Java中基本数据类型和包装类区别和联系

骑猪看日落 2022-12-02 13:38 124阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  基本数据类型和包装类指什么
 *  装箱以及拆箱
 *  自动装箱与拆箱的实现原理（基本数据类型和包装类存储在哪）
 *   *  基本数据类型存储位置
     *  包装类型的存储位置、自动装箱与拆箱的实现原理
 *  装箱带来的问题

# 基本数据类型和包装类指什么 #

我们先来看一下Java中的基数据类型有哪些：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyNDExMjE0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
从上图我们能够看到数据类型主题氛围两类，基本数据类型和引用数据类型，但是为何我们要把它分为两类呢，这是由它底层的存储的位置决定了它的们拥有各自特殊的功能性质，我们这里先了解后面会详细赘述。  
我们这里在看基本数据类型，这里面有八种基本数据类型，它们都有自己对应的包装类型。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyNDExMjE0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
这里我们会有疑问为何会有包装类型，它能干什么，它们两个有什么区别、、、种种疑问。还是前面说的，一个东西性质是由它底层决定的，我们这里只是开个头，后面整篇文章看完后这些问题都会解决。

# 装箱以及拆箱 #

基本数据类型和包装类型直接的转换我们称之为装箱和拆箱操作。而我们的装箱以及拆箱操作在JDK5之前装箱以及拆箱只能程序员手动来操作，但是在JDK5之后就有了自动装箱以及拆箱，但是自动装箱以及拆箱原理和我们手动一样。这里我们先来看一下装箱以及拆箱的实现，之后我们在去看原理解决前一段后面的疑问。

*  手动/自动装箱

int a1=4;
    //手动装箱
          Integer ai = new Integer(a1);
    //自动装箱
         Integer aj = a1;

*  手动/自动拆箱

//手动拆箱
    int ah = ai.intValue();
     //自动拆箱
     int ag = ai;

这里我们只是把自动装箱和拆箱开了个头，让大家看看，具体里面东西还要结合底层来说。

# 自动装箱与拆箱的实现原理（基本数据类型和包装类存储在哪） #

## 基本数据类型存储位置 ##

我们先来说我们基本数据类型都存储在我们的Class常量池中。而我们的常量池属于方法区。

## 包装类型的存储位置、自动装箱与拆箱的实现原理 ##

下面例子是自动装箱和拆箱带来的疑惑

public class Test {
          
            public static void main(String[] args) {
              
                test();  
            }  
        
            public static void test() {
          
                int i = 40;  
                int i0 = 40;  
                Integer i1 = 40;  
                Integer i2 = 40;  
                Integer i3 = 0;  
                Integer i4 = new Integer(40);  
                Integer i5 = new Integer(40);  
                Integer i6 = new Integer(0);  
                Integer i7=128;
                Integer i8=128;
                Double d1=1.0;  
                Double d2=1.0;  
                  
                System.out.println("i=i0\t" + (i == i0));  
                System.out.println("i1=i2\t" + (i1 == i2));  
                System.out.println("i1=i2+i3\t" + (i1 == i2 + i3));  
                System.out.println("i4=i5\t" + (i4 == i5));  
                System.out.println("i4=i5+i6\t" + (i4 == i5 + i6));
                System.out.println("i7==i8"+(i7==i8));      
                System.out.println("d1=d2\t" + (d1==d2));   
                  
                System.out.println();          
            }  
        }

请看下面的输出结果跟你预期的一样吗？  
输出的结果：  
i=i0        true  
i1=i2       true  
i1=i2+i3    true  
i4=i5       false  
i4=i5+i6    true  
i7=i8 false  
d1=d2     false

为什么会这样？带着疑问继续往下看。  
**自动装箱时编译器调用valueOf将原始类型值转换成对象，同时自动拆箱时，编译器通过调用类似intValue(),doubleValue()这类的方法将对象转换成原始类型值。  
双等号运算符==，对于基本数据类型比较的是数值，对于两个对象则比较的是地址**

明白自动装箱和拆箱的原理后，我们带着上面的疑问进行分析下Integer的自动装箱的实现源码。如下：

public static Integer valueOf(int i) {
        
            //判断i是否在-128和127之间，存在则从IntegerCache中获取包装类的实例，否则new一个新实例
            if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
                return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
            return new Integer(i);
        }
    
    
        //使用亨元模式，来减少对象的创建（亨元设计模式大家有必要了解一下，我认为是最简单的设计模式，也许大家经常在项目中使用，不知道他的名字而已）
        private static class IntegerCache {
        
            static final int low = -128;
            static final int high;
            static final Integer cache[];
    
            //静态方法，类加载的时候进行初始化cache[],静态变量存放在常量池中
            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() {
        }
        }

Integer i1 = 40; 自动装箱，相当于调用了Integer.valueOf(40);方法。  
    首先判断i值是否在-128和127之间，如果在-128和127之间则直接从IntegerCache.cache缓存中获取指定数字的包装类；不存在则new出一个新的包装类。  
    IntegerCache内部实现了一个Integer的静态常量数组，在类加载的时候，执行static静态块进行初始化-128到127之间的Integer对象，存放到cache数组中。cache属于常量，存放在java的方法区中。

接着看下面是java8种基本类型的自动装箱代码实现。如下

//boolean原生类型自动装箱成Boolean
        public static Boolean valueOf(boolean b) {
        
            return (b ? TRUE : FALSE);
        }
    
        //byte原生类型自动装箱成Byte
        public static Byte valueOf(byte b) {
        
            final int offset = 128;
            return ByteCache.cache[(int)b + offset];
        }
    
