceArray={1,3,5,7,0};int[]newArray=Arrays.copyOf(sourceArray,sourceArray.length);newArray[1]=8;System.out.println(Arrays.toString(newArray));System.out.println(Arrays.toString(sourceArray));

打印結(jié)果：

[1,8,5,7,0][1,3,5,7,0]

結(jié)果能說明什么？說明Arrays.copyOf()的復(fù)制功能是創(chuàng)建一個全新的數(shù)組及數(shù)組元素嗎？NO，NO，NO！

我們再來看另外一個示例，先創(chuàng)建一個User對象，源碼如下：???????

publicclassUser{privateString userNo;publicUser(String userNo){this.userNo = userNo;? }publicStringgetUserNo(){returnuserNo;? }publicvoidsetUserNo(String userNo){this.userNo = userNo;? }}

然后創(chuàng)建數(shù)組進(jìn)行復(fù)制操作，復(fù)制完成之后對新數(shù)組的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。???????

User[] sourceArray = {newUser("N1"),newUser("N2"),newUser("N3")};User[] newArray = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);newArray[1].setUserNo("N4");System.out.println(newArray[1].getUserNo());System.out.println(sourceArray[1].getUserNo());

打印結(jié)果如下：

N4N4

我們在代碼中只是修改了新數(shù)組中的User的屬性，結(jié)果原有數(shù)組的值也同樣被修改了。

上面的兩個示例說明數(shù)組的copy操作只是一個淺拷貝。這與序列化的淺拷貝完全相同：基本類型是直接拷貝值，其他都是拷貝引用地址。

同樣，數(shù)組和集合的clone也是如此，同樣是淺拷貝，使用時需多加留意。

基于數(shù)組淺拷貝實(shí)現(xiàn)變長數(shù)組

關(guān)于List是如何實(shí)現(xiàn)變長的，大家可以參考List的源碼進(jìn)行學(xué)習(xí)。這里基于上面提到的Arrays.copyOf()方法的功能來實(shí)現(xiàn)動態(tài)變長。

實(shí)現(xiàn)原理很簡單，就是基于Arrays.copyOf()方法的第二個參數(shù)來進(jìn)行擴(kuò)容。

相關(guān)方法如下：???????

publicstaticT[]expandCapacity(T[] datas,intnewLen){// 校驗(yàn)長度值，如果小于0，則為0newLen = Math.max(newLen,0);// 生成一個新數(shù)組，并拷貝原值，指定新的數(shù)組長度returnArrays.copyOf(datas, newLen);}

在上述方法中除了校驗(yàn)部分，核心機(jī)制便是利用了Arrays.copyOf()方法來實(shí)現(xiàn)一個可變長的數(shù)組。

小結(jié)

關(guān)于數(shù)組部分，我們就講這么多，其實(shí)數(shù)組還有多維數(shù)組以及通過Arrays.asList()方法轉(zhuǎn)換為List之后基于List的更多操作，在這里我們就不進(jìn)行拓展了。感興趣的朋友可自行實(shí)踐。