由浅到深带你详谈Java实现数组扩容的三种方式【建议收藏】
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- 1.新建一个数组，把原来数组的内容搬到新数组中。
- 2.使用system.arraycopy()
- 3.使用java.util.Arrays.copyOf()
1.新建一个数组，把原来数组的内容搬到新数组中。
这种方法实现的思路是：先新建一个数组（前提条件是长度得比原来的长），然后把原来数组的内容搬到新数组中.
案例分析：
public static void main(String[] args) {
// 利用函数的方法进行数组的扩充
// 定义一个小型的数组
int[] a = { 1, 2, 3, 4, 5 };
// 调用扩容函数
a= expand1(a);
// 测试是否扩容完成，输出此时数组a中的值
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
System.out.println("数组元素:" + a[i]);
}
}
// 扩容函数1，
public static int[] expand1(int a[]) {
// 定义一个新数组b，并为其赋值长度为数组a的二倍
int b[] = new int[a.length * 2];
// 将数组a的元素循环遍历到数组b中
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
b[i] = a[i];
}
System.out.println("数组扩容方法1:" + Arrays.toString(b));
return b;
}
输出结果：
数组扩容方法1:[1, 2, 3, 4, 5, 0, 0, 0, 0, 0]
数组元素:1
数组元素:2
数组元素:3
数组元素:4
数组元素:5
数组元素:0
数组元素:0
数组元素:0
数组元素:0
数组元素:0
2.使用system.arraycopy()
常用作数组的扩容，如ArrayList底层数组的扩容
方法解析：
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length)
通过上面的源码可以看到，arraycopy它是一个静态本地方法，由虚拟机实现，效率自然比用java一个个复制高。
将指定源数组中的数组从指定位置开始复制到目标数组的指定位置。 阵列组件的一个子序列被从通过引用的源阵列复制src被引用的目标阵列dest 。 复制的组件数等于length参数。 在位置的部件srcPos通过srcPos+length-1源阵列中的被复制到的位置destPos通过destPos+length-1分别，目的地阵列。
大白话总结：
从源数组src取元素，范围为下标srcPos到srcPos+length-1，取出共length个元素，存放到目标数组中，存放位置为下标destPos到destPos+length-1。简单说，就是数组间的复制。
参数解释：
- src 源数组；
- srcPos 源数组中的起始位置；
- dest 目标数组；
- destPos 目标数组中的起始位置；
- length 要复制的数组元素的数量
注意事项：
- 1.若src和dest参数引用相同的数组对象，则执行复制，就好像位置 srcPos 到 srcPos + length - 1 的组件首次复制到具有 length 组件的临时数组，然后临时数组的内容被复制到位置 destPos 通过目标数组的 destPos + length - 1 。
- 2.若 src 是 null ，则抛
java.lang.NullPointerException异常，并且不修改目标阵列。案例演示如下：
public static void main(String[] args) {
int[] src = { 1, 2, 3, 4 };
int[] dest = null;
System.arraycopy(src, 0, dest, 0, 4);//抛异常：java.lang.NullPointerException
for (Object o : dest) {
System.out.println(o);
}
}
解析：
src源数组共有4个元素，索引是0-3，
dest目标数组为null，
当执行System.arraycopy(src, 0, dest, 0, 4);时，
第一步：由于dest为null，arraycopy方法检查到null操作，所以就会抛空指针异常。（如果你想深入理解，可以去了解一下arraycopy的底层源码。）
- 3.srcPos 的设置主要看 destPos 和 length ，若 srcPos 该位置往后的元素少于要复制的数组元素的数量（即 srcPos + length 的长度已经超过源数组元素的数量/个数，不是长度/索引；或者 destPos + length 的长度已经超过目标数组元素的数量/个数，不是长度/索引；），则会抛
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException异常。案例演示如下：
//src.length < srcPos + length
public static void main(String[] args) {
String[] src = { "aa", "bb", "cc", "dd" };
String[] dest = new String[] { "a", "b", "c", "d", "e" };
System.arraycopy(src, 1, dest, 1, 4);//抛异常java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException
for (Object o : dest) {
System.out.println(o);
}
}
解析：
src源数组共有4个元素，索引是0-3，
dest目标数组共有5个元素，索引是0-4，
当执行System.arraycopy(src, 1, dest, 1, 4);时，
第一步：srcPos为1，即从源数组（src）中，从下标1开始取，
第二步：length为4，即取4个元素，也就是src[1]-src[4]，即从“bb”之后要取4个元素，这时源数组（src）只有“bb”、“cc”、“dd” 3个元素，明显不够4个元素，所以就会抛数组索引越界异常。
