深入理解Java之裝箱與拆箱

衍方發表於2020-10-27
Java

一、Java資料型別

1、在說裝箱與拆箱之前，先說一下Java的基本資料型別，Java從資料型別上可以劃分為值型別與引用型別，值型別是四類八種，分別是：

  • 整數型：byte̵，short̵，int̵，long
  • 浮點型：float，double
  • 字元型：char
  • 布林型：boolean
資料型別 記憶體 預設值 包裝類
byte 8位 0 Byte
short 16位 0 short
int 32位 0 Integer
long 64位 0L或0l Long
float 32位 0.0F或0.0f Float
double 64位 0.0D或0.0d Double
char 16位 \u0000 Character
boolean 8位 flase Boolean

2、引用型別：

  • 陣列
  • 類（class）
  • 介面（Interface）
  • 列舉（enum）

3、值型別與引用型別的區別

  1. 從概念方面上來說：
    • 值型別：變數名指向具體的值
    • 引用型別：變數名指向資料物件的記憶體地址
  2. 從記憶體構建方面上來說：
    • 值型別：變數在宣告之後，Java就會立刻分配給它記憶體空間
    • 引用型別：它以特殊的方式（類似C指標）指向物件實體，這類變數宣告時不會分配記憶體，只是儲存
  3. 從使用方面上來說：
    • 值型別：使用時需要賦具體值，判斷時用 ” == “號
    • 引用型別：使用時可以賦null，判斷時使用 equals 方法

二、Java資料型別轉換

1、自動轉換

  • 定義：程式在執行過程中“悄然”進行的轉換，不需要使用者提前宣告，一般是從位數低的型別向位數高的型別轉換

  • 優先關係：按從低到高的順序轉換。不同型別資料間的優先

    關係如下：

    • 低--------------------------------------------->高
    • byte,short,char-> int -> long -> float -> double

  • 轉換規則：

    運算中，不同型別的資料先轉化為同一型別，然後進行運算

    運算元1型別 運算元2型別 轉換後的型別
    byte、short、char int int
    byte、short、char、int long long
    byte、short、char、int、long float float
    byte、short、char、int、long、float double double

2、強制轉換

  • 定義：強制型別轉換則必須在程式碼中宣告，轉換順序不受限制

  • 格式：在需要轉型的資料前加上“( )”，然後在括號內加入需要轉化的資料型別

  • 結果：精度可能會丟失，也可能更加精確

    int x;
double y;

x = (int)3.14 + (int)5.20  //精度丟失
y = (double)x + (double)8  //精度提升

輸出：x = 8;y = 16.0

三、Java之裝箱與拆箱

1、包裝類

  • Java是面嚮物件語言，號稱萬事萬物皆物件，因此，8種基本資料型別有了對應的類，這就是包裝類

2、什麼是裝箱與拆箱

  • 裝箱：將值型別裝換成引用型別的過程

  • 拆箱：將引用型別轉換成值型別的過程

  • 自動裝箱：

    int x = 3;
Integer y = x;  //int --> Integer，Integer y = x <==> Integer y = Integer.valueOf(x)

  • 自動拆箱：

    Integer x = new Integer(5);
int y = x;  //Integer --> int，int y = x <==> int y = x.intValue()

3、裝箱和拆箱是如何實現的

  • 裝箱過程是通過呼叫包裝器的valueOf方法實現的
  • 拆箱過程是通過呼叫包裝器的 xxxValue方法實現的。（xxx代表對應的基本資料型別）

4、注意點：

  1. 大量使用自動拆裝箱會使效能降低，還會造成大量的記憶體消耗
  2. 在過載方法中，可能出現問題
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
Integer x,y,z;
x = 1;y = 2;z = 4;
list.add(x);list.add(y);list.add(z);

list.remove(2);

在上面這段程式碼中ArrayList.remove方法有兩個過載方法，那麼list.remove(2)是呼叫了哪個方法，remove掉的是值為2的物件，還是remove了index為2，值為4的那個物件呢？

在這種情況下，編譯器不會進行自動拆裝箱，所以呼叫的是remove(int index),index為2值為4的這個Integer物件會被remove.

如果要呼叫 remove(Object o)的方法，應該這麼寫 list.remove(y)

  1. 快取值問題

  • 案例解析：

    Integer i1 = 100;
Integer i2 = 100;
Integer i3 = 200;
Integer i4 = 200;
System.out.println(i1==i2);
System.out.println(i3==i4);

Output: true false

  • 觀察原始碼：

    Intteger.valueOf方法

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

    IntegerCache類

    private static class IntegerCache {
    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;
    }

    private IntegerCache() {}
}

    從原始碼可以看出，在通過valueOf方法建立Integer物件的時候，如果數值在[-128,127]之間，便返回指向IntegerCache.cache中已經存在的物件的引用；否則建立一個新的Integer物件

  • Byte、Short、Integer、Long四種包裝類預設建立了數值為[-128,127]的相應型別的快取資料，但是超出此範圍仍會建立新的物件。

  • Character預設會建立[0,127]的響應型別的快取資料

  • 兩種浮點型沒有實現常量池技術，在某個範圍內的整型數值的個數是有限的，而浮點數卻不是

    包裝類 常量池 常量池範圍
    Byte 存在 [-128,127]
    Short 存在 [-128,127]
    Integer 存在 [-128,127]
    Long 存在 [-128,127]
    Character 存在 [0,127]
    Float 不存在 無
    Double 不存在 無

  • 注意點：

    • 當 "=="運算子的兩個運算元都是 包裝器型別的引用，則是比較指向的是否是同一個物件，而如果其中有一個運算元是表示式（即包含算術運算）則比較的是數值（即會觸發自動拆箱的過程）
    • 對於包裝器型別，equals方法並不會進行型別轉換
    • 算術運算會觸發裝箱與拆箱過程

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