Java数据结构之第二章包装类&初识泛型
一、包装类
在Java中，由于基本类型不是继承自Object，为了在泛型代码中可以支持基本类型，Java给每个基本类型都对应了一个包装类型。（防止new对象提升代码的效率）
1.1基本数据类型和对应的包装类
除了 Integer 和 Character， 其余基本类型的包装类都是首字母大写。
比如字符串转整数、整数转字符串
1.2装箱和拆箱
装箱操作：基本类型变为包装类型
拆箱操作：包装类型变为基本类型
public static void main(String[] args){
int num=10;
//装箱操作：新建一个 Integer 类型对象，将 i 的值放入对象的某个属性中
Integer Inum1=10;//自动装箱->内部调用valueOf方法
Integer Inum3=new Integer(num);//显示装箱
Integer Inum2=Integer.valueOf(num);//valueOf方法--显示装箱
System.out.println(Inum1);
System.out.println(Inum2);
//10
//10
//拆箱操作：将 Integer 对象中的值取出，放到一个基本数据类型中
int num1=Inum1.intValue();//显示拆箱
double num2=Inum1.doubleValue();//显示拆箱
System.out.println(num1);
System.out.println(num2);
double num3=Inum1;//自动拆箱,底层自动调用intValue方法
//10
//10
}1.3自动装箱和自动拆箱
1.3.1简单介绍
可以看到在使用过程中，装箱和拆箱带来不少的代码量，所以为了减少开发者的负担，java 提供了自动机制
public static void main(String[] args){
int num=10;
Integer Inum1=10;//自动装箱
Integer Inum2=Integer.valueOf(num);//手动装箱
//拆箱操作：将 Integer 对象中的值取出，放到一个基本数据类型中
int num1=Inum1;//自动拆箱
int num2=Inum2.intValue();
}
1.3.2【面试题】
public static void main(String[] args) {
Integer a = 127;
Integer b = 127;
//内部自动调用valueOf方法
Integer c = 128;
Integer d = 128;
System.out.println(a == b);
System.out.println(c == d);
}
为什么分别输出true和false呢？接下来我们看看内部的源码：
由于a和b在-128~127的范围内，所以返回cashe[127-(-128)]=cashe[255]=127,每次都会取到127这个值。
c和d是128，对应cashe[256]不在0~255的范围，所以返回new的对象；
由于==比较的是引用值，所以第二次输出为false；
2.什么是泛型
一般的类和方法，只能使用具体的类型: 要么是基本类型，要么是自定义的类。如果要编写可以应用于多种类型的代码，这种刻板的限制对代码的束缚就会很大。泛型是在JDK1.5引入的新的语法，通俗讲，泛型：就是适用于许多许多类型。从代码上讲，就是对类型实现了参数化（可以认为传递的是类型）
3.引出泛型
3.1引出泛型
实现一个类，类中包含一个数组成员，使得数组中可以存放任何类型的数据，也可以根据成员方法返回数组中某个下标的值？
思路：
1. 我们以前学过的数组，只能存放指定类型的元素，例如：int[] array = new int[10]; String[] strs = newString[10];
2. 所有类的父类，默认为Object类。数组是否可以创建为Object?
public class MyArray {
private Object[] array=new Object[10];
public Object getArray(int pos){
return array[pos];
}
public void setArray(int pos,Object value){
this.array[pos]=value;
}
public static void main(String[] args) {
MyArray array1=new MyArray();
array1.setArray(0,"你好");
array1.setArray(1,100);
String ret=array1.getArray(0);
int num=array1.getArray(1);
}
}
尽管可以存放任何数据类型的数据，但是当我们获取时需要进行强制类型转换。
public static void main(String[] args) { MyArray array1=new MyArray(); array1.setArray(0,"你好"); array1.setArray(1,100); String ret=(String)array1.getArray(0); int num=(int)array1.getArray(1); }
此时程序不会报错。
虽然在这种情况下，当前数组任何数据都可以存放，但是，更多情况下，我们还是希望他只能够持有一种数据类型。而不是同时持有这么多类型。所以，泛型的主要目的：就是指定当前的容器，要持有什么类型的对象。让编译器去做检查。此时，就需要把类型，作为参数传递。需要什么类型，就传入什么类型。
3.2泛型的意义
-
泛型可以存放任意类型的数据，但是是我指定存任何类型的数据
-
在编译时，帮我做类型的检查
-
在编译时，帮我进行类型的转换
注意：运行时没有泛型的概念，也就是说默认JVM中不存在泛型。
3.3泛型的语法
3.3.1泛型的语法
class 泛型类名称<类型形参列表> {
// 这里可以使用类型参数
}
class ClassName {
}
//泛型继承泛型
class 泛型类名称<类型形参列表> extends 继承类/* 这里可以使用类型参数 */ {
// 这里可以使用类型参数
}
class ClassName extends ParentClass {
// 可以只使用部分类型参数
} 上述代码修改如下：
public class MyArray{
private T[] array=(T[])new Object[10];
public T getArray(int pos){
return array[pos];
}
public void setArray(int pos,T value){
