關於java數組的深度思考

數組

　　剛剛開始接觸java數組的人都會聽到一句類似的話：java是純物件導向的語言，他的數組也是一個對象。於是乎，筆者就按照一個對象的方式來使用數組，心安理得。直到我接觸到C的數組後，才發現將數組作為一個類來使用在實現上是多麼的“不自然”。

　　
　　首先我們看一下表面現象，數組建立的時候採用的是如下語句：

　　MyClass[] arr = new MyClass[9];

　　而普通類採用的是如下語句：

　　MyClass obj = new MyClass();

　　就是說，建立數組的時候不使用小括弧傳參。使得數組和普通類看起來就有很多不同，因為小括弧裡的參數是傳遞給構造方法的，進而讓人感覺數組類是沒有構造方法的。

　　
再往深了想，還有很多讓人感覺不自然的東西。可以肯定的是，java確實將數組作為了一個類來處理。還是用上面的例子說明：

　　可以通過以下方法得到MyClass[]的Class執行個體：arr.getClass()或MyClass[].class。這樣，我就可以向數組類裡面“窺探”了。

　　
　　Class clazz = MyClass[].class;
　　System.out.println(clazz.getConstructors().length);

　　
　　列印出來的結果是0；證明數組類確實沒有構造方法。

　　
　　如果強行執行clazz.newInstance();就會得到下面的錯誤。

　　java.lang.InstantiationException: [Larraytest.MyClass;

　　證明數組類不能夠通過普通的反射方式來建立一個執行個體。

　　
　　再看看數組類的“廬山真面目”：

　　System.out.println(clazz);

　　輸出是：

　　[Larraytest.MyClass

　　對Java Class檔案結構稍有了結就知道，這個字串的意思就是一個元素類型為arraytest.MyClass的一維數組。也就是說，數群組類型不是和普通類一樣，以一個全限定路徑名+類名來作為自己的唯一標示的，而是以[+一個或者多個L+數組元素類全限定路徑+類來最為唯一標示的。這個()也是數組和普通類的區別。而這個區別似乎在某種程度上說明數組和普通java類在實現上有很大區別。因為java虛擬機器(java指令集)在處理數組類和普通類的時候，肯定會做出區分。筆者猜想，可能會有專門的java虛擬機器指令來處理數組。

　　既然我們可以得到數組的Class類執行個體，就說明肯定需要調用ClassLoader的 defineClass(不一定非要是loadClass方法)方法，來構造一個Class執行個體。java虛擬機器規範規定，任何一個可以被載入的類，如果其類檔案儲存體在檔案系統上，那麼一個*.class檔案只能儲存一個類資訊，也就是說，數組類的資訊不可能以類檔案的形式儲存在本地磁碟上(否則任意一個類都要配有255個數組類了.....)，既然這樣，那就說明java虛擬機器肯定內建了一塊用來聲明數組類的資料(不管是幾級數組)。這是符合java虛擬機器規範的，規範規定class類資料可以來自任意介質，包括本地磁碟、網路、資料庫、記憶體等等。

　　分析到這裡，我基本上可以肯定：java對數組對象化的操作的支援是指令級的，也就是說java虛擬機器有專門針對數組的指令。數組的Class類執行個體是java虛擬機器動態建立動態載入的，其結構與普通java類的Class執行個體有一些不同。

　　JDK API中有一個java.lang.reflect.Array類，這個類提供了很多方法(絕大多數是native方法，這在另一個方面證明了java對數組的支援是專用指令支援的，否則用本地方法幹嘛^_^)，用來彌補我們對數組操作的局限性。

　　下面這句話用來建立一個一維的、長度為10的、類型為arraytest.MyClass的數組：

　　arraytest.MyClass[] arr = (arraytest.MyClass[]) Array.newInstance(arraytest.MyClass, 10);

　　下面這句話用來建立一個二維的、3乘5的、類型為arraytest.MyClass的數組：

　　int[] arrModel = new int[]{3,5};
Object arrObj = Array.newInstance(Sub.class, arrModel);

　　當然你可以用一個數組的引用指向上面的二維數組，這裡我們用一個Object的引用指向他。
使用的時候，我們也是可以利用Array類提供的方法來實現：

　　System.out.println(Array.getLength(arrObj);//第一維長度為3
　　System.out.println(Array.getLength(Array.get(arrObj, 2)));//第二維長度為5，這裡如果寫3，就會得到你意想之中的java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException

　　列印結果是如我們所想的：

　　3
　　5

　　對於數組的Class類執行個體，還有一些奇怪的現象：

　　在運行代碼 java.lang.reflect.Field fieldarr = clazz.getField("length");的時候，會拋出異常：java.lang.NoSuchFieldException: length，這似乎在說數組類沒有length這個域，而這個域其實是我們用的最多的一個（也就是說這個域是肯定存在的）。筆者認為關於數組的Class類執行個體、數組的實現等，還有很多“陷阱”在裡面。
 
　　順便說一句，java數組最多隻能是255維的。這個讓人看到了C的影子，嘿嘿。“Java把數組當作一個java類來處理”說起來容易，用起來自然，但是細細想來，還是有很多不簡單的地方。