Java数组名

本文从Java语言的角度，探讨一维数组与二维数组的内存解析。

一、内存的简化结构

下图即为内存的简化结构。在Java语言中，内存的存储分配是这样的：

栈：局部变量

堆：new出来的东西，如对象、数组等

方法区：包括静态域（static）和常量池（String的内容就存储在这里）

内存的简化结构

这张内存简化图非常重要，需要大家留有印象。

接下来我们在该图和结论的基础上，分步来看一维数组与二维数组的内存解析。

二、一维数组的内存解析

1. 分步解析

示例代码

public class Test{
    public static void main(String args[]){
        int[] arr;   
        arr = new int[10];
        for ( int i=0; i<10; i++ ) {  
            arr[i] =2*i+1;
            System.out.println(arr[i]);
        }
    }
}

step1int[] arr;

此时在栈中创建出了变量arr：

step2 arr= new int[10];

接着使用new关键字，来创建一个一维数组。需要注意的是，基本数据类型数组在显式赋值之前， Java会自动给它们赋默认值。由于一维数组的每个元素都是int类型，因而默认值为0.

step3 arr[i] =2*i+1;

在for循环中遍历数组arr并为其元素赋值：

综合起来看，内存状态如下：

2. 综合解析

如图，创建数组并赋值的过程可以简化成如下示意图。

左侧为栈区，右侧为堆区

当声明数组 int[ ] arr时，arr属于局部变量，在栈中创建。如上图中，int[ ] arr1和String[ ] arr2的操作执行后，在左侧的栈中创建了变量arr1与arr2.若没有new的操作，实际上还未给数组开辟存储空间。

只有当通过new关键字创建数组对象后，系统才在堆中划分相应的存储空间，并依据数组元素的数据类型给新划分的空间自动赋初值。如上图中，在new int[4]后，堆区开辟了4个连续的存储空间，并赋值为0，而new String[3]后，堆区又开辟了3个存储空间用来存储String类型的数据，引用类型String默认初值为null.

同时，数组的地址（即数组首元素的地址，假设为0x12ab）赋值给栈区中的变量arr1，即变量arr1中存着数组的地址，通过该地址，arr1可以轻松地在堆中找到它对应的数组。

我们通过中括号 [ ] 来访问数组中的各个元素。我们执行arr1[0] = 10;这一代码时，实际便是根据栈内arr1中存着的地址，找到将堆区中的数组空间，并将第一个空间中的0改为了10.

而对于arr2[ ]数组，在new过之后又new了一次，第二次通过new String[5]开辟了一片5个存储空间的数组。这时变量arr2中原本存着的地址0x34ab被新地址0x78cd覆盖，arr2变量存放了新数组的地址。原数组在后续的某个时间内，将被自动回收。

当然，当栈区存有数组地址的变量arr1与变量arr2最终出栈后，在堆区划分的数组空间也将在之后被回收。

三、二（多）维数组的内存解析

1. 综合解析

二维数组是“数组的数组”，即一个一维数组中每个元素也是数组。由于数组既可以存储基本数据类型，也可以存储引用数据类型，因而“数组中存数组”的理解是可行的。

二维数组的创建过程与一维数组类似，这里便不再分步解析。我们直接来看内存解析图：

二维数组的内存解析

与一维数组的不同之处在于，二维数组中外层元素也用于存储地址。在创建二维数组时，除了在堆区中为外层元素（一维数组）开辟了存储空间外，还为内层元素开辟了存储空间。同时，内层元素的首元素地址返回给外层元素。

这样，数组名arr1与一维数组名arr1[ ] 像桥梁一样连接到内层元素arr1[ ][ ]。通过地址和存有地址的栈区变量arr1、堆区中的一维数组arr1[ ]，我们可以轻松地访问到内层元素。

其中，内层元素的长度可以不相等。int[ ][ ] arr = new int[ ][ ]{{1,2,3},{4,5},{6,7,8}};这样也是可行的，从图中就能清晰的看出，内层元素之间其实是相对独立的。

2. 默认初始化方式对初始值的影响

针对于 int[][] arr = new int[4][3]; 这样将内外层元素个数都指定了的初始化方式，外层元素的初始化值为地址值，内层元素的初始化值则与一维数组初始化情况相同（由元素的数据类型而决定）。

而针对 int[][] arr = new int[4][]; 这样省略内层元素长度的初始化方式而言，外层元素的初始化值为null（相当于未赋值的引用数据类型），内层元素则根本没有初始化值而言（空间还没开辟），不能调用，否则编译器将报错。

测试

//测试代码
public class ArrayTest {
	public static void main(String[] args) {
		int[][] arr = new int[4][3];
		System.out.println(arr[0]);	//[I@15db9742
		System.out.println(arr[0][0]);	//0
        //System.out.println(arr)；
		System.out.println("***********************");
		float[][] arr1 = new float[4][3];
		System.out.println(arr1[0]);	//地址值
		System.out.println(arr1[0][0]);	//0.0
		System.out.println("***********************");
		String[][] arr2 = new String[4][2];
		System.out.println(arr2[1]);	//地址值
		System.out.println(arr2[1][1]);	//null
		System.out.println("*********************");
		double[][] arr3 = new double[4][];
		System.out.println(arr3[1]);	//null
//		System.out.println(arr3[1][0]);	//报错
	}
}

总结

单看数组名，实际上是一个创建在栈区的局部变量。整个数组数据量可能较大，直接把数组内所有的元素都存放在栈区是不太妥当的。因而，数组的主体部分实际上开辟在堆区。

要想访问数组，若堆区的内容与栈区的数组名arr之间没有任何关系，是无法找到想要访问的数组内容的。因而，堆区会返回开辟的数组空间首元素的地址作为数组主体的地址，传给栈区的局部变量arr（它是一个数组名）。若是二维数组，内层元素的首元素地址会作为外层元素（也就是一维数组名）的内容。

通过地址和存储地址的“数组名”、“一维数组名”，我们可以一连串地找到我们想要访问的数组元素。

该部分内容我用文字表述可能不够简练，大家更多地可以看图，图为重点，通过图示来理解内存解析更好一些。