Java暗箱操作之自动装箱与拆箱

2022-11-02 14:47:15

　　我以前在写Android项目的时候，估计写得最多最熟练的几句话就是：

List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

list.add();   //把一个整数加入到集合中

int i = list.get();    //从集合中取出元素

　　ArrayList用起来是多么的顺手！当时我只知道尖括号<>里面只能加入大写字母开头的Object类型，不能加入int、char、double这些原始类型，至于原因没研究过，这么规定就这么用呗。

　　但是随着对“码农”式无脑学习法的逐渐厌倦，我开始重新审视Java代码内部的东西。

　　首当其冲的就是每个项目一定用到的ArrayList。在我的另一篇博客中已经对ArrayList的源码实现做了大体的分析。然而还有几个源码中看不出来，但是确实存在疑点的问题亟待解决。

List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

这句代码中每个元素是Integer类型，那么往list里面add新元素的时候必须为Integer，比如加个String进去，代码下面就会出现红色波浪线。
但是这句list.add(1) 众所周知，代码里面随便写个不带小数点的数字，那它就是个int；把一个int加到一个只能有Integer的List中不报错，不觉得有猫腻吗？

同样地，int i = list.get(0)，取出list中索引为0的元素，也应该是个Integer，为什么接收的变量就是个int呢？这是一个多么明显的类型不匹配错误啊！

以前，我确实听说过“包装类”这个概念，但是忽视了它，因为我一直觉得Integer，Float这些东西，说难听点就是摆出来装装逼的，只是因为List不接受int,float类型，迫不得已发明了Integer,Float，实际并没有卵用。

最近看了《Effective Java》里面的一节，名字叫“Prefer primitive types to boxed primitives”。里面罗列了很多原始类型和包装类型混用的例子，搞得我晕头转向的。下面是其中一段代码：

Long sum = 0L;

for (long i = ; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {

     sum += i;

}

System.out.println(sum);

据书中讲，这是一段运行效率低到不可救药的代码，你能看出其中的问题吗？
反正我当时看到这段代码就明显感觉到，Java对于原始类型与相应的Object类型的转化，在编译过程中肯定做了什么见不得人的事情……

下面正式引出本文的话题：AutoBoxing and Unboxing（自动装箱&自动拆箱）

看一个最简单的例子：

Character ch = 'a';  //Character是char的包装类

这里没有出现任何错误，其实编译器在代码优化的时候，暗中转化成了下面的代码：

Character ch = Character.valueOf('a');

这就是说，"="右侧自动调用Character类对应的静态方法构造出了一个Character的实例。
为了进一步说明，这里稍微看一下valueOf方法

    public static Character valueOf(char c) {

        return c < 128 ? SMALL_VALUES[c] : new Character(c);

    }   //如果字符在缓冲区中，直接取出Character实例，否则要重新构造

    private static final Character[] SMALL_VALUES = new Character[128];  //类中自带一个静态的缓冲区，保存128个常用ASCII码字符对应的Character实例，免去每次重新构造实例的麻烦

    static {

        for (int i = 0; i < 128; i++) {

            SMALL_VALUES[i] = new Character((char) i);  //调用构造函数

        }

    }

对于Integer等其他包装类，自身都带有一个静态的valueOf方法。每次编译器检查到需要把一个int传给Integer时，就自动对代码进行转化。
比如上面的list.add(1)，在编译过程中编译器发现要传进去的参数是int，但是要接收的是Integer，于是代码变为：

list.add(Integer.valueOf(1));

以上就是自动装箱(auto-boxing)的过程。

自动装箱一般在两种情况下会发生(以int和Integer为例)：
1、把int作为一个方法的参数传进来，但是方法体里面希望得到的参数是Integer；
2、在赋值过程中，"="左边是Integer变量，右边是int变量。

这样一来，自动拆箱的过程就顺理成章了。看以下代码：

public static int sumEven(List<Integer> li) {

    int sum = 0;

    for (Integer i: li)

        if (i % 2 == 0)

            sum += i;

        return sum;

}

在循环体内做了两次拆箱操作，编译器会转换成以下代码：

public static int sumEven(List<Integer> li) {

    int sum = 0;

    for (Integer i: li)

        if (i.intValue() % 2 == 0)

            sum += i.intValue();

        return sum;

}

Integer的intValue方法就简单多了，直接返回被包装的int值

    @Override

    public int intValue() {

        return value;    //value是Integer的成员变量

    }

自动拆箱的用处跟自动装箱正好相反，也是用在参数传递和赋值过程中，这里就不赘述了。

我们再来分析一下那段超级低效的代码吧，经过自动拆装箱转换之后应该是这样子的：

Long sum = Long.valueOf(0L);

for (long i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {

     sum = Long.valueOf(sum.longValue() + i);   //低效所在

}

System.out.println(sum.toString());

在循环体里面，简简单单只有一句话，竟然包含一次拆箱和一次装箱操作，在经过20多亿次的循环之后，效率损耗得难以置信！
既然拆箱和装箱可以看做“逆运算”，那么为什么还要进行多余的操作呢？直接用原始值运算，然后一次装箱不是更省事吗

Long sum = 0L;

long s = sum;

for (long i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {

     s += i;

}

sum = Long.valueOf(s);

System.out.println(sum);

参考资料：https://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/data/autoboxing.html

码农公寓

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