《疯狂Java：突破程序员基本功的16课》读书笔记-第一章 数组与内存控制

很早以前就听过李刚老师的疯狂java系列很不错，所以最近找一本拿来拜读，再此做下读书笔记，促进更好的消化。

使用Java数组之前必须先对数组对象进行初始化。当数组的所有元素都被分配了合适的内存空间，并指定了初始值时，数组初始化完成。程序以后将不能重新改变数组对象在内存中的位置和大小。

从用法角度来看，数组元素相当于普通变量，程序既可把数组元素的值赋给普通变量，也可把普通变量的值赋给数组元素。

1.1数组初始化

1.1.1 Java数组是静态的

Java语言是典型的静态语言，因此Java的数组是静态的，即当数组被初始化之后，该数组的长度是不可变的。

Java程序中的数组必须经过初始化才可使用。所谓初始化，就是为数组对象的元素分配内存空间，并为每个数组元素指定初始值。

数组的初始化有以下两种方式。

（1）静态初始化：初始化时由程序员显示指定每个数组元素的初始值，由系统决定数组长度。

（2）动态初始化：初始化时程序员只指定数组长度，由系统为数组元素分配初始值。

不管采用哪种方式初始化Java数组，一旦初始化完成，该数组的长度就不可改变，Java语言允许通过数组的length属性来访问数组的长度。示例如下：

package cn.zhouyu.array;

public class ArrayTest
{
public static void main(String[] args)
{
//采用静态初始化方式初始化第1个数组
String[] books = new String[]{"疯狂java","轻量级java ee企业应用实战","疯狂ajax","疯狂XML"};

//采用静态初始化的简化形式初始化第2个数组
String[] names = {"孙悟空","白骨精","猪八戒"};

//采用动态初始化的方式初始化第3个数组
String[] strArray = new String[5];

System.out.println("第1个数组的长度：" + books.length);
//输出4
System.out.println("第2个数组的长度：" + names.length);
//输出3
System.out.println("第3个数组的长度：" + strArray.length);
//输出5
}
}

books,names,strArray这3个变量以及各自引用的数组在内存中的分配图：



从图中可以看出，对于静态初始化方式而言，程序员无需指定数组长度，指定该数组的数组元素，有系统来决定该数组的长度即可。

例如books数组，为它指定了4个数组元素，那它的长度就是4；对于names数组，为它指定了3个元素，那它的长度就是3.

执行动态初始化时，程序员只需指定数组的长度，即为每个数组元素指定所需的内存空间，系统将负责为这些数组元素分配初始值。指定初始值时，系统将按照如下规则分配初始值。

整型（byte,short,int,long）是0

浮点型（float,double）是0.0

字符型（char）是'\u0000'

布尔型是false

引用类型（类，接口，数组）是null

不要同时使用静态初始化和动态初始化。也就是说，不要在进行数组初始化时，即指定数组的长度，也为每个数组元素分配初始值。

Java的数组变量是一种引用类型的变量，数组变量并不是数组本身，它只是指向堆内存中的数组对象。因此，可以改变一个数组变量所引用的数组，这样可以造成数组长度可变的假象。

//让books数组变量，stArr数组变量指向names所引用的数组

books = names;

strArray = names;

System.out.println("books数组的长度：" + books.length);

System.out.println("strArray数组的长度：" + strArray.length);

//改变books数组变量所引用的数组的第2个元素值。

books[1] = "白骨精";

System.out.println("names数组的第2个元素是：" + books[1]);

现在books数组变量，strArray数组变量都指向names数组变量所引用的数组，这样做的结果就是books，strArray，names这3个变量引用同一个数组对象。如图：



从图中可以看出，此时strArr，names，books数组变量实际上引用同一个数组对象。因此，当访问books数组，strArr数组的长度时，将看到输出3.这很容易造成一个假想，books的数组长度从4变成3。实际上，数组对象本身的长度并没有发生改变，变的是books数组变量。books数组变量原本指向堆内存下面的数组，当执行了books=names后，books数组将改为指向堆内存中间的数组，而原来books变量所引用的数组长度依然是4。

