一. 數(shù)組內(nèi)存分析(重點)

1. 簡介

Java的內(nèi)存，可以分為棧、堆、方法區(qū)、本地方法區(qū)、程序寄存器等幾個核心部分。這一塊的內(nèi)容，以后會專門編寫文章進(jìn)行介紹，對于初學(xué)者來說，這還不適合我們學(xué)習(xí)。但是我們現(xiàn)在要先對以下三個概念有所了解：

棧： 棧中可以存儲基本類型的數(shù)據(jù)和引用類型的地址。特點: 先進(jìn)后出，一般空間比較小，存取速度較快。

堆： 堆中可以存儲引用類型的數(shù)據(jù)。特點: 空間比較大，存儲速度相對較慢。

方法區(qū)： 方法區(qū)中可以 存儲字符串常量池、靜態(tài)數(shù)據(jù)、代碼和類的元數(shù)據(jù)。

我們知道，數(shù)組屬于引用類型，而數(shù)組的引用變量(數(shù)組名稱)只是一個地址引用。 這個引用變量可以指向任何有效的內(nèi)存空間，只有當(dāng)這個引用指向有效的空間時，才可以通過引用去操作數(shù)組中真正的數(shù)據(jù)元素。所以數(shù)組的引用變量(數(shù)組名稱)是存儲在棧空間中，但真正的數(shù)組數(shù)據(jù)是存儲在堆空間中。

2. 代碼案例

為了讓大家更好地理解數(shù)組的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，接下來給大家設(shè)計一個代碼案例，然后給大家分析一下這個數(shù)組的內(nèi)存結(jié)構(gòu)。

/**
 * @author
 */
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
	//使用靜態(tài)初始化的方式初始化一個數(shù)組a
        //a存放在棧中，a的值是數(shù)組的地址，數(shù)組的真正數(shù)據(jù){5,7,20}存放在堆中
        int[] a = {5,7,20}; 
        System.out.println("a的長度為:" + a.length);//3

        //整型變量，存放在棧中
        int num =8;
        System.out.println("num:"+num);

        //定義一個新的數(shù)組b
        int[] b=new int[4]; 
        System.out.println("b的長度是:"+b.length);

        //將a賦值給b，是b的指向改變了，但b原先對應(yīng)的數(shù)組依然存在
        b=a; 
        System.out.println("b的長度是:"+b.length);
    }
}

3. 內(nèi)存分析

為了讓各位更好地理解基本類型的數(shù)據(jù)和數(shù)組的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，再給大家繪制下面一張圖。

根據(jù)上面的代碼和下面的內(nèi)存分析圖，我們可以得到如下結(jié)論：

• 變量a存放在棧中，a的值是數(shù)組的首地址，數(shù)組的真正數(shù)據(jù){5,7,20}存放在堆中；
• 整型變量num存放在棧中；
• 定義新的數(shù)組b，數(shù)組名稱b存放在棧中，b的數(shù)據(jù)在堆中；
• 將a賦值給b，此時b的指向改變了，但b原先對應(yīng)的數(shù)組依然存在，此時b指向原先a對應(yīng)的數(shù)組數(shù)據(jù)。

二. 數(shù)組擴容與縮容

1. 擴容簡介

在前面給大家說過，數(shù)組一旦創(chuàng)建初始化后，其長度就不能被改變。但是有的小伙伴就說了，”不對啊，我看別人的文章說，可以往數(shù)組中增加很多新數(shù)據(jù)啊......“。那如果是這樣，假如我們一開始定義一個長度為5的數(shù)組，然后想把10個數(shù)據(jù)元素都插進(jìn)去，這能不能實現(xiàn)？

大家想一下，你能把10升水裝到5升的瓶子中嗎？肯定不行！如果你非要把10升水都裝到瓶子里，肯定需要換一個新的更大的瓶子！

所以今天跟大家說的”數(shù)組擴容“，其實并不是將這些多余的數(shù)據(jù)裝到原有的數(shù)組中，而是創(chuàng)建一個新的更大的數(shù)組，再把原有數(shù)組中的內(nèi)容都復(fù)制到新數(shù)組中來！