        //byte原生类型自动装箱成Byte
        public static Short valueOf(short s) {
        
            final int offset = 128;
            int sAsInt = s;
            if (sAsInt >= -128 && sAsInt <= 127) {
         // must cache
                return ShortCache.cache[sAsInt + offset];
            }
            return new Short(s);
        }
    
        //char原生类型自动装箱成Character
        public static Character valueOf(char c) {
        
            if (c <= 127) {
         // must cache
                return CharacterCache.cache[(int)c];
            }
            return new Character(c);
        }
        
        //int原生类型自动装箱成Integer
        public static Integer valueOf(int i) {
        
            if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
                return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
            return new Integer(i);
        }
    
        //int原生类型自动装箱成Long
        public static Long valueOf(long l) {
        
            final int offset = 128;
            if (l >= -128 && l <= 127) {
         // will cache
                return LongCache.cache[(int)l + offset];
            }
            return new Long(l);
        }
    
        //double原生类型自动装箱成Double
        public static Double valueOf(double d) {
        
            return new Double(d);
        }
    
        //float原生类型自动装箱成Float
        public static Float valueOf(float f) {
        
            return new Float(f);
        }

通过分析源码发现，只有double和float的自动装箱代码没有使用缓存，每次都是new 新的对象，其它的6种基本类型都使用了缓存策略。  
    使用缓存策略是因为，缓存的这些对象都是经常使用到的（如字符、-128至127之间的数字），防止每次自动装箱都创建一次对象的实例。  
    而double、float是浮点型的，没有特别的热的（经常使用到的）数据的，缓存效果没有其它几种类型使用效率高。  
      
这个很好理解，因为对于Integer，在(-128,128\]之间只有固定的256个值，所以为了避免多次创建对象，我们事先就创建好一个大小为256的Integer数组SMALL\_VALUES，所以如果值在这个范围内，就可以直接返回我们事先创建好的对象就可以了。

但是对于Double类型来说，我们就不能这样做，因为它在这个范围内个数是无限的。  
总结一句就是：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。

下面在看下装箱和拆箱问题解惑。

//1、这个没解释的就是true
        System.out.println("i=i0\t" + (i == i0));  //true
        //2、int值只要在-128和127之间的自动装箱对象都从缓存中获取的，所以为true
        System.out.println("i1=i2\t" + (i1 == i2));  //true
        //3、涉及到数字的计算，就必须先拆箱成int再做加法运算，所以不管他们的值是否在-128和127之间，只要数字一样就为true
        System.out.println("i1=i2+i3\t" + (i1 == i2 + i3));//true  
        //比较的是对象内存地址，所以为false
        System.out.println("i4=i5\t" + (i4 == i5));  //false
        //5、同第3条解释，拆箱做加法运算，对比的是数字，所以为true
        System.out.println("i4=i5+i6\t" + (i4 == i5 + i6));//true 
        //由于i7和i8超过了127，所以不能从缓存中直接取出，两个都需要在堆中创建不同的对象空间
        System.out.println("i7==i8"+(i7==i8));     
        //double的装箱操作没有使用缓存，每次都是new Double，所以false
        System.out.println("d1=d2\t" + (d1==d2));//false

*  看到这里我们已经对自动装箱和拆箱的原理了解，现在需要解决最后一个问题自动拆箱和装箱的时机。  
    当基础类型与它们的包装类有如下几种情况时，编译器会自动帮我们进行装箱或拆箱.  
    进行 = 赋值操作（装箱或拆箱）  
    进行+，-，\*，/混合运算 （拆箱）  
    进行>,<,==比较运算（拆箱）  
    调用equals进行比较（装箱）  
    ArrayList,HashMap等集合类 添加基础类型数据时（装箱）

# 装箱带来的问题 #

*  我们再来看看自动拆装箱我目前知道可能遇到的问题  
    基本类型只有功能完备的值，而包装类型除了其对应的基本类型所有的功能之外，还有一个非功能值：null。  
    现在来看一段简单的代码：  
    static Integer i;  
    public static void main(String\[\] args) \{  
    　　if(i == 128)\{  
    　　System.out.println(“Unbelieveable~”);  
    　　\}  
    \}  
    你认为会输出什么呢？不知道？自己运行一下~~~~  
    其实这段代码并不能正确的运行，因为它会报一个NullPointException异常，为什么？因为在定义i的时候，它是Integer类的一个引用，而i没有初始化，就像所有对象引用一样，如果没有初始化那么就赋一个null值。既然现在i是一个null，那么上面已经提到，当混合使用基本类型与包装类型时，包装类会自动拆箱。现在i都没有指向任何对象，因此拆箱的时候就会报一个NullPointException异常。

这里我们看到包装类可以允许NULL值，因为它是一个对象。而我们的基本数据类型没有NULL值，**所以在我们想要从数据库的到值时候，一定要用包装类型，因为我们也不知道是否会返回一个NULL值。所以在平常使用中最好使用包装类。**

*  所有整型包装类对象之间值的比较，全部使用 equals 方法比较。  
    在我们的Java开发手册中写到\*\*“所有整型包装类对象之间值的比较，全部使用 equals 方法比较。”\*\*  
    说明：对于 Integer var = ? 在-128 至 127 之间的赋值，Integer 对象是在 IntegerCache.cache 产生，会复用已有对象，这个区间内的 Integer 值可以直接使用==进行判断，但是这个区间之外的所有数据，都会在堆上产生，并不会复用已有对象，这是一个大坑，推荐使用 equals 方法进行判断。  
    这里我们不做多的解释了，相信看了上面的到这里我们已经知道为什么了！

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