Java 學習筆記 12 – 包裝類別

Java 有基本型別和參考型別（物件），基本型別在運算的時候效率更高，但多數套件（java.util）只能處理物件，兩者之間轉換需求，會用到包裝類別。

包裝類別產生的物件會包含一個字段，而這個字段可以儲存資料型別，也就是說，基本型別可以包裝到包裝類別裡。

Java API 的 java.lang package 底下有與 8 個基本型別相對應的類別，統稱包裝類別，之所以需要包裝類別是因為：

1. 將基本型別包裝進物件
   基本型別變數是以傳值（pass by value）方式在函數中進行資料傳遞；優點在於效率較高，但不能以方法對自己有任何操作，但轉成物件，就可通過方法去做到這件事（被當參數放進函式時或轉換基本型別的值）。

1. java.util API 只能處理物件
   Java API 的 java.util 套件，例如 Scanner、Date、Collection 等，會需要以物件傳入，才能使用方法。
2. Collection Framework（即 java.util.Collection），像是 ArrayList 跟 Vector，只能儲存物件（參考型別）或是非基本型別
3. 物件可以在多執行緒的情況下支持同步
   可實作 serializable 介面，後面文章會詳述。

轉換過程稱為裝箱（boxing），例如常用的 Integer.valueOf()，而裝箱後的物件即可使用本身的方法操作（也有常數可使用，例如 Integer.MAX_VALUE）。

class IntergerWrapping {

    public static void main() {
        int num = 1;
        int num2 = 1;

        Integer integerWrapper = Integer.valueOf(num);
        Integer integerWrapper2 = Integer.valueOf(num2);

        System.out.println(integerWrapper.doubleValue() / 3); // 0.3333333333333333
        System.out.println(integerWrapper.compareTo(integerWrapper2)); // 0
        System.out.println(integerWrapper.hashCode() == integerWrapper2.hashCode()); // true
        System.out.println(integerWrapper.equals(integerWrapper2)); // true
        System.out.println(integerWrapper == integerWrapper2); // true
    }

}

觀察上面的程式：

• Integer.valueOf(num)：手動呼叫 Integer 的 valueOf() 方法包裝 num 這個基本型別變數
• doubleValue()：取得該物件 double 型別的值，可以換成同類型的方法，例如這邊可用 intValue() 或 floatValue()
• compareTo()：可與另一個同類別物件比較，相同回傳 0，小於參數的值回傳 -1，大於則 1
• 轉換成類別後仍然存在相同記憶體位址

Autoboxing 自動裝箱

Java 1.5 前的版本將參考型別變數與基本型別變數視為完全不同的存在（完全不能轉換），以 i++ 這個運算式，在當時編譯會回報錯誤。

Integer i = new Integer(55);
i++; // 編譯器認為 i 是包裝類別，不具基本型別運算功能

實際執行時，需先以 intValue() 取得 i 值，進行 +1 運算後，再重新包裝類別。

i = Integer.valueOf(i,intValue() + 1);
// 雖然 new Integer() 當時可行，但官方不建議，Java 9 開始 Wrapper Class 的建構子都標示 Deprecated

針對無法轉換的不便，逐漸新增功能，至 Java 5 開始提供自動裝箱/拆箱的特性，編譯器會參考宣告數的型別，自動判斷能否裝箱，就是自動裝箱機制，相當於語法糖的概念，宣告包裝類別或當成參數放入時就會用到。

Integer num1 = new Integer.valueOf(55); // Manual
Integer num2 = 55; // Autoboxing
System.out.println(num1 == num2);    // true

Autoboxing 應用在許多場景，紀錄幾個常見的：

Autoboxing 的應用 - 1
ArrayList 類別的 add 方法，以值傳入編譯器會自動轉換成 Integer 類別，再放入 ArrayList，也是運用 Autoboxing。

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
Integer max = Collections.max(list);

