【JavaSE专栏6】Java 基本类型转换、包装类、自动装箱、自动拆箱

「爱情、让人受尽委屈。」 2023-09-24 16:21 47阅读 0赞

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#### 目录 ####

*   *  一、基本数据类型转换
     *   *  1.1 为什么要进行转换
         *  1.2 自动类型转换（隐式转换）
         *   *  1.2.1 自动类型转换1——直接赋值
             *  1.2.2 自动类型转换2——运算时转换
         *  1.3 强制类型转换（显示转换）
         *  1.3 类型转换小结
     *  二、自动装箱和自动拆箱
     *   *  2.1 包装类是什么？
         *  2.2 为什么要用包装类？
         *  2.3 自动装箱
         *  2.4 自动拆箱
         *  2.5 性能比较
         *   *  2.5.1 测试基本类型
             *  2.5.2 测试包装类
             *  2.5.3 测试小结
     *  三、课时小结

### 一、基本数据类型转换 ###

在学习基本数据类型转换之前，首先要了解**为什么要进行基本数据类型转换**。

#### 1.1 为什么要进行转换 ####

在[上一节课时][Link 1]中，提到了 Java 数据类型的层级，如下图所示。

![在这里插入图片描述][047b901ed1ac4e4ca4edc3fd218ba991.png_pic_center_pic_center]

Java 作为一个**强类型的编程语言**，在不同数据类型之间进行转换时，需要进行手动 / 自动转换。

`byte` 的数据范围是 -128 到 127，如果将数值 128 直接赋值给 `byte` 类型的数据，IntelliJ IDEA 会编译报错，如下图所示。

![在这里插入图片描述][317a51a431ec4020b47bc77d74944ca4.png_pic_center]  
所以需要进行数据转换，请看以下代码：

public class Main {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            int a = 128;
            byte b = (byte) a;
            System.out.println("答案 = " + b);
        }
    }

最终输出结果为：

答案 = -128

因为 128 超过了 `byte` 的数据范围，则重新计数赋值，第一个值为 `-128`。

通过以上一个简单的例子，同学们只需简单了解下为什么要进行数据类型转换即可。

即**只要参与运算的基本数据类型不一致时，就会发生数据类型的转换**。

Java 中基本数据类型的转换主要分为两类

*  自动转换类型（隐式转换）
 *  强制转换类型（显示转换）

接下来逐个讲解。

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#### 1.2 自动类型转换（隐式转换） ####

自动类型转换，顾名思义就是自动进行数据类型转换。

即**由 Java 编译器进行自动处理，Java 代码不需要经过任何处理**。

小类型到大类型是自动提升的，那什么是小类型和大类型呢？如下图所示，箭头非被指结点为相对小类型，反之箭头被指结点为相对大类型，如 short 相对于 int 来说就是小类型。

![在这里插入图片描述][047b901ed1ac4e4ca4edc3fd218ba991.png_pic_center_pic_center]

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##### 1.2.1 自动类型转换1——直接赋值 #####

小类型变量赋值给大类型时，会触发自动类型转换，比如：

public class Main {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            long a = 1;
        }
    }

数值 `1` 是 `int` 类型，而承载的变量为 `long` 类型，则数值 `1` 会被自动转换为 `1L`。

--------------------

##### 1.2.2 自动类型转换2——运算时转换 #####

小类型变量和大类型变量进行运算时，会将小类型提升为大类型，再进行数学运算，如下所示。

public class Main {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            int a = 1;
            long b = 5L + a;
        }
    }

比如变量 `a` 为 int 类型，在计算 `5L` \+ `a` 时，会首先将 `a` 转换为 `1L`，再计算 `5L + 1L = 6L`，最终得出 `6L` 结果。

简单来说 `long` \+ `int` 会自动转换为 `long` \+ `long` 再进行计算。

同理 `int` \+ `double` 也会自动转换为 `double` \+ `double` 再进行计算，如下代码所示。

public class Main {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            int a = 1;
            double b = 3.14 + a;
        }
    }

#### 1.3 强制类型转换（显示转换） ####

大类型转为小类型时，需要强制类型转换，可能会导致数据丢失。

比如 `int` 类型的取值范围是 `-2^31到2^31-1`，`byte` 类型的取值范围是 `-2^7到2^7-1`。

当 `int` 类型转换为 `byte` 类型时，会出现数据溢出的情况，如下代码所示。

public class Main {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            int a = 128;
            byte b = (byte) a;
            System.out.println("b = " + b);
        }
    }

最终输出的结果为 `b = -128`，即发生了数据溢出情况，也可以理解为数据丢失。

同理，在 `double` 类型强制转换为 `int` 时，也会出现数据精度丢失（数据丢失），如下代码所示。

public class Main {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            double a = 3.1415926;
            int b = (int) a;
            System.out.println("b = " + b);
        }
    }

输出结果为 `b = 3`，即发生了数据精度丢失情况，也可以理解为数据丢失。

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#### 1.3 类型转换小结 ####

关于 Java 的数据类型转换，同学们需要理解以下三点：

*  大转小：强制类型转换，如下：

int a = 6;
    byte b = (byte) a;

> 提示：对于 byte 和 int 类型之间的转换中需要注意，当把一个 int 数值赋值给 byte 变量时，不管是否超过范围，都需要强制转换。

*  小转大：自动类型转换，如下：

int a = 6;
    long c = a;

*  默认定义类型

整数的默认类型为 `int`。  
整数带有后缀 `L` 时类型为 `long`。  
浮点数的默认类型为 `double`。  
浮点数带有后缀 `f` 时类型为 `float`。