//dest.length < destPos + length
public static void main(String[] args) {
String[] src = { "aa", "bb", "cc", "dd" };
String[] dest = new String[] { "a", "b", "c", "d", "e" };
System.arraycopy(src, 0, dest, 2, 4);//抛异常java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException
for (Object o : dest) {
System.out.println(o);
}
}
解析：
src源数组共有4个元素，索引是0-3，
dest目标数组共有5个元素，索引是0-4，
当执行System.arraycopy(src, 0, dest, 2, 4);时，
第一步：srcPos为0，即从源数组（src）中，从下标0开始取，
第二步：length为4，即取4个元素，也就是src[0]-src[3]，即从“aa”之后要取4个元素；分别是“aa”、“bb”、“cc”、“dd” 4个元素
第三步：把从源数组（src）取出的数（“aa”、“bb”、“cc”、“dd” 4个元素），按顺序，存放到目标数组（dest）中，从下标2开始存，存4个，也就是dest[2]-dest[5]，由于dest目标数组最大索引为4，只能存放“aa”、“bb”、“cc”，存不下“dd”，即不够容量存放4个数，所以就会抛数组索引越界异常。
- 4.若 dest 是 null ，则抛
java.lang.NullPointerException异常，同上/参考2。 - 5.destPos 的设置主要看 srcPos 和 length ，若 destPos 该位置容纳不下要复制的数组元素（即 destPos + length 的长度已经超过目标数组元素的数量/个数，不是长度/索引；或者 srcPos + length 的长度已经超过源数组元素的数量/个数，不是长度/索引；），则会抛
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException异常。同上/参考3。 - 6.length 的设置主要看 srcPos 和 destPos，若 length 超出源数组中的起始位置之后的元素数量（即 srcPos 往后的元素数量/个数，不是长度/索引 ）或者 length 超出目标数组中的起始位置的元素数量（即 destPos 往后的元素数量/个数，不是长度/索引），则会抛
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException异常。
// length > srcPos.length - srcPos[index]
public static void main(String[] args) {
String[] src = { "aa", "bb", "cc", "dd" };
String[] dest = new String[] { "a", "b", "c", "d", "e" };
System.arraycopy(src, 2, dest, 2, 3);// 抛异常java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException
for (Object o : dest) {
System.out.println(o);
}
}
解析：
src源数组共有4个元素，索引是0-3，
dest目标数组共有5个元素，索引是0-4，
当执行System.arraycopy(src, 2, dest, 2, 3);时，
第一步：srcPos为2，即从源数组（src）中，从下标2开始取，
第二步：length为3，即取3个元素，也就是src[2]-src[4]，即从“cc”之后要取3个元素，这时源数组（src）只有“cc”、“dd” 2个元素，明显不够3个元素，所以就会抛数组索引越界异常。
// length > destPos.length - destPos[index]
public static void main(String[] args) {
String[] src = { "aa", "bb", "cc", "dd" };
String[] dest = new String[] { "a", "b", "c", "d", "e" };
System.arraycopy(src, 2, dest, 4, 2);// 抛异常java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException
for (Object o : dest) {
System.out.println(o);
}
}
解析：
src源数组共有4个元素，索引是0-3，
dest目标数组共有5个元素，索引是0-4，
当执行System.arraycopy(src, 2, dest, 4, 2);时，
第一步：srcPos为2，即从源数组（src）中，从下标2开始取，
第二步：length为2，即取2个元素，也就是src[2]-src[3]，即从“cc”之后要取2个元素，分别是“cc”、“dd” 2个元素；
第三步：把从源数组（src）取出的数（“cc”、“dd” 2个元素），按顺序，存放到目标数组（dest）中，从下标4开始存，存2个，也就是dest[4]-dest[5]，由于dest目标数组最大索引为4，只能存放“cc”，存不下“dd”，即不够容量存放2个数，所以就会抛数组索引越界异常。
- 7.当srcPos 、destPos 和 length 任意一个参数小于0时，则会抛
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException异常。
//srcPos < 0 || destPos < 0 || length < 0
public static void main(String[] args) {
String[] src = { "aa", "bb", "cc", "dd" };
String[] dest = new String[] { "a", "b", "c", "d", "e" };
System.arraycopy(src, -1, dest, 1, 1);//抛异常java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException
