Java数组[I

一、什么是数组

     数组？什么是数组？在我印象中的数组是应该这样的：通过new关键字创建并组装他们，通过使用整形索引值访问它的元素，并且它的尺寸是不可变的！

      但是这只是数组的最表面的东西！深一点？就是这样：数组是一个简单的复合数据类型，它是一系列有序数据的集合，它当中的每一个数据都具有相同的数据类型，我们通过数组名加上一个不会越界下标值来唯一确定数组中的元素。

      还有更深的，那就是数组是一个特殊的对象！！（对于这个LZ理解的不是很好，对JVM也没有看，所以见解有限）。以下参考文献：有关JVM处理Java数组方法的思考-java数组方法、理解java数组 - 一步一个脚印 - BlogJava

      不管在其他语言中数组是什么，在java中它就是对象。一个比较特殊的对象。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = new int[10];
        System.out.println("array的父类是：" + array.getClass().getSuperclass());
        System.out.println("array的类名是：" + array.getClass().getName());
    }
}
-------Output:
array的父类是：class java.lang.Object
array的类名是：[I

      从上面示例可以看出,数组的是Object的直接子类,它属于“第一类对象”，但是它又与普通的java对象存在很大的不同，从它的类名就可以看出：[I，这是什么东东？？在JDK中我就没有找到这个类，话说这个"[I”都不是一个合法标识符。怎么定义成类啊？所以我认为SUM那帮天才肯定对数组的底层肯定做了特殊的处理。

      我们再看如下示例：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array_00 = new int[10];
        System.out.println("一维数组：" + array_00.getClass().getName());
        int[][] array_01 = new int[10][10];
        System.out.println("二维数组：" + array_01.getClass().getName());
        
        int[][][] array_02 = new int[10][10][10];
        System.out.println("三维数组：" + array_02.getClass().getName());
    }
}
-----------------Output:
一维数组：[I
二维数组：[[I
三维数组：[[[I

      通过这个实例我们知道：[代表了数组的维度，一个[表示一维，两个[表示二维。可以简单的说数组的类名由若干个'['和数组元素类型的内部名称组成。不清楚我们再看：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Object[]:" + Object[].class);
        System.out.println("Object[][]:" + Object[][].class);
        System.err.println("Object[][][]:" + Object[][][].class);
        System.out.println("Object:" + Object.class);
    }
}
---------Output:
Object[]:class [Ljava.lang.Object;
Object[][]:class [[Ljava.lang.Object;
Object[][][]:class [[[Ljava.lang.Object;
Object:class java.lang.Object

      从这个实例我们可以看出数组的“庐山真面目”。同时也可以看出数组和普通的Java类是不同的，普通的java类是以全限定路径名+类名来作为自己的唯一标示的，而数组则是以若干个[+L+数组元素类全限定路径+类来最为唯一标示的。这个不同也许在某种程度上说明了数组也普通java类在实现上存在很大的区别，也许可以利用这个区别来使得JVM在处理数组和普通java类时作出区分。

     我们暂且不论这个[I是什么东东，是由谁来声明的，怎么声明的（这些我现在也不知道！但是有一点可以确认：这个是在运行时确定的）。先看如下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = new int[10];
        Class clazz = array.getClass();   
        System.out.println(clazz.getDeclaredFields().length);   
        System.out.println(clazz.getDeclaredMethods().length);   
        System.out.println(clazz.getDeclaredConstructors().length);   
        System.out.println(clazz.getDeclaredAnnotations().length);   
        System.out.println(clazz.getDeclaredClasses().length);   
    }
}
----------------Output：
0
0
0
0
0

      从这个运行结果可以看出，我们亲爱的[I没有生命任何成员变量、成员方法、构造函数、Annotation甚至连length成员变量这个都没有，它就是一个彻彻底底的空类。没有声明length，那么我们array.length时，编译器怎么不会报错呢？确实，数组的length是一个非常特殊的成员变量。我们知道数组的是Object的直接之类，但是Object是没有length这个成员变量的，那么length应该是数组的成员变量，但是从上面的示例中，我们发现数组根本就没有任何成员变量，这两者不是相互矛盾么？

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int a[] = new int[2];
        int i = a.length;
    }
}

