Java 数组复制：Arrays.copyOf 和 Arrays.copyOfRange 的深入解析

简介

在 Java 编程中，数组是一种基本的数据结构，用于存储多个相同类型的数据元素。在实际开发中，我们经常需要复制数组，这时候 java.util.Arrays 类提供的 copyOf 和 copyOfRange 方法就能派上用场。本文将详细介绍这两个方法的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，帮助你在 Java 开发中更加得心应手地处理数组复制操作。

目录

1. 基础概念
   • Arrays.copyOf 方法概述
   • Arrays.copyOfRange 方法概述
2. 使用方法
   • Arrays.copyOf 方法的语法与示例
   • Arrays.copyOfRange 方法的语法与示例
3. 常见实践
   • 复制基本数据类型数组
   • 复制对象数组
4. 最佳实践
   • 性能优化
   • 内存管理
5. 小结
6. 参考资料

基础概念

Arrays.copyOf 方法概述

Arrays.copyOf 方法用于复制指定的数组，截取或用默认值填充（如有必要），以使副本具有指定的长度。该方法会创建一个新的数组，其长度由参数指定，新数组中的元素是原数组中对应位置元素的副本。

Arrays.copyOfRange 方法概述

Arrays.copyOfRange 方法用于复制指定数组的指定范围元素，创建一个新的数组。这个范围由起始索引（包含）和结束索引（不包含）指定。同样会创建一个新数组，新数组中的元素是原数组指定范围内元素的副本。

使用方法

Arrays.copyOf 方法的语法与示例

语法：

public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType)
public static boolean[] copyOf(boolean[] original, int newLength)
public static byte[] copyOf(byte[] original, int newLength)
public static char[] copyOf(char[] original, int newLength)
public static double[] copyOf(double[] original, int newLength)
public static float[] copyOf(float[] original, int newLength)
public static int[] copyOf(int[] original, int newLength)
public static long[] copyOf(long[] original, int newLength)
public static short[] copyOf(short[] original, int newLength)

示例：

import java.util.Arrays;

public class ArraysCopyOfExample {
    public static void main(String[] args) {
        int[] originalArray = {1, 2, 3, 4, 5};
        int[] newArray = Arrays.copyOf(originalArray, 7);
        System.out.println(Arrays.toString(newArray)); 
    }
}

输出：

[1, 2, 3, 4, 5, 0, 0]

在这个示例中，我们将长度为 5 的 originalArray 复制到长度为 7 的 newArray 中，新数组中超出原数组长度的部分用默认值 0 填充。

Arrays.copyOfRange 方法的语法与示例

语法：

public static <T,U> T[] copyOfRange(U[] original, int from, int to, Class<? extends T[]> newType)
public static boolean[] copyOfRange(boolean[] original, int from, int to)
public static byte[] copyOfRange(byte[] original, int from, int to)
public static char[] copyOfRange(char[] original, int from, int to)
public static double[] copyOfRange(double[] original, int from, int to)
public static float[] copyOfRange(float[] original, int from, int to)
public static int[] copyOfRange(int[] original, int from, int to)
public static long[] copyOfRange(long[] original, int from, int to)
public static short[] copyOfRange(short[] original, int from, int to)

示例：

import java.util.Arrays;

public class ArraysCopyOfRangeExample {
    public static void main(String[] args) {
        int[] originalArray = {1, 2, 3, 4, 5};
        int[] newArray = Arrays.copyOfRange(originalArray, 1, 4);
        System.out.println(Arrays.toString(newArray)); 
    }
}

输出：

[2, 3, 4]

在这个示例中，我们从 originalArray 中复制索引 1（包含）到索引 4（不包含）的元素到 newArray 中。

常见实践

复制基本数据类型数组

复制基本数据类型数组是 Arrays.copyOf 和 Arrays.copyOfRange 方法最常见的应用场景之一。例如，在处理整数数组时：

import java.util.Arrays;

public class BasicTypeArrayCopy {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {10, 20, 30, 40, 50};

        // 使用 Arrays.copyOf 复制整个数组
        int[] copiedNumbers = Arrays.copyOf(numbers, numbers.length);
        System.out.println("使用 Arrays.copyOf 复制的数组: " + Arrays.toString(copiedNumbers));

        // 使用 Arrays.copyOfRange 复制部分数组
        int[] partialCopiedNumbers = Arrays.copyOfRange(numbers, 2, 4);
        System.out.println("使用 Arrays.copyOfRange 复制的部分数组: " + Arrays.toString(partialCopiedNumbers));
    }
}

输出：

使用 Arrays.copyOf 复制的数组: [10, 20, 30, 40, 50]
使用 Arrays.copyOfRange 复制的部分数组: [30, 40]

复制对象数组

当复制对象数组时，需要注意的是，Arrays.copyOf 和 Arrays.copyOfRange 执行的是浅拷贝。这意味着新数组中的对象引用与原数组中的对象引用是相同的。如果对象是可变的，对新数组中对象的修改会影响到原数组中的对象，反之亦然。

import java.util.Arrays;

class Person {
    private String name;

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

public class ObjectArrayCopy {
    public static void main(String[] args) {
        Person[] people = {new Person("Alice"), new Person("Bob")};

        Person[] copiedPeople = Arrays.copyOf(people, people.length);

        // 修改新数组中对象的属性
        copiedPeople[0].setName("Charlie");

        System.out.println("原数组: " + Arrays.toString(people));
        System.out.println("新数组: " + Arrays.toString(copiedPeople));
    }
}

输出：

原数组: [Person@7d4991ad, Person@6d06d69c]
新数组: [Person@7d4991ad, Person@6d06d69c]
在输出中虽然看起来对象地址相同，但通过修改新数组中对象属性，原数组中对应对象属性也会改变。实际打印对象属性如下：
原数组: [Person{name='Charlie'}, Person{name='Bob'}]
新数组: [Person{name='Charlie'}, Person{name='Bob'}]

如果需要深拷贝对象数组，需要在对象类中实现深拷贝逻辑，然后在复制数组时手动进行深拷贝操作。

最佳实践

性能优化

• 避免不必要的数组复制：在进行数组复制操作前，先评估是否真的需要复制数组。如果只是需要临时访问数组的部分内容，可以考虑使用视图模式（如 Arrays.asList 对于对象数组），而不是复制整个数组。
• 合理选择复制方法：如果需要复制整个数组，使用 Arrays.copyOf 方法；如果只需要复制部分数组，使用 Arrays.copyOfRange 方法。避免不必要的额外操作。

内存管理

• 及时释放不再使用的数组：在复制数组后，如果原数组不再使用，应及时将其引用设为 null，以便垃圾回收器能够回收内存。
• 注意对象数组的浅拷贝问题：如前文所述，对象数组的浅拷贝可能会导致内存使用和数据一致性问题。在需要时，使用深拷贝确保对象数组的独立性。

小结

Arrays.copyOf 和 Arrays.copyOfRange 方法为 Java 开发者提供了便捷的数组复制方式。通过了解它们的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，你可以更加高效地处理数组复制操作，提高代码的性能和稳定性。在实际开发中，根据具体需求合理选择和使用这两个方法，能够避免许多潜在的问题。

参考资料

• Oracle Java 官方文档 - Arrays 类
• 《Effective Java》第三版
• 《Java 核心技术》卷一