不该被忽视的CoreJava细节(四)
令人纳闷的数组初始化细节
这个细节问题我很久以前就想深入研究一下，但是一直没有能够抽出时间，借这系列文章的东风，尽量解决掉这个"心头病"。
下面以一维int数组为例，对数组初始化方式进行分类。
1） int[] a = new int[2]; a[0] = 1; a[1] = 2;
2） int[] a = new int[]{1, 2};
3） int[] a; a = new int[]{1, 2};
4） int[] a = {1, 2};
这四种初始化方式都是合理的。
但有的时候，题目中会来这么一手。
int[] a; a = {1, 2}; // 编译错误，不符合语法规则
虽然我们能够通过编译器测试其是否正确，但是你不觉得纳闷么？这难道是一个特例？
于是乎，对Java的数组的理解变得更加模糊。本文将深入探究Java数组的机制，解决这个1年内没时间思考的问题。
事实胜于雄辩
曾经我认为直接赋值数组是属于Java常量池技术范畴。通过一段对数组的测试代码，将会证明这是错误观点。
public class ArrayDemo { public static void main(String[] args) { int[] a = {1, 2, 3}; int[] b = {1, 2, 3}; System.out.println(a.hashCode()); // 1072840587 System.out.println(b.hashCode()); // 959045497 System.out.println(a == b); // false } }
明确一点：对象hashCode值一样，并不一定能说明这两个引用指向同一个对象；反过来，如果hashCode值不一样，则引用指向的一定是不同的对象。
因此，引用变量a、b指向的是不同的对象。也就是说，Java并没有为直接赋值数组提供运行时常量池技术实现。
在eclipse中写int数组，先声明，后赋值形式，会报错："数组常量仅能在初始化时使用"，如下所示。
为什么在C语言中很容易理解的概念，在Java中却变得如此晦涩难懂？
在C语言中，这个问题的解释很容易。c[]代表一个int数组，其中数组名c代表数组首地址，是一个常量，不能作为左值。
但是在Java语言规范（可以参考相应文献）中，明确将数组定义为一种引用数据类型，数组名是一个变量，储存数组对象的句柄值。但是，我们知道Java语言是一门高级编程语言，大致属于第三代编程语言（第一代汇编，第二代C，二代半C++，第三代Java，第四代R等），其底层实现依靠C++。建立在C++基础之上的Java很多底层细节都被屏蔽，导致使用者很难一窥究竟，这就是为什么我们可以理解C/C++的基本概念，但是对Java却一头雾水的原因。
这个例子中，似乎数组与字符串等别的对象确实有些不同。
当时想到，既然Collection（接口）、Collections（工具类），那么会不会有Array（接口）、Arrays（工具类）组合形式，毕竟都是一个没有s，一个有s。用eclipse查看源代码的时候，发现真的有Array这个类，只不过Array不是猜想的接口，而是一个普通类。
查看Array类的源代码，发现其中的方法都是用native修饰的，意味着Array类很多内容都是从虚拟机底层实现的。
1 package java.lang.reflect; 2 3 /** 4 * The <code>Array</code> class provides static methods to dynamically create and 5 * access Java arrays. 6 * 7 * <p><code>Array</code> permits widening conversions to occur during a get or set 8 * operation, but throws an <code>IllegalArgumentException</code> if a narrowing 9 * conversion would occur. 10 * 11 * @author Nakul Saraiya 12 */ 13 public final 14 class Array { 15 16 private Array() {} 17 18 public static Object newInstance(Class<?> componentType, int length) 19 throws NegativeArraySizeException { 20 return newArray(componentType, length); 21 } 22 23 public static Object newInstance(Class<?> componentType, int... dimensions) 24 throws IllegalArgumentException, NegativeArraySizeException { 25 return multiNewArray(componentType, dimensions); 26 } 27 // 说明length字段是在虚拟机底层维护的 28 public static native int getLength(Object array) 29 throws IllegalArgumentException; 30 31 public static native Object get(Object array, int index) 32 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 33 34 public static native boolean getBoolean(Object array, int index) 35 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 36 37 public static native byte getByte(Object array, int index) 38 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 39 40 public static native char getChar(Object array, int index) 41 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 42 43 public static native short getShort(Object array, int index) 44 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 45 46 public static native int getInt(Object array, int index) 47 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 48 49 public static native long getLong(Object array, int index) 50 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 51 52 public static native float getFloat(Object array, int index) 53 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 54 55 public static native double getDouble(Object array, int index) 56 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 57 58 public static native void set(Object array, int index, Object value) 59 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 60 61 public static native void setBoolean(Object array, int index, boolean z) 62 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 