      打开class文件，得到main方法的字节码：

0 iconst_2                   //将int型常量2压入操作数栈  
    1 newarray 10 (int)          //将2弹出操作数栈，作为长度，创建一个元素类型为int, 维度为1的数组，并将数组的引用压入操作数栈  
    3 astore_1                   //将数组的引用从操作数栈中弹出，保存在索引为1的局部变量(即a)中  
    4 aload_1                    //将索引为1的局部变量(即a)压入操作数栈  
    5 arraylength                //从操作数栈弹出数组引用(即a)，并获取其长度(JVM负责实现如何获取)，并将长度压入操作数栈  
    6 istore_2                   //将数组长度从操作数栈弹出，保存在索引为2的局部变量(即i)中  
    7 return                     //main方法返回

      在这个字节码中我们还是没有看到length这个成员变量，但是看到了这个:arraylength ,这条指令是用来获取数组的长度的，所以说JVM对数组的长度做了特殊的处理，它是通过arraylength这条指令来实现的。

二、数组的使用方法

      通过上面算是对数组是什么有了一个初步的认识，下面将简单介绍数组的使用方法。

      数组的使用方法无非就是四个步骤：声明数组、分配空间、赋值、处理。

      声明数组：就是告诉计算机数组的类型是什么。有两种形式：int[] array、int array[]。

      分配空间：告诉计算机需要给该数组分配多少连续的空间，记住是连续的。array = new int[10];

      赋值：赋值就是在已经分配的空间里面放入数据。array[0] = 1 、array[1] = 2……其实分配空间和赋值是一起进行的，也就是完成数组的初始化。有如下三种形式：

int a[] = new int[2];    //默认为0,如果是引用数据类型就为null
        int b[] = new int[] {1,2,3,4,5};    
        int c[] = {1,2,3,4,5};

      处理：就是对数组元素进行操作。通过数组名+有效的下标来确认数据。

记得vamcily 曾问我：“为什么获取数组的长度用.length(成员变量的形式)，而获取String的长度用.length()(成员方法的形式)？”

我当时一听，觉得问得很有道理。做同样一件事情，为什么采用两种风格迥异的风格呢？况且，Java中的数组其实是完备(full-fledged)的对象，直接暴露成员变量，可能不是一种很OO的风格。那么，设计Java的那帮天才为什么这么做呢？

带着这个疑问，我查阅了一些资料，主要是关于“JVM是如何处理数组”的。

数组对象的类是什么？

既然数组都是对象，那么数组的类究竟是什么呢？当然不是java.util.Arrays啦！我们以int一维数组为例，看看究竟。

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public class Main {   
public static void main(String args[]){   
int a[] = new int[10]; Class clazz = a.getClass();   
System.out.println(clazz.getName());   
}   
}  
 

在SUN JDK 1.6上运行上述代码，输出为：

[I

看起来数组的类很奇怪，非但不属于任何包，而且名称还不是合法的标识符(identifier)。具体的命名规则[1]可以参见java.lang.Class.getName()的javadoc。简单的说，数组的类名由若干个'['和数组元素类型的内部名称组成，'['的数目代表了数组的维度。

具有相同类型元素和相同维度的数组，属于同一个类。如果两个数组的元素类型相同，但维度不同，那么它们也属于不同的类。如果两个数组的元素类型和维度均相同，但长度不同，那么它们还是属于同一个类。

数组的类有哪些成员呢？

既然我们知道了数组的类名是什么，那么就去看看数组的类究竟是什么样的吧？有哪些成员变量？有哪些成员方法？length这个成员变量在哪？是不是没有length()这个成员方法？

找来找去，在JDK的代码中没有找打'[I'这个类。想想也对，'[I'都不是一个合法的标识符，肯定不会出现public class [I {...}这样的Java代码。我们暂且不管[I类是谁声明的，怎么声明的，先用反射机制一探究竟吧。

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public class Main {   
public static void main(String[] args) {   
int a[] = new int[10]; 
Class clazz = a.getClass();   
System.out.println(clazz.getDeclaredFields().length);   
System.out.println(clazz.getDeclaredMethods().length);   
System.out.println(clazz.getDeclaredConstructors().length);   
System.out.println(clazz.getDeclaredAnnotations().length);   
System.out.println(clazz.getDeclaredClasses().length);   
System.out.println(clazz.getSuperclass());   
}   
}  
 

在SUN JDK 1.6上运行上述代码，输出为：

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0 
0 
0 
0 
0 
class java.lang.Object  
 