this.array[pos]=value;
}
public static void main(String[] args) {
MyArray array1=new MyArray();
/*array1.setArray(0,"你好");*/
array1.setArray(1,100);
/*String ret=(String)array1.getArray(0);*/
int num=(int)array1.getArray(1);
System.out.println(num);
//100
System.out.println(array1.getArray(0));
//null
}
} 
3.3.2代码解释
1.类名后的
【规范】类型形参一般使用一个大写字母表示，常用的名称有：
- E 表示 Element
- K 表示 Key
- V 表示 Value
- N 表示 Number
- T 表示 Type
- S, U, V 等等 - 第二、第三、第四个类型
2.不能new泛型数组
T[] array = new T[5];//是不对的
//因为运行时没有泛型的概念，编译器不知道T代表的是什么T[] array = (T[])new Object[10];是否就足够好，答案是未必的。
3.类型后加入
MyArray array1=new MyArray(); 4.赋值时不需要进行强制类型转换
int num=(int)array1.getArray(1);5.编译器会在存放元素的时候帮助我们进行类型检查。
/*array1.setArray(0,"你好");*/
array1.setArray(1,100);
/*String ret=(String)array1.getArray(0);*/
int num=(int)array1.getArray(1);4.泛型类的使用
4.1语法
泛型类<类型实参> 变量名; // 定义一个泛型类引用
new 泛型类<类型实参>(构造方法实参); // 实例化一个泛型类对象4.2示例
MyArray list = new MyArray(); 注意：泛型只能接受类，所有的基本数据类型必须使用包装类！
4.3类型推导(Type Inference)
当编译器可以根据上下文推导出类型实参时，可以省略类型实参的填写。
MyArray list = new MyArray<>(); // 可以推导出实例化需要的类型实参为 Integer 五、裸类型
5.1说明
裸类型是一个泛型类但没有带着类型实参，例如 MyArrayList 就是一个裸类型。
MyArray list=new MyArray();注意： 我们不要自己去使用裸类型，裸类型是为了兼容老版本的 API 保留的机制下面的类型擦除部分，我们也会讲到编译器是如何使用裸类型的。
小结：
1. 泛型是将数据类型参数化，进行传递
2. 使用表示当前类是一个泛型类。
3. 泛型目前为止的优点：数据类型参数化，编译时自动进行类型检查和转换
六、泛型如何进行编译
6.1泛型的擦除机制
6.1.1泛型擦除机制引入
泛型本质是一个非常难的语法，要理解好他还是需要一定的时间打磨。
通过命令：javap -c 查看字节码文件，所有的T都是Object。
在编译的过程当中，将所有的T替换为Object这种机制，我们称为：擦除机制。
Java的泛型机制是在编译级别实现的。编译器生成的字节码在运行期间并不包含泛型的类型信息。
6.1.2泛型擦除机制的介绍
1.介绍：擦除机制（erasure）是Java5用来实现泛型的技术。一般来说，在运行时阶段，Java编译器先执行类型检查，然后执行擦除或删除泛型信息。而具体化（reification）的泛型，与此正好相反。基于具体化泛型系统的类实现在运行时作为顶级实体，它在运行时保留了类型参数，而这给基于类型和反射性的语言提供了确定的操作。Sun公司选择采用擦除机制实现泛型，而C#实现了具体化的 泛型。
2.目的：这种设计是为向后兼容性提供源代码和目标代码两方面的支持。向后兼容性的意义是很明显的：希望现有的代码和类文件在新版本的Java中继续使用，而不发生冲突。虽然向后兼容性的定义已经很清楚，但是在没有破坏Java语言的同时更改语言本身是很困难的一件事情。另一个制约设计的原因是移植兼容性
3.移植兼容性是“jsr14 Java语言扩展泛型设计”需求中的第一个约束：
约束1：与现有代码向上兼容。以前的代码必须能在新系统中运行。这就是说，不仅类文件格式要向上兼容，而且使用以前写的参数化版本库的老应用程序也要向上兼容，特别是是基于Java平台的标准库编写的应用。移植兼容性要求API的泛型版本要和老的版本兼容，就是说用户能继续编译（源文件）和运行（编译后的程序）。这种要求在很大程度上限制了Java泛型设计的空间。
4.为什么不能使用“newT()”？Java是静态类型语言，从好的或坏的方面来说，我们不能简单的调用某一类型的空构造器，因为这个类型自身并不静态地知道有这样的构造器存在。由于擦除机制，所以没有办法来生成这种代码
详看擦除机制
6.2为什么不能实例化泛型类型数组
6.2.1代码一
class MyArray {
public T[] array = (T[])new Object[10];
public T getPos(int pos) {
return this.array[pos];
}
public void setVal(int pos,T val) {
this.array[pos] = val;
}
public T[] getArray() {
return array;
}
public static void main(String[] args) {
MyArray myArray1 = new MyArray<>();
Integer[] strings = myArray1.getArray();
}
/*
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.Integer;
at TestDemo.main(TestDemo.java:31)
*/
} 原因：替换后的方法为：（myArray1字节码中T擦除为Object）将Object[]分配给Integer[]引用，父类类型赋值给子类类型，程序报错
public Object[] getArray() {
return array;
}通俗讲就是：返回的Object数组里面，可能存放的是任何的数据类型，可能是String，可能是Person，运行的时候，直接转给Integer类型的数组，编译器认为是不安全的。
6.2.2正确的方式：
方法一：
class MyArray {
public T[] array;
public MyArray() {
}
/* 通过反射创建，指定类型的数组
* @param clazz
