Java包裝類別怎麼應用

一、包裝類別概述

Java有8種基本資料型別：整數(byte、short、int、long)、浮點型( float、double)、布林型boolean、字元型char，相對應地，Java提供了8種包裝類別Byte、Short、Integer、Long、Float、Double、Boolean、Character。包裝類別創建物件的方式就跟其他類別一樣。

Integer num = new Integer(0);    //创建一个数值为0的Integer对象

二、包裝類別的自動裝箱、自動拆箱機制 

上面的建構物件語句其實是基本資料型別轉換到包裝類別的。在應用中我們經常需要進行基本型別資料和包裝類別物件之間的互轉。

Integer num1 = new Integer(1);	//基本数据类型转为包装类
int num2 = num1.intValue();		//包装类型转为基本数据类型
System.out.println(num1 +"	"+ num2);

Java提供了自動裝箱和拆箱機制，旨在方便我們的使用，同時也是為了其他目的，例如效能調優。這種機制簡化了基本類型和包裝類型的轉換。

//1、包装类中的自动装箱拆箱机制
Integer  num1 = 1;		//自动装箱
int num2 = num1;		//自动拆箱
System.out.println(num1 +"	"+ num2);

當使用jad工具對上面的程式碼進行反編譯時，結果如下。

Integer integer = Integer.valueOf(1);
int i = integer.intValue();
System.out.println((new StringBuilder()).append(integer).append("\t").append(i).toString());

可見，Java編譯器幫我們完成了轉換作業。另外，我們可以看到，除了使用new關鍵字，還可以使用Integer類別的valueOf()方法來建立一個Integer物件。這兩個方式是有所區別的，我們下面會說到。

三、包裝類別中的快取機制

在前面提到的建立包裝類別物件的方法中，包括使用new關鍵字和valueOf()方法。我們來看一段程式碼感受一下它們的差別。

//2、包装类中的缓存机制
Integer num3 = 10;
Integer num4 = 10;
Integer num5 = new Integer(20);
Integer num6 = new Integer(20);
Integer num7 = 128;
Integer num8 = 128;
System.out.println((num3==num4) +"	"+ num3.equals(num4));
System.out.println((num5==num6) +"	"+ num5.equals(num6));
System.out.println((num7==num8) +"	"+ num7.equals(num8));

執行結果為

我們看下它的反編譯程式碼

Integer integer = Integer.valueOf(10);
Integer integer1 = Integer.valueOf(10);
Integer integer2 = new Integer(20);
Integer integer3 = new Integer(20);
Integer integer4 = Integer.valueOf(128);
Integer integer5 = Integer.valueOf(128);
System.out.println((new StringBuilder()).append(integer == integer1).append("\t").append(integer.equals(integer1)).toString());
System.out.println((new StringBuilder()).append(integer2 == integer3).append("\t").append(integer2.equals(integer3)).toString());
System.out.println((new StringBuilder()).append(integer4 == integer5).append("\t").append(integer4.equals(integer5)).toString());

首先，我們查看Integer的valueOf()方法的原始碼

    public static Integer valueOf(int i) {
        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
        return new Integer(i);
    }

再查看下Integer的內部類別IntegerCache的cache陣列成員、low、high成員

        static final int low = -128;
        static final int high;
        static final Integer cache[];
 
        static {
            // high value may be configured by property
            int h = 127;
            String integerCacheHighPropValue =
                sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
            if (integerCacheHighPropValue != null) {
                try {
                    int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                    i = Math.max(i, 127);
                    // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                    h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
                } catch( NumberFormatException nfe) {
                    // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
                }
            }
            high = h;
 
            cache = new Integer[(high - low) + 1];
            int j = low;
            for(int k = 0; k < cache.length; k++)
                cache[k] = new Integer(j++);
 
            // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
            assert IntegerCache.high >= 127;
        }

可以發現，只要Integer類別第一次被使用到，Integer的靜態內部類別就被加載，加載的時候會創建-128到127的Integer對象，同時創建一個數組cache來緩存這些對象。當使用valueOf()方法建立對象時，就直接返回已經快取的對象，也就是說不會再新建對象；當使用new關鍵字or使用valueOf()方法建立小於-128大於127的值對象時，就會建立新物件。

//2、包装类中的缓存机制
Integer num3 = 10;
Integer num4 = 10;
Integer num5 = new Integer(20);
Integer num6 = new Integer(20);
Integer num7 = 128;
Integer num8 = 128;

由於num3、num4都小於等於127，它們指向的是同一個快取的Integer對象，所以用==進行比較的結果是true；num5、num6由於使用new關鍵字指向的是兩個不同的新對象，結果為false；num7、num8雖然是採用自動裝箱的方式，但執行valueOf()方法的時候，由於不滿足條件i >= IntegerCache.low && i

