小白学Java：包装类

2023-08-18 19:33:46

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小白学Java：包装类

学习了许久的Java，我们知道Java是一种面向对象的语言，万物皆对象。但是我们之前在说到Java基本数据类型的时候，由于处理对象需要额外的系统开销，于是出于对性能的考虑，基本数据类型并不做为对象使用。
既然是面向对象的，在Java中许多方法需要把对象作为参数，但是基本类型变量身上没有任何方法和属性，于是Java提供了一个简单的方法，就是为每一个基本数据类型类型都配套提供一个包装类型，我们便可以在两者之间来回反复地横跳。

包装类的继承关系

先看一波包装类型的继承图：
小白学Java：包装类

数值类型都直接继承于父类Number类，非数值类型Character和Boolean直接继承于Object类。

除此之外，包装类型的名字也非常好记，除了int->Integer和char->Character两个比较特殊之外，其他都是基本数据类型的首字母改为大写即可,如：byte->Byte。

通过查看官方文档，我们可以发现，数值类型继承的Number类其实是一个抽象类，那么可想而知，该类中的抽象方法已经在这几个数值类型中得到实现，看一波：
小白学Java：包装类

很明显，除了最后一个serialVersionUID（这个以后再总结），其他的方法在数值型包装类中都存在，可以通过这些方法将对象“转换”为基本类型的数值。

创建包装类实例

我们再来看看包装类型的构造器，我们再查看所有包装类之后，发现：

  • 所有的包装类型都不存在无参构造器。
  • 所有包装类的实例都是不可变的。
  • 一旦创建对象后，它们的内部值就不能进行改变。
    在JDK1.5之前，我们可以这样把基本数据类型转换为包装类对象，这个过程也叫做装箱，当然反向的过程叫做拆箱：
Integer i1 = new Integer(5);//5
Integer i2 = new Integer("5");//5
  • 第一句调用的是传入int类型参数的构造器，this.value = value，一目了然。
  • 第二句调用的是传入String类型参数的构造器，其实又是调用了静态方法parseInt(String s,int radix):
public Integer(String s) throws NumberFormatException {
    this.value = parseInt(s, 10);
}

深究一下，parse(String s,int radix)中的radix其实代表着进制信息，而我们的构造器默认让radix为10，代表着输出字符串s在十进制下的数，所以除了数字0-9之外，字符串中不能有其他的玩意儿，否则会抛出NumberFormatException的异常。

自动装箱与拆箱

我们在上面说过，基本数据类型和包装类型之间的转换涉及到装箱与拆箱的操作，为了简化代码，在JDK1.5之后，Java允许基本类型和包装类型之间可以自动转换。

自动装箱

将基本类型直接赋值给对应的引用类型，编译器在底层自动调用对应的valueOf方法。
就像下面这样：

int i = 5;
Integer in = i;

我们利用debug调试工具设上断点，发现在执行Integer in = i;时，将会自动调用下面的方法：
小白学Java：包装类

继续深究其底层实现，我们发现IntegerCache其实是Integer包装类的一个内部类，我们进入IntegerCache一探究竟：
小白学Java：包装类

我们会发现所有的整数类型的（包括Character）包装类里都有类似的玩意儿，所以大致运行的规则应该大致相同，在这里就总结几点不太一样的：

  • 只有Integer包装类才可以更改缓存大小。
  • Character容量只有128。
    浮点数类型包装类并不存在缓存机制，是因为在一定的范围内，该类型的数值并不是有限的。
    看到这，我们大致就可以得出结论，整数数值类型在自动装箱的时候会进行判断数值的范围，如果正好在缓存区，那么就不必创建新的对象，它们将会指向同一地址。Java中另一个例子就是我们说的字符串常量池。
    所以下面很火的几条语句，结果就很明显了：
int num = 100;
Integer i1 = num;
Integer i2 = num;
System.out.println(i1==i2);//true
//num改为200，结果为false
Integer i1 = 100;
Integer i2 = new Integer(100);
System.out.println(i1 == i2);//false

自动拆箱

将引用类型字节赋值给对应的基本类型，编译器在底层自动调用对应的xxxvalue方法（如intValue）。

Integer in = 5;
int i = in;

自动拆箱相对来说就稍微简单一点了，我们还是利用debug工具，发现上面的代码将会自动调用下面的方法
小白学Java：包装类

包装类型的比较

"=="比较

int num = 100;
Integer i1 = num;
Integer i2 = num;
//都是包装器类型的引用时，比较是否指向同一对象。
System.out.println(i1==i2);//true

Integer i1 = 128;
int i2 = 128;
//如果包含算数运算符，则底层自动拆箱，即比较数值。
System.out.println(i1 == i2);//true
Integer i3 = 1;
Integer i4 = 129;
System.out.println(i4 == i1+i3);//true

equals比较

equals比较的是同一包装类型，即比较两者数值是否相等

Integer i1 = 5;
Integer i2 = 5;
Integer i3 = 10;
//同一包装类型，比较数值是否相等
System.out.println(i1.equals(i2));//true
System.out.println(i3.equals(i1+i2));//true

Long l1 = 5L;
Long l2 = 10L;
//Long与Integer比较，不是同一类型，false
System.out.println(l1.equals(i1));//false
//先自动拆箱，i1先转为int，l转为long，int自动类型提升转为long，最后相等
System.out.println(l2.equals(l1+i1));//true

自动装箱与拆箱引发的弊端

自动装箱弊端

Integer sum = 0;
for(int i = 500;i<5000;i++){
    //先自动拆箱，而后自动装箱
    sum+=i;
}

在拆箱装箱操作之后，由于sum数值超过缓存范围，所以会new出4500个毫无用处的实例对象，大大影响了程序的性能。所以在循环语句之前，务必声明正确的变量类型。

自动拆箱引起的空指针

private static Integer sum;
public static void setSum(Integer num,boolean flag){
    sum = (flag)?num:-1;
}

上面的代码，当num传入为null时，即会引发空指针异常，因为包装类在进行算术运算时（上述是三目运算），如果数据类型不一致，将会先自动拆箱转换成基本类型进行运算，而null如果调用了intValue()方法就会形成空指针。
改进方案：

public static void setSum(Integer num,boolean flag){
//这样类型一致，便不会自动拆箱了
    sum = (flag)?num:Integer.valueOf(-1);
    
}

参考链接：

Java 自动装箱与拆箱的实现原理

Java的自动装箱、拆箱

Integer缓存池（IntegerCache）及整型缓存池
Java中的自动装箱与拆箱

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