2. 擴容與縮容流程(重點)

在Java中，數(shù)組的”擴容“和”縮容“，并不是真的改變原有數(shù)組的大小，而是創(chuàng)建一個新的數(shù)組，然后再進(jìn)行操作，具體流程如下：

• 步驟1： 定義一個新數(shù)組，新數(shù)組的長度要比原數(shù)組增加或者減小；
• 步驟2： 將原數(shù)組中的元素拷貝到新數(shù)組中；
• 步驟3：將原數(shù)組的名稱變量指向新數(shù)組。

3. 代碼實現(xiàn)

接下來就按照上面的流程，來帶大家實現(xiàn)一下數(shù)組的擴容和縮容。

3.1 擴容代碼

以下代碼是進(jìn)行數(shù)組擴容的案例。

/**
 * @author
 */
public class Demo05 {
    public static void main(String[] args) {
	// 數(shù)組擴容
	// 原數(shù)組
	int[] oldArr = { 1, 3, 46, 22, 11 };

	// 1.定義一個新數(shù)組，長度比原數(shù)組的長度多1，用于擴容
	int[] newArr = new int[oldArr.length + 1];

	// 2.數(shù)組拷貝
	for (int i = 0; i < oldArr.length; i++) {
            //數(shù)組拷貝，將原來數(shù)組的元素拷貝到新數(shù)組中
            newArr[i] = oldArr[i];
	}

	// 3.將原數(shù)組的名稱變量指向新數(shù)組
	oldArr = newArr;
	System.out.println("數(shù)組長度="+oldArr.length);
        
	//4.遍歷數(shù)組
	for (int i = 0; i < oldArr.length; i++) {
            //最后一個元素的值是默認(rèn)值0
            System.out.println(oldArr[i]);
	}
    }
}

這里我們使用newArr[i] = oldArr[i];這樣的語句，將舊數(shù)組中的元素拷貝到新數(shù)組中

3.2 縮容代碼

以下代碼是進(jìn)行數(shù)組縮容的案例，供大家參考：

/**
 * @author
 */
public class Demo06 {
    public static void main(String[] args) {
	// 數(shù)組縮容
	//定義一個原數(shù)組
	int[] oldArr = {1,3,46,22,11};
	//1.定義一個新數(shù)組，新數(shù)組的長度比原數(shù)組長度少1個
	int[] newArr = new int[oldArr.length-1];

	//2.進(jìn)行數(shù)組拷貝，將舊數(shù)組中的元素拷貝到新數(shù)組中
	for (int i = 0; i < newArr.length; i++) {
            newArr[i] = oldArr[i];
	}

	//3.將原數(shù)組的名稱變量指向新數(shù)組
	oldArr = newArr;
	for (int i = 0; i < newArr.length; i++) {
            System.out.println(oldArr[i]);
	}
    }
}

三. 數(shù)組拷貝

在給大家講解數(shù)組擴容時，涉及到了數(shù)組中數(shù)據(jù)元素的拷貝復(fù)制。那么除了上面的拷貝方式之外，數(shù)組還有哪些拷貝方式呢？

1. 拷貝方式

在Java中，數(shù)組的拷貝主要有三種實現(xiàn)方式：

通過循環(huán)語句，將原數(shù)組中的各個元素拷貝到新數(shù)組中(即數(shù)組擴容案例中使用的方法)；

System類提供的數(shù)組拷貝方法；

Arrays類提供的數(shù)組拷貝方法。

接下來就設(shè)計幾個案例，來給大家展示這幾種方式都是怎么進(jìn)行數(shù)組拷貝的。因為第一種數(shù)組拷貝方式，我們已經(jīng)在數(shù)組擴容的案例中給大家演示了，這里就不再重復(fù)展示相關(guān)代碼了。