从图中可以看出，原来books变量所引用的数组长度依然是4，但不再有任何引用变量引用该数组，因此它将会变成垃圾，等着垃圾回收机制来回收。此时，程序使用books，names，strArr这3个变量时，将会访问同一个数组对象，隐藏把books数组的第2个元素赋值为“白骨精”时，names数组的第2个元素的值也会随之改变。

1.1.2 数组一定要初始化吗

在使用Java数组之前必须先初始化数组，也就是为数组元素分配内存空间，并指定初始值。实际上，如果真正掌握了Java数组在内存中分配机制，那么完全可以换一个方式来初始化数组，也就是说，数组无需经过初始化。

package cn.zhouyu.array;

public class ArrayTest3
{
public static void main(String[] args)
{
int[] nums = new int[]{3,5,20,12};
int[] prices;
prices = nums;

for(int i=0;i<prices.length;i++)
{
System.out.println(prices[i]);
}

prices[2] = 34;
System.out.println("nums数组的第3个元素是：" + nums[2]);
}
}

程序定义了prices数组之后，并未对prices数组进行初始化。当执行int[] prices之后，如图



从图中可以看出，此时的prices数组变量还未指向任何有效的内存，未指向任何数组对象，此时的程序还不可使用prices数组变量。

当程序执行prices=nums后，prices变量将指向nums变量所引用的数组，此时prices变量和nums变量引用同一个数组对象。执行这条语句之后，prices变量已经指向有效的内存及一个长度为4的数组对象，因此程序完全可以正常使用prices变量了。

常常说使用java数组之前必须先进行初始化，可是现在prices变量却无需初始化，这不是互相矛盾吗？其实一点都不矛盾，关键是大部分时候，我们把数组变量和数组对象搞混了，数组变量只是一个引用变量（有点类似于C里的指针），通常存放在栈内存中（也可被放入堆内存中），而数组对象就是保存在堆内存中的连续内存空间。对数组执行初始化，其实并不是对数组变量执行初始化，而是要对数组对象执行初始化，也就是为该数组对象分配一块连续的内存空间，这块连续内存空间的长度就是数组的长度。虽然上面程序中的prices变量看似没有经过初始化，但执行prices=nums就会让prices变量直接指向一个已经执行初始化的数组。

对于数组变量来说，它并不需要进行所谓的初始化，只要让数组变量指向一个有效的数组对象，程序即可正常使用该数组变量。

对于Java程序中所有的引用变量，它们都不需要经过所谓的初始化操作，需要进行初始化操作的是该引用变量所引用的对象。比如，数组变量不需要进行初始化操作，而数组对象本身需要进行初始化；对象的引用变量也不需要进行初始化，而对象本身才需要进行初始化。

1.1.3基本类型数组的初始化

对于基本类型数组而言，数组元素的值直接存储在对应的数组元素中，因此基本类型数组的初始化比较简单：程序直接先为数组分配内存空间，再将数组元素的值 对应内存里。

下面程序采用静态初始化的方式初始化了一个基本类型的数组对象。

public class PrimitiveArrayTest
{
public static void main(String[] args)
{
//定义一个int[]类型的数组变量
Int[] iArr;
//静态初始化数组，数组长度为4
iArr = new int[]{2,5,-12,20};
}
}

上面代码的执行过程代表了基本类型数组初始化的典型过程。下面将结合示意图详细介绍这段代码的执行过程。

执行第一行代码int[] iArr;时，仅定义一个数组变量，此时内存中的存储如图1.4所示。

执行了int[] iArr;代码后，仅在main方法栈中定义了一个iArr数组变量，它是一个引用类型的变量，并未指向任何有效的内存，没有真正指向实际的数组对象。此时还不能使用该数组对象。

