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詳解Java的自動裝箱與拆箱(Autoboxing and unboxing)

初始 BE 運算 null 異常 內存 判斷 運行 double

一、什麽是自動裝箱拆箱
很簡單,下面兩句代碼就可以看到裝箱和拆箱過程

1 //自動裝箱
2 Integer total = 99;
3 
4 //自定拆箱
5 int totalprim = total;

簡單一點說,裝箱就是自動將基本數據類型轉換為包裝器類型;拆箱就是自動將包裝器類型轉換為基本數據類型。

下面我們來看看需要裝箱拆箱的類型有哪些:

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這個過程是自動執行的,那麽我們需要看看它的執行過程:

1 public class Main {
2     public static void main(String[] args) {
3     //自動裝箱
4     Integer total = 99;
5 6 //自定拆箱 7 int totalprim = total; 8 } 9 }

反編譯class文件之後得到如下內容:

1 javap -c StringTest

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Integer total = 99;
執行上面那句代碼的時候,系統為我們執行了:
Integer total = Integer.valueOf(99);

int totalprim = total;
執行上面那句代碼的時候,系統為我們執行了:
int totalprim = total.intValue();

我們現在就以Integer為例,來分析一下它的源碼:
1、首先來看看Integer.valueOf函數

1 public static Integer valueOf(int i) {
2 return  i >= 128 || i < -128 ? new Integer(i) : SMALL_VALUES[i + 128];
3 }

它會首先判斷i的大小:如果i小於-128或者大於等於128,就創建一個Integer對象,否則執行SMALL_VALUES[i + 128]。

首先我們來看看Integer的構造函數:

1 private final int value;
2 
3 public Integer(int value) {
4     this.value = value;
5 } 6 7 public Integer(String string) throws NumberFormatException { 8 this(parseInt(string)); 9 }

它裏面定義了一個value變量,創建一個Integer對象,就會給這個變量初始化。第二個傳入的是一個String變量,它會先把它轉換成一個int值,然後進行初始化。

下面看看SMALL_VALUES[i + 128]是什麽東西:

 1 private static final Integer[] SMALL_VALUES = new Integer[256]; 

它是一個靜態的Integer數組對象,也就是說最終valueOf返回的都是一個Integer對象。

所以我們這裏可以總結一點:裝箱的過程會創建對應的對象,這個會消耗內存,所以裝箱的過程會增加內存的消耗,影響性能。

2、接著看看intValue函數

1 @Override
2 public int intValue() {
3     return value;
4 }

這個很簡單,直接返回value值即可。

二、相關問題
上面我們看到在Integer的構造函數中,它分兩種情況:

1、i >= 128 || i < -128 =====> new Integer(i)
2、i < 128 && i >= -128 =====> SMALL_VALUES[i + 128]

1 private static final Integer[] SMALL_VALUES = new Integer[256];

SMALL_VALUES本來已經被創建好,也就是說在i >= 128 || i < -128是會創建不同的對象,在i < 128 && i >= -128會根據i的值返回已經創建好的指定的對象。

說這些可能還不是很明白,下面我們來舉個例子吧:

 1 public class Main {
 2     public static void main(String[] args) {
 3 
 4         Integer i1 = 100;
 5         Integer i2 = 100;
 6         Integer i3 = 200;
 7         Integer i4 = 200;
 8 
 9         System.out.println(i1==i2);  //true
10         System.out.println(i3==i4);  //false
11     }
12 }

代碼的後面,我們可以看到它們的執行結果是不一樣的,為什麽,在看看我們上面的說明。
1、i1和i2會進行自動裝箱,執行了valueOf函數,它們的值在(-128,128]這個範圍內,它們會拿到SMALL_VALUES數組裏面的同一個對象SMALL_VALUES[228],它們引用到了同一個Integer對象,所以它們肯定是相等的。

2、i3和i4也會進行自動裝箱,執行了valueOf函數,它們的值大於128,所以會執行new Integer(200),也就是說它們會分別創建兩個不同的對象,所以它們肯定不等。

下面我們來看看另外一個例子:

 1 public class Main {
 2     public static void main(String[] args) {
 3 
 4         Double i1 = 100.0;
 5         Double i2 = 100.0;
 6         Double i3 = 200.0;
 7         Double i4 = 200.0;
 8 
 9         System.out.println(i1==i2); //false
10         System.out.println(i3==i4); //false
11     }
12 }

看看上面的執行結果,跟Integer不一樣,這樣也不必奇怪,因為它們的valueOf實現不一樣,結果肯定不一樣,那為什麽它們不統一一下呢?
這個很好理解,因為對於Integer,在(-128,128]之間只有固定的256個值,所以為了避免多次創建對象,我們事先就創建好一個大小為256的Integer數組SMALL_VALUES,所以如果值在這個範圍內,就可以直接返回我們事先創建好的對象就可以了。

