JavaSE 基础 — Day13 笔记

日期：2026-07-29
项目：c260729
作者：WanJL

一、包装类（Wrapper Classes）

1.1 为什么需要包装类？

Java 中分为基本数据类型和引用数据类型。Java 的核心思想是「万事万物皆为对象」，对象就一定有属性和方法。但 Java 中的 8 种基本数据类型（byte、short、int、long、float、double、char、boolean）是从 C/C++ 延续过来的，并不符合 Java 的面向对象特性——它们没有属性、也没有方法。

为了解决这个问题，Java 为每个基本数据类型都设置了对应的引用数据类型，即包装器类（Wrapper Classes）。

📄 来源：packaging/Demo01.java

1.2 基本类型与包装类的对应关系

基本数据类型	包装器类（引用数据类型）
`byte`	`Byte`
`short`	`Short`
`int`	`Integer`
`long`	`Long`
`float`	`Float`
`double`	`Double`
`char`	`Character`
`boolean`	`Boolean`

包装器类具有属性和方法，属于引用数据类型。

📄 来源：packaging/Demo01.java

1.3 装箱（Boxing）与拆箱（Unboxing）

装箱（Boxing）：从基本数据类型 → 引用数据类型（包装类）
拆箱（Unboxing）：从引用数据类型（包装类） → 基本数据类型

// 手动装箱（JDK9 前的方式，之后已标记为过时）
Integer integer = new Integer(a); // 装箱

// 自动装箱（JDK5+，推荐方式）
Integer i = a;       // int → Integer，自动装箱
Integer i1 = 15;     // 直接赋值，自动装箱

// 手动拆箱
int a1 = integer.intValue(); // 调用 intValue() 方法拆箱

// 自动拆箱（JDK5+，推荐方式）
int a2 = i;          // Integer → int，自动拆箱

📄 来源：packaging/Demo01.java

1.4 自动装箱与拆箱的底层原理

自动装箱：编译器自动调用 Integer.valueOf(int) 方法
自动拆箱：编译器自动调用 Integer.intValue() 方法
自动装箱/拆箱机制从 JDK 5 开始引入

1.5 使用包装类的优势

拥有属性和方法：可以调用字符串解析、进制转换等方法
泛型支持：集合框架（如 ArrayList<Integer>）必须使用包装类，不能使用基本类型
允许 null 值：包装类属于引用类型，可以为 null，这在数据库映射等场景中很有用
工具方法：提供了丰富的静态工具方法（如 Integer.parseInt()、Integer.valueOf() 等）

1.6 包装类在 Bean 类中的应用

在实际开发中，Bean 类（如 Person）的属性通常会使用包装类而非基本类型，原因包括：

对象的属性可能为 null（数据库字段可为空）
便于与泛型集合配合使用

统一使用引用数据类型，符合 OOP 风格

public class Person {
private String name;
private Integer age;  // 使用 Integer 而非 int，允许 age 为 null
    
// getter / setter 方法
}

📄 来源：packaging/Person.java

1.7 包装类的常用方法

以 Integer 为例，包装类提供了一些非常实用的静态方法：

方法	说明
`Integer.parseInt(String s)`	将字符串解析为 `int`
`Integer.valueOf(int i)`	将 `int` 转换为 `Integer`（自动装箱底层调用）
`Integer.valueOf(String s)`	将字符串转换为 `Integer`
`int Integer.intValue()`	将 `Integer` 转换为 `int`（自动拆箱底层调用）
`Integer.MAX_VALUE`	`int` 的最大值（常量: 2147483647）
`Integer.MIN_VALUE`	`int` 的最小值（常量: -2147483648）

其他包装类（Double、Boolean、Character 等）也有类似的方法。

1.8 包装类的缓存机制

部分包装类（Integer、Byte、Short、Long、Character）在自动装箱时存在缓存机制：

Integer 缓存池：默认缓存 -128 ~ 127 范围的整数
在此范围内，自动装箱复用同一个对象（== 比较为 true）

超出此范围，每次自动装箱都会新建对象

Integer a = 100;  // 从缓存池获取
Integer b = 100;  // 从缓存池获取
System.out.println(a == b);  // true

Integer c = 200;  // 超出缓存范围，新建对象
Integer d = 200;  // 超出缓存范围，新建对象
System.out.println(c == d);  // false

// 推荐使用 equals() 比较包装类对象的值
System.out.println(c.equals(d));  // true

注意：包装类对象的值比较应始终使用 equals() 方法，不要使用 ==。

二、集合框架入门（Collection Framework）

2.1 集合的概念

集合（Collection） 是用来存储 Java 变量、对象的容器，也称为集合容器。

与数组一样，集合也是容器，可以存储多个数据。但二者有显著区别：

对比维度	数组	集合
长度	一旦创建，长度不可变	长度可变，可动态增减
存储类型	可存储基本数据类型和引用数据类型	只能存储引用数据类型（若需存基本类型，须用对应的包装类）
元素类型	只能存储同一种数据类型（类型固定）	可存储多种数据类型（但建议存储单一类型，以便泛型约束）

