Java的包装类以及装箱、拆箱

前言

Java的包装类对应的是Java的基本数据类型,比如Integer对应int,因此先来回顾一下基本数据类型。

Java的基本数据类型

  1. 四种整数类型(byte、short、int、long):
    byte:8 位,用于表示最小数据单位,如文件中数据,-128~127
    short:16 位,很少用,-32768 ~ 32767
    int:32 位、最常用,-231-1~231 (21 亿)
    long:64 位、次常用
  2. 两种浮点数类型(float、double):
    float:32 位,后缀 F 或 f,1 位符号位,8 位指数,23 位有效尾数。
    double:64 位,最常用,后缀 D 或 d,1 位符号位,11 位指数,52 位有效尾
  3. 一种字符类型(char):
    char:16 位
  4. 一种布尔类型(boolean):
    booleantrue 真 和 false 假。
    因此,Java有8种基本数据类型。
    注意String类型是不包含在基本数据类型里的

包装类

Java的包装类以及装箱、拆箱
包装类的类名很好记,除了int是Integer,char是Character,其他都是将基本数据类型首字母大写。

装箱拆箱问题

一,什么是装箱和拆箱
在前面的文章中提到,Java为每种基本数据类型都提供了对应的包装器类型,至于为什么会为每种基本数据类型提供包装器类型在此不进行阐述,有兴趣的朋友可以查阅相关资料。
1. 装箱
在Java SE5之前,如果要生成一个数值为10的Integer对象,必须这样进行:
Java的包装类以及装箱、拆箱
而在从Java SE5开始就提供了自动装箱的特性,如果要生成一个数值为10的Integer对象,只需要这样就可以了:
Java的包装类以及装箱、拆箱
这个过程中会自动根据数值创建对应的 Integer对象,这就是装箱。

2.拆箱
在Java SE5之前,如果要将Integer对象转化为数值,必须这样进行: Java的包装类以及装箱、拆箱
而在从Java SE5开始就提供了自动拆箱的特性,那什么是拆箱呢?顾名思义,跟装箱对应,就是自动将包装器类型转换为基本数据类型:
Java的包装类以及装箱、拆箱
简单一点说,装箱就是 自动将基本数据类型转换为包装器类型;拆箱就是 自动将包装器类型转换为基本数据类型。

二,自动装箱拆箱原理
上一小节了解装箱的基本概念之后,这一小节来了解一下装箱和拆箱是如何实现的。我们就以Interger类为例,下面看一段代码:
Java的包装类以及装箱、拆箱
反编译class文件之后得到如下内容:
Java的包装类以及装箱、拆箱
从反编译得到的字节码内容可以看出,在装箱的时候自动调用的是Integer的valueOf(int)方法。而在拆箱的时候自动调用的是Integer的intValue方法。
 其他的也类似,比如Double、Character,不相信的朋友可以自己手动尝试一下。
因此可以用一句话总结装箱和拆箱的实现过程:
 装箱过程是通过调用包装器的valueOf方法实现的,而拆箱过程是通过调用包装器的 xxxValue方法实现的。(xxx代表对应的基本数据类型)。

三,面试相关问题
虽然大多数人对装箱和拆箱的概念都清楚,但是在面试和笔试中遇到了与装箱和拆箱的问题却不一定会答得上来。下面列举一些常见的与装箱/拆箱有关的面试题。
1.下面这段代码的输出结果是什么?
Java的包装类以及装箱、拆箱
也许有些朋友会说都会输出false,或者也有朋友会说都会输出true。但是事实上输出结果是:
Java的包装类以及装箱、拆箱
分析:
为什么会出现这样的结果?输出结果表明i1和i2指向的是同一个对象,而i3和i4指向的是不同的对象。此时只需一看源码便知究竟,下面这段代码是Integer的valueOf方法的具体实现:
Java的包装类以及装箱、拆箱
而其中IntegerCache类的实现为:
Java的包装类以及装箱、拆箱
从这2段代码可以看出,在通过valueOf方法创建Integer对象的时候,如果数值在[-128,127]之间,便返回指向IntegerCache.cache中已经存在的对象的引用;否则创建一个新的Integer对象。
上面的代码中i1和i2的数值为100,因此会直接从cache中取已经存在的对象,所以i1和i2指向的是同一个对象,而i3和i4则是分别指向不同的对象。