> 提示：关于 String 的类型转换，将在后续的课时中讲解，因为 String 不属于 Java 的基本数据类型。

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### 二、自动装箱和自动拆箱 ###

在学习自动装箱和自动拆箱之前，首先了解什么是包装类。

#### 2.1 包装类是什么？ ####

在 jdk1.4 中，新增了 8 个基本数据类型的对应包装类，如下表所示。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>基本类型</th> 
   <th>包装类</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>byte</td> 
   <td>Byte</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>short</td> 
   <td>Short</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>int</td> 
   <td>Integer</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>long</td> 
   <td>Long</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>float</td> 
   <td>Float</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>double</td> 
   <td>Double</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>char</td> 
   <td>Character</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>boolean</td> 
   <td>Boolean</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

基本数据类型的对应包装类的方式基本相同，但在 JVM 上的分配有所不同，具体将在后续的课时中讲解，同学们只需知道**在时间或空间上，基本数据类型优于对应包装类**即可。

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#### 2.2 为什么要用包装类？ ####

从 jdk1.5 开始，**定义集合需要使用包装类**。定义普通数组，使用基本类型和包装类都可，如下代码所示。

public class Main {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            /**
             * 普通数组的定义方法
             */
            int[] a = new int[10];
            /**
             * 集合的定义方法
             */
            List<Integer> arr = new ArrayList<>();
            /**
             * 对基本类型的集合定义需要转为包装类
             */
            // List<int> arr = new ArrayList<>(); // 编译错误
        }
    }

> 关于集合的用法，会在下面的课时中讲解，同学们只需要了解包装类的使用场景即可。

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#### 2.3 自动装箱 ####

自动装箱是什么？**基本类型自动转换为包装类型就是自动装箱**。

请看以下代码：

public class Main {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            /**
             * 直接赋值
             */
            Integer a = 666;
            /**
             * 包装类的静态工厂方法
             */
            Integer b = Integer.valueOf(666);
            /**
             * 构造器赋值，在现有 JDK 中已被废弃
             */
            Integer c = new Integer(666);
        }
    }

在对 `Integer` 类型的变量赋值时，`666` 这是一个基本数据类型，而变量 `a`、`b`、`c` 为包装类。

**自动装箱，就是将一个基本类型直接赋值给包装类型的过程。**

如果没有自动装箱，以上代码无法通过 JVM 编译。

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#### 2.4 自动拆箱 ####

自动拆箱是什么？**包装类型自动转换为基本类型就是自动拆箱**。

请看以下代码：

public class Main {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            Integer a = 666;
            int b = 666;
            System.out.println("判断 1 = " + (a == b));
            System.out.println("判断 2 = " + Objects.equals(a,b));
        }
    }

代码中分别定义基本类型和包装类，赋同样的值，最后判断是否相等，输出为：

判断 1 = true
    判断 2 = true

其中变量 `a` 在比较之前，自动拆箱为基本类型，然后在于 `b` 进行比较，最后得出 `true` 的结果。

**如果不进行自动拆箱，两个不同类型的变量无法进行比较**。

就好比拿 `苹果` 和 `电视` 比较性能，这是不可行的。

Java 只能将包装类 `Integer` 拆箱为 `int` 才能和 `int` 值进行比较。

这就是 **自动拆箱**。

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#### 2.5 性能比较 ####

同学们学习自动装箱、自动拆箱之后，还需要了解它们的性能差距。

因为，这将影响你在实战开发中，决定常用哪个，最终影响你的程序性能。

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##### 2.5.1 测试基本类型 #####

首先对基本数据类型进行测试，代码如下所示。

public class Main {
        
    
        private static final long MAX_NUMBER = 1000000000;
        public static void main(String[] args) {
        
    
            long start = System.currentTimeMillis();
            long sum = 0;
            for(long i = 0; i < MAX_NUMBER; i ++) {
        
                sum += i;
            }
            long end = System.currentTimeMillis();
    
            System.out.printf("耗时 = " + (end - start) + "，计算结果 = " + sum);
        }
    }

最后输出结果：

耗时 = 304，计算结果 = 499999999500000000

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##### 2.5.2 测试包装类 #####

接着对包装类进行测试，代码如下所示。

public class Main {
        
    
        private static final Long MAX_NUMBER = 1000000000L;
        public static void main(String[] args) {
        
    
            long start = System.currentTimeMillis();
            Long sum = 0L;
            for(Long i = 0L; i < MAX_NUMBER; i ++) {
        
                sum += i;
            }
            Long end = System.currentTimeMillis();
    
            System.out.printf("耗时 = " + (end - start) + "，计算结果 = " + sum);
        }
    }

最后输出结果：

耗时 = 6374，计算结果 = 499999999500000000

--------------------

##### 2.5.3 测试小结 #####

由此可见，使用包装类虽然简便，但频繁自动装拆箱会带来性能低下的问题。

所以在实战开发中，**建议使用基本数据类型**。

如果一定要使用包装类的场景下，再去使用包装类。

在 2.1 小节 也提到过，基本类型无论是在时间还是空间上都是优于引用类型（如包装类）的。

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### 三、课时小结 ###

在本节课时中，讲解了低转高、高转低的 Java 基本类型转换，接着学习了包装类的概念，再引申出自动装箱、自动拆箱的概念，最后分别进行了性能测试。在下节课时中，将学习 Java 变量、常量及其作用域的知识。

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