Java数组中鲜为人知的特别之处

数组是基本上所有语言都会有的一种数据类型，它表示一组相同类型的数据的集合，具有固定的长度，并且在内存中占据连续的空间。在C，C++等语言中，数组的定义简洁清晰，而在Java中确有一些会让人迷惑的特性。本文就尝试分析这些特性

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 { 
 } 
}

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