【数据结构】简单认识包装类与泛型

我就是我 2023-10-14 20:41 26阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  包装类
 *   *  基本数据类型和对应的包装类
     *  拆箱和装箱
     *  自动装箱和自动拆箱
     *  包装类面试题
 *  什么是泛型
 *   *  为什么要使用泛型
     *  泛型类的创建语法
     *  泛型类的使用
     *   *  语法
         *  示例
         *  类型推导(Type Inference)
 *  裸类型(Raw Type)
 *  泛型如何编译的
 *   *  擦除机制
     *  为什么不能实例化泛型类型数组
 *  泛型的上界
 *   *  语法
     *  示例
     *  复杂示例
 *  泛型方法
 *   *  定义语法
     *  示例
 *  总结

## 包装类 ##

![在这里插入图片描述][8b0fb40b01ec47c8aee7f7835a1bb11a.png]  
在Java中，由于基本类型不是继承自Object，为了在***泛型代码***中可以支持基本类型，Java给每个基本类型都对应了一个包装类型。

### 基本数据类型和对应的包装类 ###

![在这里插入图片描述][ef7c76b8179c494eaae75844e4e12b34.png]

***除了 Integer 和 Character， 其余基本类型的包装类都是首字母大写。***

### 拆箱和装箱 ###

![在这里插入图片描述][3998290575d24301844e9d9f15c77994.png]

***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，有了装箱拆箱，java可以根据上下文，自动进行转换，极大的简化相关编程。***

### 自动装箱和自动拆箱 ###

int i = 10;
    // 装箱操作，新建一个 Integer 类型对象，将 i 的值放入对象的某个属性中
    Integer ii = Integer.valueOf(i);
    Integer ij = new Integer(i);
    
    // 拆箱操作，将 Integer 对象中的值取出，放到一个基本数据类型中
    int j = ii.intValue();

可以看到在使用过程中，装箱和拆箱带来不少的代码量，所以为了减少开发者的负担，java 提供了自动机制。

int i = 10;
    Integer ii = i; // 自动装箱
    Integer ij = (Integer)i; // 自动装箱
    
    int j = ii; // 自动拆箱
    int k = (int)ii; // 自动拆箱

当我们查看实现逻辑时，发现java已经自动帮我们实现了  
![在这里插入图片描述][c2666144b50a47be9aa9bff1840c9526.png]

### 包装类面试题 ###

下列代码输出什么，为什么？

public class Main {
        
     
        public static void main(String[] args) {
        
             
            Integer i1 = 100;
            Integer i2 = 100;
            Integer i3 = 200;
            Integer i4 = 200;
     
            System.out.println(i1==i2);
            System.out.println(i3==i4);
        }
    }

答案为

> true  
> false

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：

public static Integer valueOf(int i) {
        
            if(i >= -128 && i <= IntegerCache.high)
                return IntegerCache.cache[i + 128];
            else
               return new Integer(i);
        }

而其中IntegerCache类的实现为：

private static class IntegerCache {
        
            static final int high;
            static final Integer cache[];
            static {
        
                final int low = -128;
                // high value may be configured by property
                int h = 127;
                if (integerCacheHighPropValue != null) {
        
                    // Use Long.decode here to avoid invoking methods that
                    // require Integer's autoboxing cache to be initialized
                    int i = Long.decode(integerCacheHighPropValue).intValue();
                    i = Math.max(i, 127);
                    // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                    h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - -low);
                }
                high = h;
                cache = new Integer[(high - low) + 1];
                int j = low;
                for(int k = 0; k < cache.length; k++)
                    cache[k] = new Integer(j++);
            }
            private IntegerCache() {
        }
        }

从这两段代码可以看出，在通过valueOf方法创建Integer对象的时候，如果数值\[-128,127\]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

## 什么是泛型 ##

![在这里插入图片描述][82e2d23135d5440e8d70efbc0cb99dc8.png]

一般的类和方法，只能使用具体的类型: 要么是基本类型，要么是自定义的类。如果要编写可以应用于多种类型的代码，这种刻板的限制对代码的束缚就会很大。  
\----- 来源《Java编程思想》对泛型的介绍。