for (Object o : dest) {
System.out.println(o);
}
}
解析：
src源数组共有04个元素，索引是0-3，
dest目标数组共有5个元素，索引是0-4，
当执行System.arraycopy(src, -1, dest, 1, 1);时，
第一步：srcPos为-1，不在索引0-3范围内，所以就会抛数组索引越界异常。
📌补充点：
- 8.当源数组和目标数组两组数据的元素类型不匹配时，则会抛
java.lang.ArrayStoreException异常，并且不修改目标数组。
public static void main(String[] args) {
int[] src = { 1, 2, 3, 4 };
Object[] dest = new Object[3];
System.arraycopy(src, 0, dest, 0, 3);//抛异常java.lang.ArrayStoreException
for (Object o : dest) {
System.out.println(o);
}
}
或
public static void main(String[] args) {
Object[] src = { 1, 2, 3, 4 };
int[] dest = new int[3];
System.arraycopy(src, 0, dest, 0, 3);// 抛异常java.lang.ArrayStoreException
for (Object o : dest) {
System.out.println(o);
}
}
若源数组src的元素为目标数组dest的元素的子类时，是可以复制的，特殊地，如int不是Object的子类（或者说，不存在继承的概念），所以，上述代码中，如果把int[] src = {1, 2, 3, 4};改为Integer[] src = {1, 2, 3, 4};，是不会报错的。
public static void main(String[] args) {
Integer[] src = { 1, 2, 3, 4 };
Object[] dest = new Object[3];
System.arraycopy(src, 0, dest, 0, 3);
for (Object o : dest) {
System.out.println(o);
}
}
输出结果：
1
2
3
或
public static void main(String[] args) {
Object[] src = { 1, 2, 3, 4 };
Integer[] dest = new Integer[3];
System.arraycopy(src, 0, dest, 0, 3);
for (Object o : dest) {
System.out.println(o);
}
}
输出结果：
1
2
3
总结：
抛java.lang.ArrayStoreException异常（由于类型不匹配， src阵列中的元素无法存储到 dest阵列中），常见的就是：
- src参数引用的对象不是数组。
- dest参数引用的对象不是数组。
- src参数和dest参数引用其组件类型为不同基元类型的数组。
- src参数引用具有基本组件类型的数组，而dest参数引用具有引用组件类型的数组。
- src参数引用具有引用组件类型的数组，而dest参数引用具有基本组件类型的数组。
抛java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException异常（如果复制会导致访问数组边界外的数据），常见的就是：
- srcPos论点是否定的。
- destPos参数为负数。
- length参数为负数。
- srcPos+length大于src.length ，源数组的长度。
- destPos+length大于dest.length ，目标数组的长度。
抛java.lang.NullPointerException异常，常见的就是：
- src或 dest 是 null 。
案例分析：
public static void main(String[] args) {
// 利用函数的方法进行数组的扩充
// 定义一个小型的数组
int[] a = { 1, 2, 3, 4, 5 };
// 调用扩容函数
a= expand2(a);
// 测试是否扩容完成，输出此时数组a中的值
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
System.out.println("数组元素:" + a[i]);
}
}
// 数组扩容方法2，利用系统函数arraycopy进行扩容
public static int[] expand2(int a[]) {
int[] b = new int[a.length * 2];
// 系统函数进行扩容，将a[]的值赋值到b[]中，共a.length个长度。
System.arraycopy(a, 0, b, 0, a.length);
System.out.println("数组扩容方法2:" + Arrays.toString(b));
return b;
}
输出结果：
数组扩容方法2:[1, 2, 3, 4, 5, 0, 0, 0, 0, 0]
数组元素:1
数组元素:2
数组元素:3
数组元素:4
数组元素:5
数组元素:0
数组元素:0
数组元素:0
数组元素:0
数组元素:0
3.使用java.util.Arrays.copyOf()
方法解析：
Arrays.copyof是用于数组进行复制时常使用的方法，本身在Arrays类里面，而之所以能这么使用而不用创建对象在于该方法本身由static修饰，被static修饰的方法可以在该类创建对象前载入jvm。
Arrays.copyof有众多的重载方法，以最典型的Arrays.copyOf(srcArray, length);为例进行分析，源码如下：
public static long[] copyOf(long[] original, int newLength) {
long[] copy = new long[newLength];
System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength));
return copy;
}
通过上面的代码可以看出，其本质是调用了System.arraycopy方法。
