Java 中的包装类详解

最新推荐文章于 2024-12-06 15:20:30 发布

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在 Java 中，基本数据类型（如 int、char、boolean 等）提供了简单高效的方式来处理数据。然而，在实际编程中，我们经常需要将这些基本类型转换为对象，以便使用面向对象编程特性，如在集合中存储、处理泛型、以及在某些 API 调用中传递。为此，Java 提供了一系列对应于每个基本数据类型的包装类，帮助我们将基本类型封装为对象。

本文将介绍 Java 中的包装类、自动装箱与拆箱机制，以及如何正确使用它们。

一、什么是包装类？

包装类（Wrapper Class）是将 Java 的基本数据类型封装为对象的类。Java 提供了 8 个基本数据类型及其对应的包装类：

基本类型	包装类
`byte`	`Byte`
`short`	`Short`
`int`	`Integer`
`long`	`Long`
`float`	`Float`
`double`	`Double`
`char`	`Character`
`boolean`	`Boolean`

这些包装类都位于 java.lang 包下，且继承自 Object 类。因此，包装类具有对象的所有功能，例如可以与其他对象进行比较、作为参数传递给泛型类、集合等。

示例代码：

int num = 10; // 基本类型转包装类（装箱） 
Integer wrappedNum = Integer.valueOf(num); // 包装类转基本类型（拆箱） 
int unwrappedNum = wrappedNum.intValue();

二、自动装箱与拆箱

从 Java 5 开始，引入了自动装箱（Autoboxing）和自动拆箱（Unboxing）功能，简化了基本类型与其包装类之间的转换。自动装箱是指编译器自动将基本类型转换为对应的包装类，自动拆箱则是将包装类转换为基本类型。

自动装箱示例：

int num = 100;
Integer wrappedNum = num; // 自动装箱，相当于 Integer.valueOf(num)

自动拆箱示例：

Integer wrappedNum = 100; 
int num = wrappedNum; // 自动拆箱，相当于 wrappedNum.intValue()

这种机制减少了手动调用 valueOf 和 intValue 等方法的需要，提高了代码的可读性和简洁性。

三、包装类的常用方法

包装类提供了许多有用的静态方法来处理基本类型的数据转换与解析。例如，Integer 类可以解析字符串为整数，并进行整数之间的比较。

1. `parseXXX()` 方法

将字符串转换为基本数据类型：

String str = "123"; 
int num = Integer.parseInt(str);

2. `valueOf()` 方法

将基本类型或字符串转换为对应的包装类对象：

Integer num = Integer.valueOf(123); // 基本类型转换为 Integer 对象 
Integer strNum = Integer.valueOf("123"); // 字符串转换为 Integer 对象

3. 比较大小

compareTo() 和 compare() 方法可以用于比较包装类对象的大小：

Integer num1 = 100; 
Integer num2 = 200; 
int result = num1.compareTo(num2); // -1 表示 num1 小于 num2

四、包装类的不可变性

所有的包装类都是不可变的（immutable），即一旦对象创建，其值就不能更改。例如，Integer 对象一旦赋值，就无法更改其内部存储的数值。要改变数值，必须创建一个新的对象。

示例：

Integer num = 100; num = 200; // 创建了一个新的 Integer 对象，原对象没有被修改

五、包装类的应用场景

1. 泛型与集合

由于 Java 的泛型不支持基本类型，包装类可以用于解决这个问题。如下所示，ArrayList 不能存储 int 类型的元素，而需要使用 Integer：

List<Integer> list = new ArrayList<>(); list.add(100); // 自动装箱

2. 与 API 的兼容性

一些 Java API，如反射、动态代理等，需要对象参数，而不接受基本类型。在这些场景中，包装类可以将基本类型封装为对象以满足需求。

六、包装类的性能问题

由于包装类是对象，因此它们在内存分配、垃圾回收等方面比基本类型具有更大的开销。此外，在频繁的装箱与拆箱操作中，可能会产生不必要的对象，导致性能下降。

1. 对象缓存

为了减少频繁创建对象的开销，包装类对某些常用的值进行了缓存。例如，Integer 对 -128 到 127 之间的值进行了缓存，当这些值装箱时，Java 会返回同一个对象。

示例：

Integer a = 100; 
Integer b = 100; 
System.out.println(a == b); // true，使用缓存对象 Integer c = 200; Integer d = 200; System.out.println(c == d); // false，未使用缓存