【JavaSE专栏6】Java 基本类型转换、包装类、自动装箱、自动拆箱

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- 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

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
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。

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

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

在这里插入图片描述