  1. 下面这段代码的输出结果是什么?
    Java的包装类以及装箱、拆箱
    也许有的朋友会认为跟上面一道题目的输出结果相同,但是事实上却不是。实际输出结果为:
    Java的包装类以及装箱、拆箱
    分析:每次执行valueOf都会创建一个对象
    Java的包装类以及装箱、拆箱
    在这里只解释一下为什么Double类的valueOf方法会采用与Integer类的valueOf方法不同的实现。很简单:在某个范围内的整型数值的个数是有限的,而浮点数却不是。
    注意,Integer、Short、Byte、Character、Long这几个类的valueOf方法的实现是类似的。 Double、Float的valueOf方法的实现是类似的。
  2. 下面这段代码输出结果是什么:
    Java的包装类以及装箱、拆箱
    输出结果是:
    Java的包装类以及装箱、拆箱
    分析:至于为什么是这个结果,同样地,看了Boolean类的源码也会一目了然。下面是Boolean的valueOf方法的具体实现:
    Java的包装类以及装箱、拆箱
    而其中的 TRUE 和FALSE又是什么呢?在Boolean中定义了2个静态成员属性:
    Java的包装类以及装箱、拆箱
    至此,大家应该明白了为何上面输出的结果都是true了。

4.谈谈Integer i = new Integer(xxx)和Integer i =xxx;这两种方式的区别。

当然,这个题目属于比较宽泛类型的。但是要点一定要答上,我总结一下主要有以下这两点区别:
1)第一种方式不会触发自动装箱的过程;而第二种方式会触发;
2)在执行效率和资源占用上的区别。第二种方式的执行效率和资源占用在一般性情况下要优于第一种情况(注意这并不是绝对的)。

  1. 下面程序的输出结果是什么?
    Java的包装类以及装箱、拆箱
    先别看输出结果,读者自己想一下这段代码的输出结果是什么。这里面需要注意的是:当 "=="运算符的两个操作数都是 包装器类型的引用,则是比较指向的是否是同一个对象,而如果其中有一个操作数是表达式(即包含算术运算)则比较的是数值(即会触发自动拆箱的过程)。另外,对于包装器类型,equals方法并不会进行类型转换。明白了这2点之后,上面的输出结果便一目了然:
    Java的包装类以及装箱、拆箱
    第一个和第二个输出结果没有什么疑问。第三句由于 a+b包含了算术运算,因此会触发自动拆箱过程(会调用intValue方法),因此它们比较的是数值是否相等。而对于c.equals(a+b)会先触发自动拆箱过程,再触发自动装箱过程,也就是说a+b,会先各自调用intValue方法,得到了加法运算后的数值之后,便调用Integer.valueOf方法,再进行equals比较。同理对于后面的也是这样。
    不过要注意倒数第二个和最后一个输出的结果(如果数值是int类型的,装箱过程调用的是Integer.valueOf;如果是long类型的,装箱调用的Long.valueOf方法)。首先,倒数第二个,对于(a+b)来说,a和b先自动触发拆箱机制转换成int数值分别是1和2,1+2=3,将和再装箱转化成Integer类型,而g是属于Long类型,因此Long.equals(Integer)返回的是false(可以看源码,每个包装类都重载了Object.equals()方法)。最后一个,同样,对于(a+h)来说,a和h先自动触发拆箱机制转换成int数值和long数值,又因为cpu在进行运算时,如果发现有一个变量要占据的位数更多,会按照更高位数的那个变量进行运算,因此a+h相当于先把a强制转换成long类型,然后再相加,这样做的目的是防止位溢出。因此,再把和装箱成Long类型,最后与g equals,返回的是true。
    如果对上面的具体执行过程有疑问,可以尝试获取反编译的字节码内容进行查看。