- 1.先产生一个新的数组
- 2.调用arraycopy方法
- 3.返回产生的新数组
参数解释：
- original 源数组
- newLength 新扩容长度
注意事项：
当我们将原来的数组进行扩容的时候，调用该方法产生了一个新的数组，而将扩容后的数组赋值给原来的数组的时候，原数组指向新产生的数组，但其原数组的内容依然在内存中，等待jvm回收，在这段时间中其实是造成了内存的浪费，所以使用该方法尽管简便，实际上有一定的不足。
案例分析：
public static void main(String[] args) {
// 利用函数的方法进行数组的扩充
// 定义一个小型的数组
int[] a = { 1, 2, 3, 4, 5 };
// 调用扩容函数
a= expand3(a);
// 测试是否扩容完成，输出此时数组a中的值
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
System.out.println("数组元素:" + a[i]);
}
}
// 数组扩容方法3，利用系统函数copyOf进行扩容
public static int[] expand3(int a[]) {
int[] b = java.util.Arrays.copyOf(a, a.length * 2);
System.out.println("数组扩容方法3:" + Arrays.toString(b));
return b;
}
输出结果：
数组扩容方法3:[1, 2, 3, 4, 5, 0, 0, 0, 0, 0]
数组元素:1
数组元素:2
数组元素:3
数组元素:4
数组元素:5
数组元素:0
数组元素:0
数组元素:0
数组元素:0
数组元素:0
| Java数组扩容的原理： |
- Java数组对象的大小是固定不变的，数组对象是不可扩容的。
- 利用数组复制方法可以变通的实现数组扩容。
- System.arraycopy()可以复制数组。
- Arrays.copyOf()可以简便的创建数组副本。
- 创建数组副本的同时将数组长度增加就变相的实现了数组的扩容。
| 拓展练习： |
例1：手动实现单一类型数组扩容，要求使用Scanner的方式，在控制台手动输入一个数（即每次在原数组的基础上加一位），并将该数加到原数组中。
public static void main(String[] args) {
Scanner c = new Scanner(System.in);
int[] a = { 20, 41, 61 };
do {
int[] b = new int[a.length + 1];
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
b[i] = a[i];
}
System.out.println("请增加-个数");
int add = c.nextInt();
b[a.length] = add;
a = b;
System.out.println("扩容后: ");
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
System.out.print(a[i] + " ");
}
System.out.println("要继续添加吗? ");
char m = c.next().charAt(0);
if (m == 'n') {
System.out.println("你退出了");
break;
}
} while (true);
}
输出结果：
请增加-个数
88
扩容后:
20 41 61 88 要继续添加吗?
y
请增加-个数
99
扩容后:
20 41 61 88 99 要继续添加吗?
y
请增加-个数
66
扩容后:
20 41 61 88 99 66 要继续添加吗?
n
你退出了
例2：已知有一组数组{ 1, 2, 3, 4, 5 }，若想在后面增加自定的数字，如6，效果如下{ 1, 2, 3, 4, 5, 6 }，该怎么实现？
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };
System.out.println(Arrays.toString(addElementToArray(arr, 6)));
}
public static int[] addElementToArray(int[] arr, int num) {
int[] result = new int[arr.length + 1];
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
result[i] = arr[i];
}
result[result.length - 1] = num;
return result;
}
输出结果：
[1, 2, 3, 4, 5, 6]
| 进阶练习 |
在讲解到System.arraycopy()的用法时，这里也顺便聊一聊它所涉及到的深拷贝和浅拷贝。
📌深拷贝和浅拷贝
- 当数组为一维数组，且元素为基本类型或String类型时，属于深拷贝，即原数组与新数组的元素不会相互影响。
- 当数组为多维数组，或一维数组中的元素为引用类型时，属于浅拷贝，原数组与新数组的元素引用指向同一个对象。
注意：
- 这里说的影响，是两个数组拷贝后对应的元素，并不一定是下标对应；
- String的特殊是因为它的不可变性
| 1.一维数组，元素为基本类型 |
public static void main(String[] args) {
String str1 = "aa";
String str2 = "bb";
String str3 = "cc";
String str4 = "dd";
String[] src = { str1, str2, str3, str4 };
String[] dest = new String[4];
System.arraycopy(src, 0, dest, 0, 4);
System.out.println("改变前");
print("src = ", src);
print("dest = ", dest);
src[0] = "abcd";//改变源数组的第0个元素
System.out.println("改变后");
print("src = ", src);
print("dest = ", dest);
}
private static void print(String string, String[] arr) {