Autoboxing 的應用 - 2
Scanner 搭配邏輯判斷也會運用 Autoboxing。

Scanner sc = new Scanner(System.in);
Integer i = sc.nextInt();    // Autoboxing
int i = sc.nextInt();        // Autoboxing + Autounboxing
System.out.println(i);

Unboxing 自動拆箱

自動裝箱的相反即為自動拆箱，就是自動取出包裝類別的基本型別資料，變數（integerWrapper）會參考自身類別。

int num = 1;
Integer integerWrapper = Integer.valueOf(num); // 裝箱
Integer integerWrapper2 = Integer.valueOf(num); // 自動裝箱
int numAgain = integerWrapper2; // 自動拆箱

進行運算時會自動裝箱及拆箱

Integer num2 = 10;
System.out.println(number++); // 自動拆箱

Boolean value = true;
System.out.println( value && true); // 自動拆箱

編譯器的自動裝箱、拆箱功能細節

Integer i = null;
int j = i;

這段程式碼編譯成功，但執行會失敗，中間編譯器會展開這段程式，因為 intValue() 沒有參考物件（localObject 為 null，null 代表一個特殊物件，任何類別宣告變數都可以指向 null，表示沒有參考至物件實體）。

Object localObject = null;
int i = localObject.intValue();

Overload（重載）的執行判斷

前面文章提到 Overload 的概念，是在同名、同引數個數下，編譯器會將這些函式視為不同，方便開發人員對函式的命名，對於 Wrapper Class 的判斷，會走過這些流程：

1. 搜尋同名、同引數函式
2. Promotion 型態晉升/Autoboxing
3. 作為參數放進函式

情況一

// 1
public void methodA(int x){};

// 2
public void methodA(long x){};

// 3
public void methodA(Integer x){};

// 4
public void methodA(Long x){};

// 5
public void methodA(int... x){};

函數呼叫 methodA(10)，編譯器中間做了：

1. 找出上面的 1-5 方法，判斷 1 最符合（同為 int，只有一個引數）
2. 引數型別一樣是 int，不需要 Promotion 與 Autoboxing
3. 放入參數 + 執行 1 方法

情況二

// 2
public void methodA(long x){};

// 3
public void methodA(Integer x){};

// 4
public void methodA(Long x){};

// 5
public void methodA(int... x){};

相同地呼叫 methodA(10)，此情況流程：

1. 找出方法 2-5，判斷 2 最符合（一樣基本型別）
2. 引數型別 long，執行 Promotion
3. 放入參數 + 執行 2 方法

情況三

// 3
public void methodA(Integer x){};

// 4
public void methodA(Long x){};

// 5
public void methodA(int... x){};

相同地呼叫 methodA(10)，此情況流程：

1. 找出方法 3-5，判斷 3 最符合（Integer 為 int 包裝類別）
2. 引數型別 Integer，執行 Autoboxing
3. 放入參數 + 執行 3 方法

情況四

// 4
public void methodA(Long x){};

// 5
public void methodA(int... x){};

相同地呼叫 methodA(10)，此情況流程：

1. 找出方法 4、5，判斷 5 最符合（型別為 int，引數可放入一個就好）
2. 放入參數 + 執行 5 方法

情況五

// 4
public void methodA(Long x){};

只剩方法 4 的情況下，編譯器一樣會呼叫，但執行會報錯：

1. 找出方法 4
2. 執行 Autoboxing 轉為 Integer，但 Integer 物件不會自動 Promotion 為 Long（雖然此方法行不通，但編譯器也不會先進行 Promotion 為 long，再 Autoboxing 為 Long）
3. 回報 incompatible types: int cannot be converted to Long 的錯誤

常用的包裝類別方法

• toString()：每個包裝類別的預設寫法不同
• valueOf()
• compareTo()：可與另個同類別物件比較，相同回傳 0，小於參數的值回傳 -1，大於則 1
• parse[Type]()：例如 parseInt、parseShort，可轉換至指定型別
• equals()：相對於 == 比較記憶體位址 & 值，equals() 只比較值

包裝類別方便程式撰寫的使用，但運算時會影響執行效率，但不能完全取代基本資料型別。