可见，[I这个类是java.lang.Object的直接子类，自身没有声明任何成员变量、成员方法、构造函数和Annotation，可以说，[I就是个空类。我们立马可以想到一个问题：怎么连length这个成员变量都没有呢？如果真的没有，编译器怎么不报语法错呢？想必编译器对Array.length进行了特殊处理哇！

数组的类在哪里声明的？

先不管为什么没有length成员变量，我们先搞清楚[I这个类是哪里声明的吧。既然[I都不是合法的标识符，那么这个类肯定在Java代码中显式声明的。想来想去，只能是JVM自己在运行时生成的了。JVM生成类还是一件很容易的事情，甚至无需生成字节码，直接在方法区中创建类型数据，就差不多完工了。

还没有实力去看JVM的源代码，于是翻了翻The JavaTM Virtual Machine Specification  Second Edition，果然得到了验证，相关内容参考5.3.3 Creating Array Classes。

规范的描述很严谨，还掺杂了定义类加载器和初始化类加载器的内容。先不管这些，简单概括一下：

类加载器先看看数组类是否已经被创建了。如果没有，那就说明需要创建数组类；如果有，那就无需创建了。

如果数组元素是引用类型，那么类加载器首先去加载数组元素的类。

JVM根据元素类型和维度，创建相应的数组类。

呵呵，果然是JVM这家伙自个偷偷创建了[I类。JVM不把数组类放到任何包中，也不给他们起个合法的标识符名称，估计是为了避免和JDK、第三方及用户自定义的类发生冲突吧。

再想想，JVM也必须动态生成数组类，因为Java数组类的数量与元素类型、维度(最多255)有关，相当相当多了，是没法预先声明好的。

居然没有length这个成员变量！

我们已经发现，偷懒的JVM没有为数组类生成length这个成员变量，那么Array.length这样的语法如何通过编译，如何执行的呢？

让我们看看字节码吧！编写一段最简单的代码，使用jclasslib查看字节码。

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public class Main {   
public static void main(String[] args)   
{ int a[] = new int[2]; int i = a.length;   
}   
}  
 

使用SUN JDK 1.6编译上述代码，并使用jclasslib打开Main.class文件，得到main方法的字节码：

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0 iconst_2                   //将int型常量2压入操作数栈  
1 newarray 10 (int)    //将2弹出操作数栈，作为长度，创建一个元素类型为int, 维度为1的数组，并将数组的引用压入操作数栈  
3 astore_1                 //将数组的引用从操作数栈中弹出，保存在索引为1的局部变量(即a)中  
4 aload_1                  //将索引为1的局部变量(即a)压入操作数栈  
5 arraylength            //从操作数栈弹出数组引用(即a)，并获取其长度(JVM负责实现如何获取)，并将长度压入操作数栈  
6 istore_2                 //将数组长度从操作数栈弹出，保存在索引为2的局部变量(即i)中  
7 return                    //main方法返回  
 

可见，在这段字节码中，根本就没有看见length这个成员变量，获取数组长度是由一条特定的指令arraylength实现(怎么实现就不管了，JVM总有办法)。编译器对Array.length这样的语法做了特殊处理，直接编译成了arraylength指令。另外，JVM创建数组类，应该就是由newarray这条指令触发的了。

很自然地想到，编译器也可以对Array.length()这样的语法做特殊处理，直接编译成arraylength指令。这样的话，我们就可以使用方法调用的风格获取数组的长度了，这样看起来貌似也更加OO一点。那为什么不使用Array.length()的语法呢？也许是开发Java的那帮天才对.length有所偏爱，或者抛硬币拍脑袋随便决定的吧。 形式不重要，重要的是我们明白了背后的机理。

Array in Java

最后，对Java中纯对象的数组发表点感想吧。

#t#相比C/C++中的数组，Java数组在安全性要好很多。C/C++常遇到的缓存区溢出或数组访问越界的问题，在Java中不再存在。因为Java使用特定的指令访问数组的元素，这些指令都会对数组的长度进行检查。如果发现越界，就会抛出java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException。

Java数组元素的灵活性比较大。一个数组的元素本身也可以是数组，只要所有元素的数组类型相同即可。我们知道数组的类型和长度无关，因此元素可以是长度不同的数组。这样，Java的多维数组就不一定是规规矩矩的矩阵了，可以千变万化。