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深海中的类型晨曦

news 2025/8/8 8:23:21

泛型引子：包装类&简单认识泛型

1.包装类

为什么需要包装类？
在 Java 中，基本类型（如 int、boolean）不是 Object 的子类，无法直接用于泛型或集合框架。为了弥合这一差距，Java 为每个基本类型设计了对应的包装类，让它们具备对象特性，就像给亚托莉这样的机器人穿上“外骨骼”，赋予其更复杂的行为能力。

1.1 基本数据类型和对应的包装类

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

注：除了 Integer 和 Character，其他包装类的命名遵循“首字母大写”规则，例如 Short 对应 short。

1.2 装箱和拆箱

手动装箱与拆箱

int i = 10;// 装箱：将基本类型转换为包装类对象
Integer ii = Integer.valueOf(i);  // 推荐方式
Integer ij = new Integer(i);      // 显式构造// 拆箱：将包装类对象转换为基本类型
int j = ii.intValue();

自动装箱与拆箱

Java 5 引入自动装箱/拆箱机制，简化了开发者的负担：

Integer autoBoxed = 10;   // 自动装箱（隐式调用 Integer.valueOf(10)）
int unboxed = autoBoxed;  // 自动拆箱（隐式调用 autoBoxed.intValue()）

注意：自动装箱并非总是“安全”的！例如以下代码：

Integer a = 127;
Integer b = 127;
Integer c = 128;
Integer d = 128;System.out.println(a == b);  // true（缓存机制）
System.out.println(c == d);  // false（超出缓存范围）

类比：亚托莉虽然拥有“心”，但某些反应仍是预设程序——Java 缓存了 -128~127 的 Integer 对象，导致比较结果可能出乎意料。

1.3 为何需要包装类？

泛型兼容性：泛型只能接受引用类型，包装类让基本类型得以参与泛型操作。

附加功能：包装类提供了许多实用方法，例如：

String hex = Integer.toHexString(255);  // 输出 "ff"
boolean isDigit = Character.isDigit('5');  // true

初识泛型：Java类型安全的魔法与亚托莉的启示

"我是高性能的嘛！（高性能ですから！）" —— 亚托莉

一、从"工业废料"到类型安全：泛型的诞生背景

还记得亚托莉刚登场时做的"工业废料"料理吗？没有泛型的Java代码就像亚托莉最初的手艺——看似能用，实则隐患重重。

在JDK1.5之前，Java集合框架只能使用Object类型存储数据。就像亚托莉被设计为"战斗家务机器人"却完全不擅长家务一样，这种设计带来了诸多问题：

List list = new ArrayList();
list.add("Hello");
list.add(100); // 什么？数字也能放进去？String str = (String)list.get(0); // 需要手动类型转换
String num = (String)list.get(1); // 运行时异常：ClassCastException

正如斑鸠夏生评价亚托莉"干啥啥不行，吃饭第一名"，没有泛型的集合就像这位笨拙的机器人，表面能处理各种任务，实则容易出错。

二、泛型基础：类型参数化的魔法

泛型的本质是将类型参数化，就像为亚托莉添加了特定的"情感模块"，使其能够专注于特定任务。

2.1 泛型类的定义与使用

// 亚托莉：我是高性能的嘛！(高性能ですから！)
class MyArray<T> {private T[] array = (T[])new Object[10];public T get(int index) {return array[index];}public void set(int index, T value) {array[index] = value;}
}// 使用泛型类
MyArray<String> stringArray = new MyArray<>();
stringArray.set(0, "亚托莉");
stringArray.set(1, "高性能机器人");String name = stringArray.get(0); // 无需强制类型转换

注意：泛型只能接受引用类型，基本数据类型必须使用包装类（如Integer、Double等）。这就像亚托莉虽然无法通过进食获取营养，但依然喜欢品尝美食——"好吃就是高兴嘛！（美味しいは嬉しいですから！）"。

2.2 类型擦除：泛型背后的真相

通过javap -c查看字节码，你会发现所有泛型类型参数都被替换为Object。这就是Java泛型的类型擦除机制。

// 源代码
MyArray<String> strArray = new MyArray<>();// 编译后实际效果
MyArray strArray = new MyArray();

这解释了为什么不能直接创建泛型数组：T[] array = new T[10]是非法的。就像亚托莉虽然拥有"心"，但内核仍是机械的——泛型的类型安全只在编译期存在，运行时类型信息已被擦除。

三、泛型进阶：约束与灵活性的平衡

3.1 泛型上界：给亚托莉设定合理目标

亚托莉虽然自负，但也有明确的限制——她只能与"拐杖之类奇怪的东西竞争"。同样，泛型上界可以约束类型范围：

// 只接受Number及其子类
public class NumericCalculator<T extends Number> {public double sum(T a, T b) {return a.doubleValue() + b.doubleValue();}
}NumericCalculator<Integer> intCalc = new NumericCalculator<>();
NumericCalculator<String> strCalc = new NumericCalculator<>(); // 编译错误！

3.2 泛型方法：灵活应对各种场景

泛型方法允许在方法级别定义类型参数，就像亚托莉能根据不同情况调整自己的行为：

public class Util {// 静态泛型方法public static <E> void swap(E[] array, int i, int j) {E temp = array[i];array[i] = array[j];array[j] = temp;}
}// 类型推导让代码更简洁
Integer[] nums = {1, 2, 3, 4, 5};
Util.swap(nums, 0, 4); // 编译器自动推断E为Integer

四、实战技巧：避免常见陷阱

4.1 包装类的缓存机制

Integer a = 127;
Integer b = 127;
System.out.println(a == b); // true，因为Integer缓存了-128~127Integer c = 128;
Integer d = 128;
System.out.println(c == d); // false

4.2 正确创建泛型数组

class MyArray<T> {private T[] array;@SuppressWarnings("unchecked")public MyArray(Class<T> clazz, int size) {array = (T[]) Array.newInstance(clazz, size);}
}// 使用反射创建指定类型的数组
MyArray<Integer> intArray = new MyArray<>(Integer.class, 10);