【数据结构前置知识】包装类型 - 教程

1. 核心概念：什么是包装类型？

​​包装类型​​ 是一种特殊的类，它将基本数据类型（primitive type）"包装"起来，使其成为一个对象。

简单来说，它就是​​基本数据类型的对象形式​​。

基本数据类型	对应的包装类型（java.lang包下）
byte	Byte
short	Short
int	Integer
long	Long
float	Float
double	Double
char	Character
boolean	Boolean

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2. 为什么需要包装类型？（存在的理由）

这是最关键的问题。既然已经有了基本类型，为什么还要多此一举发明包装类型？主要有以下​​三个核心原因​​：

原因一：让基本类型能用于"面向对象"的场景

Java是一个面向对象的语言，但八大基本数据类型（如 int, char）不是对象，它们不具备对象的特性（比如不能调用方法，没有继承关系）。

而很多Java的​​高级特性和API是专门为对象设计的​​。最典型的例子就是我们刚才讨论的​​集合框架​​。

• ​​问题​​：ArrayList<int>这样的写法是​​错误​​的！因为泛型 <T>中的 T必须是​​类类型​​（引用类型），而不能是基本类型。

• ​​解决方案​​：使用 ArrayList<Integer>。Integer是 int的包装类，它是一个真正的类，所以可以用于泛型。

// 错误！不能将基本类型用于泛型
// ArrayList list = new ArrayList<>();
// 正确！使用包装类型
ArrayList list = new ArrayList<>();
list.add(10); // 10 被自动转换为 Integer 对象

原因二：为基本类型提供丰富的工具方法

包装类提供了一系列有用的静态方法和常量，方便我们对基本类型数据进行操作。

例如，Integer类：

• ​​静态方法​​：

  • Integer.parseInt("123")：将字符串转换为 int。

  • Integer.valueOf(123)：将 int转换为 Integer对象。

  • Integer.max(a, b)：比较两个数的大小。

• ​​常用常量​​：

  • Integer.MAX_VALUE：int的最大值 (2^31 - 1)。

  • Integer.MIN_VALUE：int的最小值 (-2^31)。

String numStr = "456";
int num = Integer.parseInt(numStr); // 字符串 -> 基本类型
Integer numObj = Integer.valueOf(numStr); // 字符串 -> 包装对象
System.out.println(Integer.MAX_VALUE); // 输出: 2147483647

原因三：可以表示null（空值）

基本类型变量一定有值（比如 int默认是0），而包装类型是引用类型，其变量可以为 null。这在某些场景下非常有用。

• ​​场景​​：从数据库查询一个"年龄"字段，如果这个字段的值未知，在数据库中可能是 NULL。如果用 int接收，你无法区分是"0岁"还是"未知"；如果用 Integer接收，null就可以明确表示"未知"。

// 从数据库获取数据
int agePrimitive = 0; // 无法区分是0岁还是数据不存在
Integer ageWrapper = null; // 明确表示数据不存在

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3. 自动装箱与自动拆箱

从Java 5开始，引入了​​自动装箱​​和​​自动拆箱​​机制，极大地简化了包装类型和基本类型之间的转换。

• ​​自动装箱​​：编译器自动将​​基本类型​​转换为对应的​​包装类型​​。

  • Integer i = 10;等价于 Integer i = Integer.valueOf(10);

• ​​自动拆箱​​：编译器自动将​​包装类型​​转换为对应的​​基本类型​​。

  • int j = i;等价于 int j = i.intValue();

// 自动装箱示例
ArrayList list = new ArrayList<>();
list.add(100); // 自动装箱：编译器将 int 100 转换为 Integer.valueOf(100)
// 自动拆箱示例
int firstElement = list.get(0); // 自动拆箱：编译器将 Integer 转换为 intValue()
Integer a = 500;
int b = a + 1; // 先对 a 自动拆箱，完成计算 a.intValue() + 1

​​正是因为自动装箱/拆箱的存在，我们在使用集合框架时，才能像操作基本类型一样自然地操作包装类型。​​

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4. 注意事项与陷阱（面试常考）

陷阱一：==和 equals()的区别

这是一个经典的坑！==比较的是​​对象的引用（内存地址）​​，而 equals()比较的是​​对象的值​​。

• ​​对于 -128 到 127之间的整数​​：Java为了优化内存，对这个范围内的 Integer对象进行了缓存。通过自动装箱或 valueOf()方法创建时，会直接返回缓存中的对象。所以用 ==比较可能会返回 true。

• ​​对于超出此范围的整数​​：每次都会创建新的对象，==比较就会返回 false。

Integer a = 127;
Integer b = 127;
System.out.println(a == b); // true，因为从缓存中取，是同一个对象
Integer c = 128;
Integer d = 128;
System.out.println(c == d); // false，因为超出了缓存范围，是新创建的对象
// 正确的比较方式：始终使用 .equals() 来比较值！
System.out.println(a.equals(b)); // true
System.out.println(c.equals(d)); // true

​​最佳实践：比较包装类型的值，一律使用 equals()方法！​​

陷阱二：空指针异常

自动拆箱时，如果包装类对象是 null，则会抛出 NullPointerException。

Integer possibleNull = null;
// 以下代码在运行时都会抛出 NullPointerException
// int num = possibleNull; // 自动拆箱调用 possibleNull.intValue()
// System.out.println(possibleNull + 1);

陷阱三：性能开销

虽然自动装箱/拆箱很方便，但它是有性能成本的，因为背后涉及对象的创建和方法调用。在需要高性能计算的大循环中，应优先使用基本类型。

// 性能较差
Long sum = 0L; // 包装类型，每次循环都会发生自动装箱
for (long i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
sum += i; // 相当于 sum = Long.valueOf(sum.longValue() + i);
}
// 性能更好
long sumFast = 0L; // 基本类型，无额外开销
for (long i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
sumFast += i;
}