63 64 public static native void setByte(Object array, int index, byte b) 65 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 66 67 public static native void setChar(Object array, int index, char c) 68 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 69 70 public static native void setShort(Object array, int index, short s) 71 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 72 73 public static native void setInt(Object array, int index, int i) 74 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 75 76 public static native void setLong(Object array, int index, long l) 77 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 78 79 public static native void setFloat(Object array, int index, float f) 80 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 81 82 public static native void setDouble(Object array, int index, double d) 83 throws IllegalArgumentException, ArrayIndexOutOfBoundsException; 84 85 private static native Object newArray(Class componentType, int length) 86 throws NegativeArraySizeException; // length传入虚拟机底层，由本地方法处理，侧面说明length字段是JVM底层维护的 87 88 private static native Object multiNewArray(Class componentType, 89 int[] dimensions) 90 throws IllegalArgumentException, NegativeArraySizeException; 91 }
粗略地阅读源代码，看到public static native int getLength();方法，其中有native关键字，而且在Array类中并没有length字段。那么，可以判定Array类的length字段一定是JVM在运行时维护的。
不入虎穴，焉得虎子
接下来介绍一些比较细节的问题。如果我们打印数组引用变量中储存的值，会发现一个有趣的东西。
public class ArrayTest { public static void main(String[] args) { Object[] o = new Object[2]; System.out.println(o); //[Ljava.lang.Object;@6154283a String[] str = new String[2]; System.out.println(str); //[Ljava.lang.String;@5c1d29c1 Throwable[] t = new Throwable[2]; System.out.println(t); //[Ljava.lang.Throwable;@7ea06d25 @SuppressWarnings("rawtypes") Class[] c = new Class[2]; System.out.println(c); //[Ljava.lang.Class;@565dd915
-----------------------------------------以上均属于Object[]类型------------------------------------------
-----------------------------------------以下均属于 基本类型数组------------------------------------------ byte[] b = new byte[2]; System.out.println(b); //[B@2b571dff boolean[] bl = new boolean[2]; System.out.println(bl); //[Z@64726693 short[] s = new short[2]; System.out.println(s); //[S@12ac706a int[] i = new int[2]; System.out.println(i); //[I@770848b9 long[] l = new long[2]; System.out.println(l); //[J@40dea6bc char[] ch = new char[2]; System.out.println(ch); //两个方框 System.out.println(ch.getClass().getName()); //[C
char[] ch = new char[2]; ch[0] = 'a'; ch[1] = 'b'; System.out.println(ch); //ab float[] f = new float[2]; System.out.println(f); //[F@5994a1e9 double[] d = new double[2]; System.out.println(d); //[D@2d11f5f1 } }
除了char[]比较特殊，主要是因为String内部构造是由char[]实现的，所以直接打印char[]对象引用的值时会出现输出的是值和别的数组类型不一样。
为什么数组对象句柄是这种以"[字母@散列码"格式？查看JDK中的jni.h头文件（C++）时，终于明白了其中的缘由。
经过分析，可以得出这样的结论：
以上九种数组类型，数组引用变量存的内容都是符合：[字母@散列码"；
以上五种非数组类型。Object类型、Class类型、Throwable类型、String类型、Array类型，打印符合Java规范的常见格式：类限定名@散列码。
还有一个，曾经我在找数组的length字段到底从哪儿来的？
分析的情况无非两种：1）从父类继承来的； 2）自己拥有的。
遗憾的是，并不能从任何地方找到有length属性，这是判断倾向于自己拥有的。可是，好像又有什么地方不对劲，自己拥有的，在哪里？
看过jni.h源代码后，我才发现，原来直接赋值数组的length字段是虚拟机运行时维护的。
真相到底是什么
绕了个大弯，我们还没有解决掉文章最初的那个问题。为什么直接赋值数组不能以如下方式初始化。
实际上，Java对数组的处理表面上是当成类似引用数据类型，在本质上（虚拟机底层）还是采用C++那套模型。
int[] a; a = {1, 2}; // 编译器认为 a 是一个常量，采用C++模型
int[] a = {1, 2}; // 编译器认为 a 是一个引用变量，采用C++模型
也就是说，Java直接赋值数组其实和C++直接赋值数组在本质上没有什么两样，都认为数组变量是常量。只不过，在Java语言为了面向对象的协调性而将数组看成特殊的引用数据类型而已。关于将Java将数组看成特殊的引用数据类型这一点，可以从引用数据类型的分类（数组、类、接口）中看出，数组作为一个特例被Java纳到对象的范畴。
后记
本来想尝试从字节码角度来分析的，这得花更多时间去研究，想想还是算了。以后有机会或许会从字节码角度再来看这个问题吧。
想补充一个知识点，以前我们获取数组的长度一般使用"ref.length"。现在多了一种方法"Array.getLength(ref)"，举例如下。
int[] a = {1, 2, 3, 4}; System.out.println(a.length); // 4 System.out.println(Array.getLength(a)); // 4