2. System.arraycopy方法

2.1 簡介

System.arraycopy()是Java提供的一個本地靜態(tài)方法，用于將數(shù)據(jù)元素從源數(shù)組復(fù)制到目標(biāo)數(shù)組。

public static native void arraycopy(Object src,int srcPos,Object dest,int destPos,int length);

arraycopy()方法有5個核心參數(shù)，其含義如下：

• src: 源數(shù)組，即被復(fù)制的舊數(shù)組；
• srcPos: 源數(shù)組中開始復(fù)制的索引位置；
• dest: 目標(biāo)數(shù)組，即要復(fù)制到的新數(shù)組；
• destPos: 要復(fù)制到目標(biāo)數(shù)組中的索引位置；
• length: 要復(fù)制的元素個數(shù)。

另外我們還要注意，arraycopy()方法在有些情況下有可能會發(fā)生如下異常：

• NullPointerException: if source or destination array is null.NullPointerException ：如果源或目標(biāo)數(shù)組為null時，就會產(chǎn)生NullPointerException異常。
• ArrayStoreException: if the source and destination array type doesn’t match or they are not array.ArrayStoreException ：如果源和目標(biāo)數(shù)組類型不匹配或不是數(shù)組，會產(chǎn)生該異常；
• ArrayIndexOutOfBoundsException: if the data overflow occurs because of index values or they are negative.ArrayIndexOutOfBoundsException ：如果由于索引值導(dǎo)致數(shù)據(jù)溢出，或它們?yōu)樨?fù)數(shù)時會產(chǎn)生該異常。

2.2 案例

我們先來看看下面這個數(shù)組拷貝的案例：

/**
 * @author
 */
public class Demo07 {
    public static void main(String[] args) {
	// 數(shù)組拷貝
	//1.源數(shù)組
	int[] srcArr = {1,3,46,22,11};

	//2.目標(biāo)數(shù)組
	int[] destArr = new int[srcArr.length + 5];
        /**
	* src:原數(shù)組
	* srcPos：原數(shù)組的起始拷貝位置
	* dest：目標(biāo)數(shù)組
	* destPos：目標(biāo)數(shù)組的起始拷貝位置
	* length：拷貝的長度
	*/
	//3.調(diào)用arraycopy方法進(jìn)行復(fù)制
	System.arraycopy(srcArr, 1, destArr, 3, 4);

	//對新數(shù)組進(jìn)行遍歷
	for (int i = 0; i < destArr.length; i++) {
            System.out.print(destArr[i]+"\t");
	}
    }
}

3. Arrays.copyOf方法

3.1 簡介

Arrays.copyOf()可以復(fù)制數(shù)組中指定范圍的元素。該方法會返回一個新的數(shù)組對象，且改變新數(shù)組中的元素值，不會影響原來的數(shù)組。我們還可以利用Arrays.toString方法將賦值后的數(shù)組輸出。

該方法支持的參數(shù)可以是long、float、double、int、boolean、byte、Object等類型的數(shù)組。

public static int[] copyOf(int[] original, int newLength);

copyOf()方法有2個核心參數(shù)，其含義如下：

• original: 源數(shù)組，即被復(fù)制的舊數(shù)組；
• newLength: 表示新數(shù)組的長度。如果新數(shù)組的長度超過源數(shù)組的長度，會采用數(shù)組元素類型的默認(rèn)值。

3.2 案例

以下是Arrays.copyOf()方法的實現(xiàn)案例：

/**
 * @author
 */
public class Demo08 {
    public static void main(String[] args) {
	// 數(shù)組拷貝
	//1.源數(shù)組
	int[] srcArr = {1,3,46,22,11};
	/**
	* original：原數(shù)組
	* newLength：新數(shù)組的長度
	* 返回值：返回新數(shù)組 
	*/
	//2.調(diào)用copyOf方法進(jìn)行數(shù)組拷貝
	int[] destArr = Arrays.copyOf(srcArr, srcArr.length+1);
		
	//3.遍歷新數(shù)組
	for (int i = 0; i < srcArr.length; i++) {
            System.out.print(destArr[i]+"\t");
	}
    }
}

四. 結(jié)語

至此，就把數(shù)組的擴容、縮容及拷貝等內(nèi)容給大家介紹完畢了，現(xiàn)在你明白數(shù)組的擴容原理了嗎？

以上就是詳解Java數(shù)組擴容縮容與拷貝的實現(xiàn)和原理的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java數(shù)組擴容縮容與拷貝的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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