泛型是在JDK1.5引入的新的语法，通俗讲，泛型：就是适用于许多许多类型。从代码上讲，就是对类型实现了参数化

### 为什么要使用泛型 ###

比如我们现在要实现一个类，类中包含一个数组成员，使得数组中可以存放任何类型的数据，也可以根据成员方法返回数组中某个下标的值

思路大致为：

1.  我们以前学过的数组，只能存放指定类型的元素，例如：int\[\] array = new int\[10\]; String\[\] strs = new String\[10\];
2.  所有类的父类，默认为Object类。我们将数组创建为Object；  
    !\[在这里插入图片描述\](https://img-blog.csdnimg.cn/3a3f22d364e24c17bb27c7f97c210b01.png![在这里插入图片描述][e53031fc4cd54d87919d96a9056c7f13.png]

存在问题：我们发现以上代码实现后发现

*  任何类型数据都可以存放
 *  1号下标本身就是字符串，但是确编译报错。必须进行强制类型转换

虽然在这种情况下，当前数组任何数据都可以存放，但是，更多情况下，我们还是希望他只能够持有一种数据类型。而不是同时持有这么多类型。

所以，泛型的主要目的：***就是指定当前的容器，要持有什么类型的对象。让编译器去做检查。此时，就需要把类型，作为参数传递。需要什么类型，就传入什么类型***

### 泛型类的创建语法 ###

class 泛型类名称<类型形参列表> {
        
    	// 这里可以使用类型参数
    }
    class ClassName<T1, T2, ..., Tn> {
        
    }

也可以实现继承，并继承里面的泛型类

class 泛型类名称<类型形参列表> extends 继承类/* 这里可以使用类型参数 */ {
        
    	// 这里可以使用类型参数
    }
    class ClassName<T1, T2, ..., Tn> extends ParentClass<T1> {
        
    	// 可以只使用部分类型参数
    }

那么刚刚上述代码就可以变为  
![在这里插入图片描述][90b8578fea604b40acf38e70c593f97e.png]  
上面代码涉及了许多新的东西，这里会一一做出解释

代码解释：

1.  类名后的 代表占位符，表示当前类是一个泛型类  
    了解： 【规范】类型形参一般使用一个大写字母表示，常用的名称有

> E 表示 Element  
> K 表示 Key  
> V 表示 Value  
> N 表示 Number  
> T 表示 Type  
> S, U, V 等等 -第二、第三、第四个类型

1.  注释1处，不能new泛型类型的数组，意味着

T[] ts = new T[5];//是不对的

上述的代码：T\[\] array = (T\[\])new Object\[10\];是否就足够好，答案是未必的。这块问题一会儿介绍。

1.  注释2处，类型后加入 指定当前类型
2.  注释3处，不需要进行强制类型转换
3.  注释4处，代码编译报错，此时因为在注释2处指定类当前的类型，此时在注释4处，编译器会在存放元素的时候帮助我们进行类型检查。

### 泛型类的使用 ###

#### 语法 ####

泛型类<类型实参> 变量名; // 定义一个泛型类引用
    new 泛型类<类型实参>(构造方法实参); // 实例化一个泛型类对象

#### 示例 ####

MyArray<Integer> list = new MyArray<Integer>();

***注意：泛型只能接受类，所有的基本数据类型必须使用包装类！***

#### 类型推导(Type Inference) ####

当编译器可以根据上下文推导出类型实参时，可以省略类型实参的填写

MyArray<Integer> list = new MyArray<>(); // 可以推导出实例化需要的类型实参为 Integer

## 裸类型(Raw Type) ##

裸类型是一个泛型类但没有带着类型实参，例如 MyArrayList 就是一个裸类型

MyArray list = new MyArray();

注意： 我们不要自己去使用裸类型，裸类型是为了兼容老版本的 API 保留的机制下面的类型擦除部分，我们也会讲到编译器是如何使用裸类型的。

小结：

1.  泛型是将数据类型参数化，进行传递
2.  使用 表示当前类是一个泛型类。
3.  泛型目前为止的优点：数据类型参数化，编译时自动进行类型检查和转换

## 泛型如何编译的 ##

### 擦除机制 ###

那么，泛型到底是怎么编译的？通过命令：javap -c 查看字节码文件，所有的T都是Object  
![在这里插入图片描述][8254974e8ef3463697710c97768d5537.png]  
在编译的过程当中，将所有的T替换为Object这种机制，我们称为：***擦除机制***。

Java的泛型机制是在编译级别实现的。编译器生成的字节码在运行期间并不包含泛型的类型信息  
[有关泛型擦除机制的文章截介绍][Link 1]