接著，我們再來看看原始碼中Integer的equals()方法的實作

    public boolean equals(Object obj) {
        if (obj instanceof Integer) {
            return value == ((Integer)obj).intValue();
        }
        return false;
    }

equals()方法比較Integer物件的值，而不是比較物件是否相同，類似於==操作符的比較方式。所以，當需要比較兩個Integer物件的值是否相等時，記得要用equals()方法。由於存在快取機制，使用==進行比較可能會導致一些令人困惑的結果。

此外，在8種包裝類型中，有快取區的有Character、Byte、Short、Integer、Long，而且它們的實作方式基本上一樣，都是-128到127的快取範圍。 Boolean雖然沒有快取區，但因為只有兩個值true、false，所以Boolean在成員變數中就建立了兩個對應的物件。沒有快取區的只有Float、Double，之所以沒有原因很簡單，即便是0到1這麼小的範圍，浮點數也有無數個，使用快取區快取它們不具備可能性和實用性。

常用的包裝類別物件可以重複使用，這得益於快取區的存在，從而提升了效能。當我們需要建立新物件的時候再new一個，增加了靈活性。

四、包裝類別的四則運算、位元運算、比較運算、邏輯運算

1、四則運算、位元運算##

//四则运算、位运算
Integer num9 = 1;
Integer num10 = 2;
Integer num11 = num9 + num10; 
Short num12 = 5;
Integer num13 = num9 + num12;
Long num14 = num9 + 10L;
System.out.println(num9 << 1);	//位运算
System.out.println(num9 +"	"+ num10 +"	"+ num11 +"	"+ num12 +"	"+ num13 +"	"+ num14);

#反編譯結果如下

        Integer integer = Integer.valueOf(1);

        Integer integer1 = Integer.valueOf(2);##    Integer 粒子() integer1.intValue());
        Short short1 = Short.valueOf((short)5);
        Integer integer3 = Integer.valueOf(integer.intValue() short1.short() short); Long long1 = Long.valueOf((long)integer.intValue() 10L);
        System.out.println(integer.intValue()         System.out.println(newout.out.println(new StringBuilder()).append(integer).append("\t").append(integer1).append("\t").append(integer2).append("\t").append(short1).append ("\t").append(integer3).append("\t").append(long1).toString());

可以看到Integer num11 = num9 + num10; 这一句被划分为3个步骤：将两个Integer对象分别进行拆箱；将拆箱得到的两个int数值相加求其和；将和值进行装箱，从而将num11指向缓存数组中值为3的Integer对象。

而Short num12 = 5; 这一句则先将5强制转换成short类型，再将其装箱把值为5的Short对象的引用赋给num12。

而Integer num13 = num9 + num12; 这一句除了Integer num11 = num9 + num10;的3个步骤，中间还有short+int=int的类型自动提升的过程。

而Long num14 = num9 + 10L; 这一句Integer num11 = num9 + num10;的3个步骤，中间还有强制类型转换的过程。需要注意的是，如果是Long num14 = num9 + num10; 的话就会出现类型不匹配的错误，因为num9、num10拆箱之后相加的和是int类型，而Long.valueOf(long)需要的形参是long类型，自然会出错。我们也可以看到，当包装类型对象和基本类型数据进行四则运算的时候，对象是会被拆箱的，然后再按基本类型数据的运算规则进行运算。

另外，如果仅仅是打印两个包装类型对象求和的结果，是不会有将和值重新转换成该包装类型的步骤的，如下面所示

System.out.println(num9 + num10);

System.out.println(integer.intValue() + integer1.intValue());

尽管基本类型可以进行自动类型提升/强制类型转换，而包装类则没有类似的使用方式，但是在此还需要注意一点。下面的做法是错的。

Short num3 = 10;
Integer num4 = num3;	//错误: 不兼容的类型: Short无法转换为Integer
Long num5 = (Long)num4;	//错误: 不兼容的类型: Integer无法转换为Long
Double num6 = num5;	//错误: 不兼容的类型: Long无法转换为Double

小结：不同包装类型对象是不能直接转换的，不过有两种途径可以代替：一种是上面讨论的不同包装类对象进行四则运算后赋给某一种类型；另一种就是利用包装类的方法

Integer a = 20;
Long b = a.longValue();
Short c = b.shortValue();
System.out.println(a +"	"+ b +"	"+ c);

2、比较运算和逻辑运算

Integer num9 = 100;
Integer num10 = 200;
Short num11 = 50;
Long num12 = 50L;
System.out.println((num9<num10) +"	"+ (num9<200) +"	"+ (num9<num11) +"	"+ (num9<num12) +"	"+ (num9<10L));

反编译结果为

Integer integer = Integer.valueOf(100);
Integer integer1 = Integer.valueOf(200);
Short short1 = Short.valueOf((short)50);
Long long1 = Long.valueOf(50L);
System.out.println((new StringBuilder()).append(integer.intValue()

