Java数据结构 之 包装类简单认识泛类

目录

1. 什么是包装类？

1.1 装箱和拆箱 

 1.2 自动装箱和自动拆箱

 2. 什么是泛型

 3. 引出泛型

3.1 语法 

4 泛型类的使用

4.1 语法 

4.2 示例 

4.3 类型推导(Type Inference) 

 5. 裸类型(Raw Type) （了解）

5.1 说明

6 泛型如何编译的

 6.1 擦除机制

 6.2 为什么不能实例化泛型类型数组

7 泛型的上界

7.1 语法

7.2 示例 

7.3 复杂示例

8 泛型方法 

 8.1 定义语法

8.2 示例 

 8.3 使用示例-可以类型推导

 8.4 使用示例-不使用类型推导

1. 什么是包装类？

包装类是指Java中使用的一系列类，用于将基本数据类型装箱成对象。这些类有以下八种：

1. Byte：       封装了 byte 基本数据类型的类
2. Short：     封装了 short 基本数据类型的类
3. Integer：   封装了 int 基本数据类型的类
4. Long：      封装了 long 基本数据类型的类
5. Float：      封装了 float 基本数据类型的类
6. Double：  封装了 double 基本数据类型的类

7. Character:封装了 char 基本数据类型的类

8. boolean:   封装了 boolean 基本数据类型的类

这些类提供了各种功能，例如将基本数据类型转换为对象、对对象进行比较等。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

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

1.1 装箱和拆箱 

装箱(装包)：把一个基本数据类型转变为包装类型。

拆箱(拆包)：把一个包装类型转变为基本数据类型。

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();

 1.2 自动装箱和自动拆箱

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

 【面试题】
下列代码输出什么，为什么？

public static void main(String[] args) {
    Integer a = 100;
    Integer b = 100;

    Integer c = 128;
    Integer d = 128;

    System.out.println(a == b); //true
    System.out.println(c == d); //false
}

整个过程中唯一发生的操作就是装箱，而装箱操作调用的是valueOf方法，我们看看valueOf方法

我们可以看到这里有个参数 i，这个参数如果在 if 规定的范围内，就返回一个数组，cache是缓存的意思。我们可以把它理解成缓存数组。如果 i 不在这个范围内，就new了一个对象。

那么我们可以初步推测：我们的装箱操作，其实是在一个数组中进行的，这个数组是有一定的界限，当我们在这个数组内取同一个下标的元素，那么返回的值是一样的，如果我们在这个数组外取元素，那么就可能拿到的值不一样，那么现在有个问题：这个数组的界限在哪里呢？

也就是说，这个low的值是 -128，我们点进去 low

我们可以清晰地看到low的值为-128，而high的值为127 ，-128到127之间共有256个数字，也就是说如果这个 i 是属于这256个范围之内就会放到cache数组里面，

那么他是如何存进这个数组的呢？

 我们拿边界值进行运算，先拿-128来算

所以0下标存的就是-128 

我们再拿127来算 

 所以这个数组在0下标存的是-128，在255下标存的是127，我们在算个100

 所以在228下标取到100这个数

我们回过头看这个代码

public static void main(String[] args) {
    Integer a = 100;
    Integer b = 100;

    Integer c = 128;
    Integer d = 128;

    System.out.println(a == b); //true
    System.out.println(c == d); //false
}

总结：a/b装箱操作每次取数据都是在228下标内取到这个100，这种情况下值就是一样的，如果我们取值为128的时候，是不是就超过了这个区间，超过区间就new一个新对象，拿到的数据就是不一样的

 2. 什么是泛型

         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》

        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。

 3. 引出泛型

 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：
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。数组是否可以创建为Object?
    代码示例：

class MyArray {
    public Object[] array = new Object[10];
    public Object getPos(int pos) {
        return this.array[pos];
    }
    public void setVal(int pos,Object val) {
        this.array[pos] = val;
    }
}