System.out.print(string);
for (String str : arr) {
System.out.print(str + " ");
}
System.out.println();
}
输出结果：
改变前
src = aa bb cc dd
dest = aa bb cc dd
改变后
src = abcd bb cc dd
dest = aa bb cc dd
得出结论：
通过上面的代码执行结果可以看到，当源数组的第0个元素发生改变后，并不会影响到目标数组，这就是深拷贝。
| 2.一维数组，元素为引用类型 |
public static void main(String[] args) {
People p1 = new People(11, "A");
People p2 = new People(12, "B");
People p3 = new People(13, "C");
People p4 = new People(14, "D");
People[] src = new People[] { p1, p2, p3, p4 };
People[] dest = new People[4];
System.arraycopy(src, 0, dest, 0, 4);
System.out.println("改变前");
print("src = ", src);
print("dest = ", dest);
src[0].setAge(888);
src[0].setName("ZZZ");
System.out.println("改变后");
print("src = ", src);
print("dest = ", dest);
}
private static void print(String string, People[] arr) {
System.out.print(string);
for (People p : arr) {
System.out.print(p + ", ");
}
System.out.println();
}
People类
public class People {
private int age;
private String name;
// 有参构造方法
public People(int age, String name) {
this.age = age;
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
return "People [age=" + age + ", name=" + name + "]";
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
输出结果：
改变前
src = People [age=11, name=A], People [age=12, name=B], People [age=13, name=C], People [age=14, name=D],
dest = People [age=11, name=A], People [age=12, name=B], People [age=13, name=C], People [age=14, name=D],
改变后
src = People [age=888, name=ZZZ], People [age=12, name=B], People [age=13, name=C], People [age=14, name=D],
dest = People [age=888, name=ZZZ], People [age=12, name=B], People [age=13, name=C], People [age=14, name=D],
得出结论：
通过上面的代码执行结果可以看到，当源数组发生改变后，目标数组也会跟着发生改变，这就是浅拷贝。
| 3.多维数组 |
public static void main(String[] args) {
int[] arr1 = { 1, 2 };
int[] arr2 = { 3, 4 };
int[] arr3 = { 5, 6 };
int[] arr4 = { 7, 8 };
int[][] src = new int[][] { arr1, arr2, arr3, arr4 };
int[][] dest = new int[4][];
System.arraycopy(src, 0, dest, 0, 4);
System.out.println("改变前");
print("src = ", src);
print("dest = ", dest);
src[0][0] = 99;//改变源数组的第0个元素
System.out.println("改变后");
print("src = ", src);
print("dest = ", dest);
}
// 简单输出二维int数组的方法
private static void print(String string, int[][] arr) {
System.out.print(string);
for (int[] a : arr) {
for (int i : a) {
System.out.print(i + " ");
}
System.out.print(",");
}
System.out.println();
}
输出结果：
改变前
src = 1 2 ,3 4 ,5 6 ,7 8 ,
dest = 1 2 ,3 4 ,5 6 ,7 8 ,
改变后
src = 99 2 ,3 4 ,5 6 ,7 8 ,
dest = 99 2 ,3 4 ,5 6 ,7 8 ,
得出结论：
通过上面的代码执行结果可以看到，当源数组发生改变后，目标数组也会跟着发生改变，这就是浅拷贝。
总结：
只有数组为一维数组，并且元素为基本类型或String类型时，才是深拷贝，其它都属于浅拷贝。
| 拷贝的两层含义，对应了浅拷贝和深拷贝的概念，做了第一层，就是浅拷贝，做到第二层，就是深拷贝。 |
-
浅拷贝：将原对象或原数组的引用直接赋给新对象，新数组，新对象／数组只是原对象的一个引用。
-
深拷贝：创建一个新的对象和数组，将原对象的各项属性的“值”（数组的所有元素）拷贝过来，是“值”而不是“引用”。
很容易可以想到，浅拷贝比深拷贝要更快，但是，从拷贝的意义上来看，浅拷贝相较于深拷贝，要欠缺一点，即一个是效率问题，一个是内存占用问题。