### 为什么不能实例化泛型类型数组 ###

例如以下代码  
![在这里插入图片描述][5d3d2a2681b64e5fbe6eb93024727bd9.png]  
原因：替换后的方法为：将Object\[\]分配给Integer\[\]引用，程序报错

public Object[] getArray() {
        
    	return array;
    }

通俗讲就是：返回的Object数组里面，可能存放的是任何的数据类型，可能是String，可能是Person，运行的时候，直接转给Integer类型的数组，编译器认为是不安全的  
向下转型不安全

那么我们有没有正确的方式呢？这里也是有的，博主在这里给大家提供一种

class MyArray<T> {
        
        public T[] array;
        public MyArray() {
        
        }
        / **
        *通过反射创建，指定类型的数组
        * @param clazz
        * @param capacity
        */
        public MyArray(Class<T> clazz, int capacity) {
        
            array = (T[])Array.newInstance(clazz, capacity);
        }
        public T getPos(int pos) {
        
            return this.array[pos];
        }
        public void setVal(int pos,T val) {
        
            this.array[pos] = val;
        }
        public T[] getArray() {
        
            return array;
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        
        MyArray<Integer> myArray1 = new MyArray<>(Integer.class,10);
        Integer[] integers = myArray1.getArray();
    }

## 泛型的上界 ##

在定义泛型类时，有时需要对传入的类型变量做一定的约束，可以通过类型边界来约束。

### 语法 ###

class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界> {
        
    	...
    }

### 示例 ###

public class MyArray<E extends Number> {
        
    	...
    }

只接受 Number 的子类型作为 E 的类型实参

MyArray<String> l2; // 编译错误，因为 String 不是 Number 的子类型
    MyArray<Integer> l1; // 正常，因为 Integer 是 Number 的子类型

结果为

error: type argument String is not within bounds of type-variable E
    	MyArrayList<String> l2;
    			^
    where E is a type-variable:
    	E extends Number declared in class MyArrayList

没有指定类型边界 E，可以视为 E extends Object

### 复杂示例 ###

public class MyArray<E extends Comparable<E>> {
        
    	...
    }

E必须是实现了Comparable接口的

此时我们可以用这个知识对任意数组进行寻找最大值

class Alg<T extends Comparable<T>> {
        
        public T findMax (T[] array) {
        
            T max = array[0];
            for (int i = 1; i < array.length; i++) {
        
                if(max.compareTo(array[i]) < 0 ) {
        
                    max = array[i];
                }
            }
            return max;
        }
    }
     public static void main(String[] args) {
        
            Alg<Integer> alg = new Alg<>();
            Integer[] array = {
        1,2,3,4};
            Integer ret = alg.findMax(array);
            System.out.println(ret);
        }

## 泛型方法 ##

你可以写一个泛型方法，该方法在调用时可以接收不同类型的参数。根据传递给泛型方法的参数类型，编译器适当地处理每一个方法调用。

下面是定义泛型方法的规则：

*  所有泛型方法声明都有一个类型参数声明部分（由尖括号分隔），该类型参数声明部分在方法返回类型之前（在下面例子中的 ）。
 *  每一个类型参数声明部分包含一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。一个泛型参数，也被称为一个类型变量，是用于指定一个泛型类型名称的标识符。
 *  类型参数能被用来声明返回值类型，并且能作为泛型方法得到的实际参数类型的占位符。
 *  泛型方法体的声明和其他方法一样。注意类型参数只能代表引用型类型，不能是原始类型（像 int、double、char 等）。

### 定义语法 ###

> 方法限定符 <类型形参列表> 返回值类型 方法名称(形参列表) \{ … \}

### 示例 ###

class Alg{
        
        //泛型方法
        public static<T extends Comparable<T>> T findMax (T[] array) {
        
            T max = array[0];
            for (int i = 1; i < array.length; i++) {
        
                if(max.compareTo(array[i]) < 0 ) {
        
                    max = array[i];
                }
            }
            return max;
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        
        Integer[] array = {
        1,2,3,4};
        Integer ret = Alg2.<Integer>findMax(array);
        System.out.println(ret);
    }

此处的Interger可以选择不加，java可以根据你array里面值的类型进行推导

Integer ret = Alg2.<Integer>findMax(array);
      Integer ret = Alg2.findMax(array);

## 总结 ##

关于《 【数据结构】 简单认识包装类与泛型》就讲解到这儿，感谢大家的支持，欢迎各位留言交流以及批评指正，如果文章对您有帮助或者觉得作者写的还不错可以点一下关注，点赞，收藏支持一下！

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