但是對於Double類型來說,我們就不能這樣做,因為它在這個範圍內個數是無限的。
總結一句就是:在某個範圍內的整型數值的個數是有限的,而浮點數卻不是。

所以在Double裏面的做法很直接,就是直接創建一個對象,所以每次創建的對象都不一樣。

1 public static Double valueOf(double d) {
2     return new Double(d);
3 }

下面我們進行一個歸類:
Integer派別:Integer、Short、Byte、Character、Long這幾個類的valueOf方法的實現是類似的。
Double派別:Double、Float的valueOf方法的實現是類似的。每次都返回不同的對象。

下面對Integer派別進行一個總結,如下圖:
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下面我們來看看另外一種情況:

 1 public class Main {
 2     public static void main(String[] args) {
 3 
 4         Boolean i1 = false;
 5         Boolean i2 = false;
 6         Boolean i3 = true;
 7         Boolean i4 = true;
 8 
 9         System.out.println(i1==i2);//true
10         System.out.println(i3==i4);//true
11     }
12 }

可以看到返回的都是true,也就是它們執行valueOf返回的都是相同的對象。

1 public static Boolean valueOf(boolean b) {
2     return b ? Boolean.TRUE : Boolean.FALSE;
3 }

可以看到它並沒有創建對象,因為在內部已經提前創建好兩個對象,因為它只有兩種情況,這樣也是為了避免重復創建太多的對象。

1 public static final Boolean TRUE = new Boolean(true);
2 
3 public static final Boolean FALSE = new Boolean(false);

上面把幾種情況都介紹到了,下面來進一步討論其他情況。

1 Integer num1 = 400;  
2 int num2 = 400;  
3 System.out.println(num1 == num2); //true
說明num1 == num2進行了拆箱操作
1 Integer num1 = 100;  
2 int num2 = 100;  
3 System.out.println(num1.equals(num2));  //true

我們先來看看equals源碼:

1 @Override
2 public boolean equals(Object o) {
3     return (o instanceof Integer) && (((Integer) o).value == value);
4 }

我們指定equal比較的是內容本身,並且我們也可以看到equal的參數是一個Object對象,我們傳入的是一個int類型,所以首先會進行裝箱,然後比較,之所以返回true,是由於它比較的是對象裏面的value值。

1 Integer num1 = 100;  
2 int num2 = 100;  
3 Long num3 = 200l;  
4 System.out.println(num1 + num2);  //200
5 System.out.println(num3 == (num1 + num2));  //true
6 System.out.println(num3.equals(num1 + num2));  //false

1、當一個基礎數據類型與封裝類進行==、+、-、*、/運算時,會將封裝類進行拆箱,對基礎數據類型進行運算。
2、對於num3.equals(num1 + num2)為false的原因很簡單,我們還是根據代碼實現來說明:

1 @Override
2 public boolean equals(Object o) {
3     return (o instanceof Long) && (((Long) o).value == value);
4 }

它必須滿足兩個條件才為true:
1、類型相同
2、內容相同
上面返回false的原因就是類型不同。

1 Integer num1 = 100;
2 Ingeger num2 = 200;
3 Long num3 = 300l;
4 System.out.println(num3 == (num1 + num2)); //true

我們來反編譯一些這個class文件:javap -c StringTest
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可以看到運算的時候首先對num3進行拆箱(執行num3的longValue得到基礎類型為long的值300),然後對num1和mum2進行拆箱(分別執行了num1和num2的intValue得到基礎類型為int的值100和200),然後進行相關的基礎運算。

我們來對基礎類型進行一個測試:

1 int num1 = 100;
2 int num2 = 200;
3 long mum3 = 300;
4 System.out.println(num3 == (num1 + num2)); //true

就說明了為什麽最上面會返回true.

所以,當 “==”運算符的兩個操作數都是 包裝器類型的引用,則是比較指向的是否是同一個對象,而如果其中有一個操作數是表達式(即包含算術運算)則比較的是數值(即會觸發自動拆箱的過程)。

陷阱1:

1  Integer integer100=null;  
2  int int100=integer100;

這兩行代碼是完全合法的,完全能夠通過編譯的,但是在運行時,就會拋出空指針異常。其中,integer100為Integer類型的對象,它當然可以指向null。但在第二行時,就會對integer100進行拆箱,也就是對一個null對象執行intValue()方法,當然會拋出空指針異常。所以,有拆箱操作時一定要特別註意封裝類對象是否為null。

總結:
1、需要知道什麽時候會引發裝箱和拆箱
2、裝箱操作會創建對象,頻繁的裝箱操作會消耗許多內存,影響性能,所以可以避免裝箱的時候應該盡量避免。

3、equals(Object o) 因為原equals方法中的參數類型是封裝類型,所傳入的參數類型(a)是原始數據類型,所以會自動對其裝箱,反之,會對其進行拆箱

4、當兩種不同類型用==比較時,包裝器類的需要拆箱, 當同種類型用==比較時,會自動拆箱或者裝箱

詳解Java的自動裝箱與拆箱(Autoboxing and unboxing)