【数据结构】(3)包装类和泛型-优快云博客

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一、包装类

1、什么是包装类

将基础类型包装成的类就是包装类。由于基础类型不是继承 Object 类的类，所以在泛型不能直接支持基础类型，为了解决这个问题，就需要把基础类型转换为对应的包装类。

基础类型对应的包装类
基础类型	包装类
byte	Byte
short	Short
int	Integer
long	Long
float	Float
double	Double
char	Character
boolean	Boolean

2、装箱和拆箱

装箱：基础类型转换为包装类。

拆箱：包装类转换为基础类型。

以下为过时的写法：

3、自动装箱和拆箱

我们现在用的都是自动装箱、拆箱，第一种方式是最好的。

用 javap -v 命令反汇编字节码文件，可以看到编译器会自动添加 valueOf （装箱）和 intValue（拆箱）方法。

4、包装类的常量缓冲池

同是比较有相同内容的对象的地址，结果却不同：

这是因为 Integer 有一个常量池机制，当加载 Integer 类时，就会自动把 -128 ~ 127 范围的对象（常用的数值）放到常量池中：

因此，i8、i9 引用都是存放的常量池中 127 对象的地址，而 i10、i11 引用分别存放不同的堆中新创建的对象的地址：

注：128 并没有超过 Integer 的取值范围，它的范围大概是 -21亿 ~ 21 亿。

包装类的缓冲值范围
包装类	缓冲值范围
Byte	-128 ~ 127
Short	-128 ~ 127
Integer	-128 ~ 127
Long	-128 ~ 127
Float	无
Double	无
Character	0 ~ 127
Boolean	true 和 false

二、泛型

1、什么是泛型

一般的类和方法只能固定接收、返回一种类型的数据，但有时我们希望接收、返回很多种类型的数据。比如写一个加法器，里面的数据可以是整型、浮点型，如果使用方法重载，方法里的步骤相同，只是数据类型不同，造成代码的冗余。使用泛型可以解决这个问题，相当于将数据类型参数化，可以给同一个类或方法灵活地指定任意类型。

2、使用 Object 类

如果我们需要实现一个数组类，这个类中的数组成员可以存放任意类型的元素，并且有 set、get 指定位置的元素的方法。可以使用 Object 类，因为它是任意类的父亲，通过任意类型向上转型为 Object 类实现：

但是这种方法有个缺点，一是获取值时需要手动强制类型转换；二是无法确定一种类型，即让类或方法在使用时持有一种类型，而不是同时拥有任意类型。而泛型，不需要手动强制类型转换，并且在创建对象时就将某一种类型作为参数传入，指定其类型，编译器对其进行类型检查。既能让类指定不同的类型，又能给对象指定一种类型。

3、泛型的使用

将上面的类改写成泛型：

<T> 表示该类为泛型类，类型形参常用的名称有：

MyArray 中仍用 Object[] 类型创建对象，因为 T 只是泛型类的标志，它并没有实际的构造函数。

在定义引用时，已确定为 String 类，因此 new 对象时可根据上下文推导类型，省略为 <> 。
优点：编译器自动进行类型转换、类型检查；一份代码支持多种类型。

4、裸类型

泛型参数不指定，默认 T 为 Object，它只是为了兼容老版本，不建议使用：

我们学习泛型，重点不在定义泛型类，而在泛型类的实例化，后续使用 java 中的集合类时，会经常用到泛型的实例化。

5、如何编译泛型——擦除机制

编译器先将泛型类型擦除，再替换为 Object 或边界类型。set 中把指定类型转为 Object （向上转型），get 中强制转换 Object 为指定类型（针对泛型类）。

最后针对子类重写泛型父类的方法，避免没有真正覆盖父类方法，编译器会自动生成桥接方法。

擦除前：

public class Node<T> {
    T data;
    public void setData(T data) {
        this.data = data;
    }
}
public class StringNode extends Node<String> {
    @Override
    public void setData(String data) {
        super.setData(data);
    }
}

擦除后：

public class Node {
    Object data;
    public void setData(Object data) {
        this.data = data;
    }
}

public class StringNode extends Node {
    // 形参中，子类的 String 与父类替换后的 Object 不一致
    // 未成功覆盖
    @Override
    public void setData(String data) { 
        super.setData(data);
    }
}

自动生成桥接方法：

public class StringNode extends Node {
    // 子类与父类的方法签名一致
    @Override
    public void setData(Object data) {
        setData((String) data);
    }
}

6、泛型上界

对泛型的类型范围的上界进行约束：

在实现计算器时，使用泛型上界，可以限制类型为数字。若没有 extends，默认为 extends Object。

7、泛型方法

将泛型写到方法名后，返回值类型前，让返回值类型、参数列表都能使用该泛型：

泛型方法的使用，类型推导见上文 “泛型的使用” ：

8、通配符

使泛型类引用能接收所有类型的泛型类对象：

三、总结

泛型的重点在泛型类对象怎么实例化，为后续集合类的使用做铺垫。而怎么定义泛型类、怎么定义泛型方法、擦除机制、泛型上界、通配符等相比较下就不那么重要了。

四、泛型数组的创建（补充）

出错代码：

4.1、原因

java 不支持创建泛型数组，因为泛型数组会破坏数组的类型安全性。

① 前言，数组的类型检查机制：

public class ArrayRuntimeCheck {
    public static void main(String[] args) {
        Integer[] intArray = new Integer[5];
        try {
            Object[] objArray = intArray;
            objArray[0] = "Hello";
        } catch (ArrayStoreException e) {
            System.out.println("捕获到 ArrayStoreException: " + e.getMessage());
        }
    }
}

当尝试将 String 类型的元素赋值给数组时，Java 运行时会立即检查数组的实际类型(Integer[])，发现类型不兼容，马上抛出 ArrayStoreException。阻止了不兼容类型的元素被存储到数组中，保障了类型安全。

② 如果允许创建泛型数组。由于泛型的擦除机制，List<Interger>[] 在编译后变成 List<Object>[]，即当作 List<Object>[] 处理。如果将 String 类型数据赋值给泛型数组，在运行时不兼容的数据可以顺利存入数组，直到后续尝试从数组中取出元素并当作 List<Integer> 处理时，才才会抛出 ClassCastException，破坏了数组元素类型的一致性。

② 数组是协变的，即如果Sub是Super的子类，那么Sub[]也是Super[]的子类。例如：

Number[] numbers = new Integer[10];

但是泛型是不可变的，List<Integer>并不是 List<Number>的子类。数组和泛型存在冲突。

4.2、解决

4.2.1、使用通配符数组

可以创建通配符数组，然后将其转换为泛型数组。不过这种方法需要使用@SuppressWarnings("unchecked")注解来抑制编译警告，因为这种转换在运行时是不安全的。这种转换需要开发者自己保证类型的安全性，因为在运行时 Java 无法进行严格的类型检查。

    @SuppressWarnings("unchecked")
    // 等效于 (Node<K, V>[])new Node[10]
    public Node<K, V>[] arr = (Node<K, V>[])new Node<?, ?>[10];

4.2.2、使用 ArryList 代替数组

    public ArrayList<Node<K, V>> arr = new ArrayList<>();