* @param capacity
*/
//当我们实例化对象的时候，把数组的具体类型也变成了Integer,但此时就不是Object类型的数组了
public MyArray(Class clazz, int capacity) {
array = (T[])Array.newInstance(clazz, capacity);
}
public T getPos(int pos) {
return this.array[pos];
}
public void setVal(int pos,T val) {
this.array[pos] = val;
}
public T[] getArray() {
return array;
}
public static void main(String[] args) {
//告诉别人我们数组的类型，必须实例化一个泛型数组才可以这样写
MyArray myArray1 = new MyArray<>(Integer.class,10);
Integer[] integers = myArray1.getArray();
}
} 方法二：
class MyArray {
//new的是Object数组
public Object[] array = new Object[10];
//取数据的时候单个数据-->可以强制类型转换
public T getPos(int pos) {
return (T) array[pos];
}
public void setVal(int pos, T val) {
this.array[pos] = val;
}
public Object[] getArray() {
return array;
}
public static void main(String[] args) {
MyArray myArray1 = new MyArray<>();
int ret = myArray1.getPos(0);
System.out.println(ret);
}
} 七、泛型的上界
在定义泛型类时，有时需要对传入的类型变量做一定的约束，可以通过类型边界来约束，达到某种用途。
7.1语法
class 泛型类名称<类型形参 extends 类型边界> {
...
}7.2示例
public class MyArray {
//传入的类型只能是Number或者Number的子类
...
} 只接受 Number 的子类型作为 E 的类型实参
MyArray l1; // 正常，因为 Integer 是 Number 的子类型
MyArray l2; // 编译错误，因为 String 不是 Number 的子类型
error: type argument String is not within bounds of type-variable E
MyArrayList l2;
^
where E is a type-variable:
E extends Number declared in class MyArrayList 了解： 没有指定类型边界 E，可以视为 E extends Object
7.3泛型方法
class People{
}
//原型class Alg
//为其提供一个边界。否则通过擦除机制T最终会被擦除为Object类，但是Object类没有CompareTo方法
class Alg>{
public T findMax(T[] array){
T max=array[0];
for (int i = 1; i < array.length; i++) {
//引用类型不可以通过大于和小于进行比较--> 接口：Comparable接口中的CompareTo方法
//Object没有实现CompareTo方法
if(max.compareTo(array[i])<0){
max=array[i];
}
}
return max;
}
}
public class Demo1 {
//写一个泛型类，其中有个方法，求数组的最大值
public static void main(String[] args) {
//<>当中一定是引用类型
Alg alg=new Alg<>();
Integer[] algg2={1,3,5,7,9};
Integer max=alg.findMax(algg2);
//Integer max=alg.findMax(algg2);推导
System.out.println(max);
Alg alg2=new Alg<>();
//Alg alg3=new Alg<>();--->报错，因为People没有实现Comparable 接口
}
} E必须是实现了Comparable接口的:
八、泛型方法
8.1语法定义
方法限定符 <类型形参列表> 返回值类型 方法名称(形参列表) {
...
}8.2示例
public class Util {
//静态的泛型方法 需要在static后用<>声明泛型类型参数
public static void swap(E[] array, int i, int j) {
E t = array[i];
array[i] = array[j];
array[j] = t;
}
} 8.3使用示例-可以类型推导
class Alg2{
//加一个static
public static T findMax(T[] array){
T max=array[0];
for (int i = 1; i < array.length; i++) {
//引用类型不可以通过大于和小于进行比较--> 接口：Comparable接口中的CompareTo方法
//Object没有实现CompareTo方法
if(max.compareTo(array[i])<0){
max=array[i];
}
}
return max;
}
}
public class Demo1 {
//写一个泛型类，其中有个方法，求数组的最大值
public static void main(String[] args) {
//<>当中一定是引用类型
Integer[] algg2={1,3,5,7,9};
Integer max=Alg2.findMax(algg2);
System.out.println(max);
}
} 8.4使用示例-不使用类型推导
public class Demo1 {
//写一个泛型类，其中有个方法，求数组的最大值
public static void main(String[] args) {
//<>当中一定是引用类型
Integer[] algg2={1,3,5,7,9};
Integer max=Alg2.findMax(algg2);
System.out.println(max)；
}