可以看到，两个同类型的包装类对象进行比较时比较的其实是各自的基本类型数值，如num9

当想比较两个对象是否相等时，注意要使用equals()方法，从前面的讨论也知道，使用==的话比较的其实是引用的对象是否同一个，一般不满足我们的需求。

Integer num13 = new Integer(100);
System.out.println(num9.equals(num13) +"	"+ num9.equals(50));

反编译结果为

Integer integer2 = new Integer(100);
System.out.println((new StringBuilder()).append(integer.equals(integer2)).append("\t").append(integer.equals(Integer.valueOf(50))).toString());

逻辑运算举例：

System.out.println((num9&1));

反编译结果为

System.out.println(integer.intValue() & 1);

五、包装类作为方法的形参、返回值

//包装类作为方法的形参、返回值
	public static Integer intToInteger(int i) {
		return i;
	}  
	public static int integerToInt(Integer i) {
		return i;
	}

反编译结果为

    public static Integer intToInteger(int i)
    {
        return Integer.valueOf(i);
    }
 
    public static int integerToInt(Integer integer)
    {
        return integer.intValue();
    }

六、包装类作为集合的元素

//包装类作为集合元素
List list = new ArrayList();
list.add(1);
list.add(new Object());
Iterator it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
	System.out.println(it.next());
}

反编译结果为

ArrayList arraylist = new ArrayList();
arraylist.add(Integer.valueOf(1));
arraylist.add(new Object());
for(Iterator iterator = arraylist.iterator(); iterator.hasNext(); System.out.println(iterator.next()));

可以发现，虽然集合元素要求是对象，add()方法的形参也是对象（public boolean add(E e)），但由于自动装箱，基本数据类型也可以直接加入集合中。

                List<Integer> list = new ArrayList<>();
		for (int i=0; i<5; i++) {
			list.add(i);
		}
		Iterator it = list.iterator();
		while (it.hasNext()) {
			System.out.println(it.next());
		}

反编译结果为

        ArrayList arraylist = new ArrayList();
        for(int i = 0; i < 5; i++)
            arraylist.add(Integer.valueOf(i));
 
        for(Iterator iterator = arraylist.iterator(); iterator.hasNext(); System.out.println(iterator.next()));

七、包装类使用过程中有可能引起的空指针异常

//注意包装类可能产生的空引用异常
		Boolean flag1 = false;
		System.out.println(flag1?"命题为真":"命题为假");
		Boolean flag2 = null;
		System.out.println(flag2?"命题为真":"命题为假");
		Boolean flag3 = true;

运行结果为

这里只是简单演示空指针异常。平时使用时需要注意这一点，比如当Boolean的对象作为形参时，在方法执行体的头部需要做下null检测。

上述代码的反编译结果为

        Boolean boolean1 = Boolean.valueOf(false);
        System.out.println(boolean1.booleanValue() ? "\u547D\u9898\u4E3A\u771F" : "\u547D\u9898\u4E3A\u5047");
        Boolean boolean2 = null;
        System.out.println(boolean2.booleanValue() ? "\u547D\u9898\u4E3A\u771F" : "\u547D\u9898\u4E3A\u5047");
        Boolean boolean3 = Boolean.valueOf(true);

可见三目运算符的条件表达式的位置一定是boolean值，如果你传入的是Boolean对象，则会自动拆箱转换为boolean值。

另外，三目运算符的其他两个表达式位置也是如此，会把包装类对象转换为相应的基本类型对象。

八、为什么需要包装类？有了包装类又为什么要保留基本数据类型？（包装类的优缺点）

为什么需要包装类？

首先，Java语言是一个面向对象的语言，但是Java中的基本数据类型却是不面向对象的，将每个基本数据类型设计一个对应的类进行代表，这种方式增强了Java面向对象的性质。

其次，如果仅仅有基本数据类型，那么在实际使用时将存在很多的不便，很多地方都需要使用对象而不是基本数据类型。比如，在集合类中，我们是无法将int 、double等类型放进去的，因为集合的容器要求元素是Object类型。包装类型的作用在于允许将数值类型作为集合对象的元素，弥补了基本数据类型的不足。

除此以外，包装类还扩展了基本类型的功能，通过添加属性和方法来丰富基本类型的操作。如当我们想知道int取值范围的最小值，我们需要通过运算，如下面所示，但是有了包装类，我们可以直接使用Integer.MAX_VALUE即可。

//求int的最大值
int max = 0;
int flag = 1;
for (int i=0; i<31; i++) {
	max += flag;
	flag = flag << 1;
}
System.out.println(max +"	"+ Integer.MAX_VALUE); //2147483647      2147483647

为什么要保留基本数据类型？

我们都知道在Java语言中，用new关键字创建的对象是存储在堆里的，我们通过栈中的引用来使用这些对象，所以，对象本身来说是比较消耗资源的。对于经常用到的类型，如int等，如果我们每次使用这种变量的时候都需要new一个对象的话，就会比较笨重了。所以，Java提供了基本数据类型，这种数据的变量不需要使用new在堆上创建，而是直接在栈内存中存储，因此会更加高效。

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