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyArray myArray = new MyArray();
        myArray.setVal(0,10);
        myArray.setVal(1,"hello");//字符串也可以存放
        String ret = myArray.getPos(1);//编译报错
        System.out.println(ret);
    }
}

问题：以上代码实现后发现
1. 任何类型数据都可以存放
2. 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。

3.1 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> {
}

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
}

 上述代码进行改写如下：

class MyArray<T> {
    public T[] array = (T[])new Object[10];//1
    public T getPos(int pos) {
        return this.array[pos];
    }
    public void setVal(int pos,T val) {
        this.array[pos] = val;
    }
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyArray<Integer> myArray = new MyArray<>();//2
        myArray.setVal(0,10);
        myArray.setVal(1,12);
        int ret = myArray.getPos(1);//3
        System.out.println(ret);
        myArray.setVal(2,"bit");//4
    }
}

 代码解释：
1. 类名后的 <T> 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

2. 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

3. 注释2处，类型后加入 <Integer> 指定当前类型
4. 注释3处，不需要进行强制类型转换
5. 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。

4 泛型类的使用

4.1 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 

4.2 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！

4.3 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 

 5. 裸类型(Raw Type) （了解）

5.1 说明

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 <T> 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

6 泛型如何编译的

 6.1 擦除机制

那么，泛型到底是怎么编译的？这个问题，也是曾经的一个面试问题。泛型本质是一个非常难的语法，要理解好他还是需要一定的时间打磨。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：https://zhuanlan.zhihu.com/p/51452375

 提出问题：
1、那为什么，T[] ts = new T[5]; 是不对的，编译的时候，替换为Object，                                             不是相当于：Object[] ts = new Object[5]吗？
2、类型擦除，一定是把T变成Object吗？

1、T[] ts = new T[5]; 是不对的，因为在Java中，泛型类型会在编译期间被擦除，无法创建泛型数组。编译器会将T[] ts = new T[5] 擦除为Object[] ts = new Object[5]，但这并不完全等价于 Object[] ts = new Object[5]。因为泛型有类型擦除的特点，当T被擦除为Object后，它就只是一个普通的Object类型，无法实现泛型的限制和约束。因此，如果使用T[] ts = new T[5]; 这种方式创建数组，当需要将数组中的元素赋值给T类型的变量时，可能会抛出ClassCastException异常。

2、类型擦除不一定是把T变成Object，泛型类型参数T会被替换为它的上限类型（如果T没有指定上限，则为Object）。例如，如果定义了一个泛型类：

```
public class MyClass<T extends Number> {
    //...
}
```

在编译时，类型擦除会将T替换为Number。因此，MyClass<String>在编译后会被替换为MyClass<Number>。在实例化MyClass对象时，如果使用了非Number类型作为实际类型参数，编译器会报错。因此，泛型可以在编译时有效地约束类型参数的范围，提高了代码的安全性和可读性。

 6.2 为什么不能实例化泛型类型数组

代码1：

class MyArray<T> {
    public T[] array = (T[])new Object[10];

    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[] strings = myArray1.getArray();
}


/*
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.Integer;
at TestDemo.main(TestDemo.java:31)
*/

 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

7 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。 

7.1 语法

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

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

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 

了解： 没有指定类型边界 E，可以视为 E extends Object

7.3 复杂示例

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

E必须是实现了Comparable接口的 

8 泛型方法 

 8.1 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) { ... } 

8.2 示例 

public class Util {
    //静态的泛型方法 需要在static后用<>声明泛型类型参数
    public static <E> void swap(E[] array, int i, int j) {
        E t = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = t;
    }
}

 8.3 使用示例-可以类型推导

Integer[] a = { ... };
swap(a, 0, 9);

String[] b = { ... };
swap(b, 0, 9);

 8.4 使用示例-不使用类型推导

Integer[] a = { ... };
Util.<Integer>swap(a, 0, 9);

String[] b = { ... };
Util.<String>swap(b, 0, 9);

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