当执行iArr = new int[]{2,5,-12,20};静态初始化后，系统会根据程序员指定的数组元素来决定数组的长度。此时指定了4个数组元素，系统将创建一个长度为4的数组对象，一旦该数组对象创建成功，该数组的长度将不可改变，程序只能改变数组元素的值。此时内存中的存储如图1.5所示。



静态初始化完成后，iArr数组变量所引用的数组所占用的内存空间被固定下来，程序员只能改变各数组元素内的值，但不能移动该数组所占用的内存空间，既不能扩大该数组对象所占用的内存，也不能缩减该数组对象所占用的内存。

有些书籍中总是不断地重复：基本类型变量的值存储在栈内存中，其实这句话是完全错误的。例如图1.5中的2，5，-12，20，他们都是基本类型的值，但实际上它们却存储在堆内存中。实际上应该说：所有局部变量都是存放在栈内存里保存的，不管其是基本类型的变量，还是引用类型的变量，都是存储在各自的方法栈区中；但引用类型变量所引用的对象（包括数组，普通java对象）则总是存储在堆内存中。

对于Java语言而言，堆内存中的对象（不管是数组对象，还是普通的Java对象）通常不允许直接访问，为了访问堆内存中的对象，通常只能通过引用变量。这也是很容易混淆的地方。例如，iArr本质上只有main栈区的引用变量，但使用iArr.length,iArr[2]时，系统将会自动变为访问堆内存中的数组对象。

对于很多Java程序员而言，他们最容易混淆的是：引用类型变量何时只是栈内存中的变量本身，何时又变为引用实际的Java对象。其实规则很简单：引用变量本质上只是一个指针，只要程序通过引用变量访问属性，或者通过调用引用变量来调用方法，该引用变量将会由它所引用的对象代替。

1.1.4 引用类型数组的初始化

引用类型数组的数组元素依然是引用类型的，因此数组元素里存储的还是引用，它指向另一块内存，这块内存里存储了该引用变量所引用的对象（包括数组和Java对象）。

为了说明引用类型数组的运行过程，下面程序先定义了一个Person类，然后定义了一个Person[]数组，并动态初始化了该Person[]数组，再显式为数组的不同数组元素指定值。

class Person
{
//年龄
public int age;
//身高
public double height;
//定义一个info方法
public void info()
{
System.out.println("我的年龄是：" + age + "，我的身高是：" + height);
}
}
public class ReferenceArrayTest
{
public static void main(String[] args)
{
//定义一个students数组变量，其类型是Person[]
Person[] students;
//执行动态初始化
students = new Person[2];
System.out.println("students所引用的数组的长度是：" + students.length);
//创建一个Person实例，并将这个Person实例赋给zhang变量
Person zhang = new Person();
//为zhang所引用的Person对象的属性赋值
zhang.age = 15;
zhang.height = 158;
//创建一个Person实例，并将这个Person实例赋给lee变量
Person lee = new Person();
//为lee所引用的Person对象的属性赋值
lee.age = 16;
lee.height = 161;
//将zhang变量的值赋给第一个数组元素
students[0] = zhang;
//将lee变量的值赋给第二个数组元素
students[1] = lee;
//下面两行代码的结果完全一样，因为lee和students[1]指向的是同一个Person实例。
lee.info();
students[1].info();
}
}

上面代码的执行过程代表了引用类型数组的初始化的典型过程。下面将结合示意图详细介绍这段代码的执行过程。

执行Person[] students;代码时，这行代码仅仅在栈内存中定义了一个引用变量，也就是一个指针，这个指针并未指向任何有效的内存区。此时内存中的存储如图：



上图中的栈内存中定义了一个students变量，它仅仅是一个空引用，并未指向任何有效的内存。直到执行初始化，本程序对students数组执行动态初始化。动态初始化由系统为数组元素分配默认的初始值null，即每个数组元素的值都是null。执行动态初始化后的存储如图：



从上图可以看出，students数组的2个数组元素都是引用，而这2个引用并未指向任何有效的内存，因此，每个数组元素的值都是null。此时，程序可以通过students来访问它所引用的数组的属性。

Students数组是引用类型的数组，因此students[0],students[1]两个数组元素相当于两个引用类型的变量。如果程序只是直接输出这两个引用类型的变量，那程序完全正常。但程序依然不能通过students[0],students[1]来调用属性或方法，因此它们还未指向任何有效的内存区，所以这两个连续的Person变量（students数组的数组元素）还不能被使用。

接着，程序定义了zhang和lee两个引用变量，并让它们指向堆内存中的两个Person对象，此时的zhang，lee两个引用变量存储在main方法栈区中，而两个Person对象则存储在堆内存中。此时的内存存储如图：



对于zhang，lee两个引用变量来说，它们可以指向任何有效的Person对象，而students[0],students[1]也可指向任何有效的Person对象。从本质上来看，zhang，lee，students[0],students[1]所能存储的内容完全相同。接着，程序执行students[0] = zhang;student[1] = lee;两行代码，也就是让zhang和students[0]指向同一个Person对象，让lee和students[1]指向同一个Person对象，此时的内存存储如图：



从上图可以看出，此时zhang和student[0]指向同一个内存区，而它们都是引用类型变量，因此通过zhang和students[0]来访问Person实例的属性和方法的效果完全一样，不论修改students[0]所指向的Person实例的属性，还是修改zhang变量所指向的Person实例的属性，所修改的其实是同一个内存区，所以必然互相影响。同理，lee和student[1]也是引用到同一个Person对象，也有相同的效果。

1.2使用数组

当数组引用变量指向一个有效的数组对象之后，程序就可以通过该数组引用变量来访问数组对象。Java语言不允许直接访问堆内存中的数据，因此无法直接访问堆内存中的数组对象，程序将通过数组引用变量来访问数组。

1.2.1 数组元素就是变量

只要在已有数据类型之后增加方括号，就会产生一个新的数组类型：例如

int -> int[]，String -> String[]，Person -> Person[]。

当程序需要多个类型相同的变量来保存程序状态时，可以考虑使用数组来保存这些变量。当一个数组初始化完成，就相当于定义了多个类型相同的变量。

无论哪种类型的数组，其数组元素其实想当于一个普通变量，把数组类型之后的方括号去掉后得到的类型就是该数组元素的类型。

当通过索引来使用数组元素时，将该数组元素当初普通变量使用即可，包括访问该数组元素的值，为数组元素赋值，等等。

1.2.2 没有多维数组

前面已经指出：只要在已有数据类型之后增加方括号，就会产生一个新的数组类型。如果已有的类型是int，增加后是int[]类型，这是一个数组类型，如果再增加就是int[][]，这依然是数组类型，如果再增加就是int[][][]，这依然是数组类型。反过来也是一样。

从上面分析可以看出，所谓多维数组，其实只是数组元素依然是数组的1维数组：2维数组是数组元素是1维数组的数组，3维数组是数组元素是2维数组的数组，4维数组是数组元素是3维数组的数组……N维数组是数组元素是N-1维数组的数组。

Java允许将多维数组当成1维数组处理。初始化多维数组时可以先只初始化最左边的维数，此时该数组的每一个元素都相当于一个数组引用变量，这些数组元素还需要进一步初始化。

public class TwoDimensionTest
{
public static void main(String[] args)
{
//定义一个二维数组
int[][] a;
//把a当成一维数组进行初始化，初始化a是一个长度为3的数组
//a数组的数组元素又是引用类型
a = new int[4][];
//把a数组当成一维数组，遍历a数组的每个数组元素
for (int i = 0; i < a.length ; i++ )
{
System.out.println(a[i]);
}
//初始化a数组的第一个元素
a[0] = new int[2];
//访问a数组的第一个元素所指数组的第二个元素
a[0][1] = 6;
//a数组的第一个元素是一个一维数组，遍历这个一维数组
for (int i = 0 ; i < a[0].length ; i ++ )
{
System.out.println(a[0][i]);
}
}
}