📄 来源：collection/Demo01.java

2.2 集合的体系结构

Java 的集合框架分为两大派系：

Collection（单列集合）          Map（双列集合）
      / \                          / \
  List    Set                  HashMap   TreeMap
   /\      /\                 LinkedHashMap
ArrayList  HashSet
LinkedList TreeSet
Vector     LinkedHashSet

Collection、Map、List、Set 都是 接口（Interface），只定义规则，不实现
具体功能由它们的 实现类 完成

Collection（单列集合）：

List（有序集合）：元素有顺序，可重复
- ArrayList：数组结构实现
- LinkedList：链表结构实现
- Vector：早期版本，线程安全
Set（无序集合）：元素无顺序，不可重复
- HashSet：哈希表实现
- TreeSet：红黑树实现（可排序）
- LinkedHashSet：可保持插入顺序

Map（双列集合）：

由 键（Key） 和 值（Value） 组成
Key 在集合中是唯一的，不能重复
Value 可以重复

📄 来源：collection/Demo01.java

2.3 List 与底层数据结构

集合被称为集合框架，因为它把底层数据结构进行了封装。

List 直译为"列表"，对应数据结构中的线性表结构。线性表结构大致分为四种：

2.3.1 栈结构（Stack）

特点：先进后出（LIFO — Last In First Out）
操作术语：
- 加入元素 → 入栈 / 压栈（push）
- 移除元素 → 出栈 / 弹栈（pop）
```
入栈顺序: A → B → C
出栈顺序: C → B → A
```

2.3.2 队列结构（Queue）

特点：先进先出（FIFO — First In First Out）

入队顺序: A → B → C
出队顺序: A → B → C

2.3.3 数组结构（Array）

在内存中开辟一段连续的空间存储数据
优点：查询速度快，可通过索引快速定位（arr[index]）
缺点：增删速度慢，因为需要移动后续元素

对应实现类：ArrayList

索引: [0] [1] [2] [3] [4] [5]
值:   10  20  30  40  50  60
  ↑ 连续存储空间

2.3.4 链表结构（Linked List）

在内存中不连续存储，不需要开辟连续的存储空间
每个节点（Node）包含数据 + 指向下一个节点的指针（地址）
优点：增删速度快，只需改变相邻节点的指针
缺点：随机查询速度慢，需要从头结点依次遍历查找

对应实现类：LinkedList

头结点 → Node1 → Node2 → Node3 → null
    data    data    data
    next→   next→   next→

2.3.5 List 实现类的数据结构对应

实现类	对应数据结构	查询特点	增删特点
`ArrayList`	数组（Array）	快（索引定位）	慢（元素移动）
`LinkedList`	链表（Linked List）、队列（Queue）、栈（Stack）	慢（从头遍历）	快（改指针）

📄 来源：collection/Demo02.java

三、随堂练习要点

本日课程知识点概览

知识点	说明	对应文件
包装类概念	8种基本类型→包装类，装箱/拆箱	`packaging/Demo01.java`
包装类在 Bean 中的应用	`Integer` 替代 `int`	`packaging/Person.java`
包装类缓存机制	-128~127 缓存池，`==` vs `equals()`	—
集合框架概述	集合 vs 数组对比，体系结构	`collection/Demo01.java`
线性表数据结构	栈/队列/数组/链表特点	`collection/Demo02.java`

包装类重点

概念理解：为什么 Java 需要包装类？基本类型和包装类各有什么优劣？
装箱/拆箱操作：手动 vs 自动，理解编译器的底层转换逻辑
实际应用：在 Bean 类中优先使用包装类（如 Integer 替代 int），便于表达 null 语义
常见陷阱：
- == 比较包装类时的缓存问题
- 包装类对象参与算术运算时的自动拆箱
- null 包装类拆箱会抛出 NullPointerException

集合框架重点

理解集合 vs 数组的区别：长度可变性、元素类型限制
记忆体系结构：Collection（List / Set）和 Map 两大分支
掌握四种线性表结构：栈（LIFO）、队列（FIFO）、数组（查询快增删慢）、链表（增删快查询慢）
关联实现类：ArrayList → 数组，LinkedList → 链表/队列/栈

四、拓展阅读

Oracle Java 官方文档 — Autoboxing and Unboxing
Java 包装类缓存机制详解
Oracle Java 官方文档 — Collections Framework Overview
Java 集合框架详解：List、Set、Map 的区别
《Java 核心技术卷I》第 3 章 — 包装器类与自动装箱
《Java 核心技术卷I》第 9 章 — 集合

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JavaSE 基础 — Day13 笔记

一、包装类（Wrapper Classes）

1.1 为什么需要包装类？

1.2 基本类型与包装类的对应关系

1.3 装箱（Boxing）与拆箱（Unboxing）

1.4 自动装箱与拆箱的底层原理

1.5 使用包装类的优势

1.6 包装类在 Bean 类中的应用

1.7 包装类的常用方法

1.8 包装类的缓存机制

二、集合框架入门（Collection Framework）

2.1 集合的概念

2.2 集合的体系结构

2.3 List 与底层数据结构

2.3.1 栈结构（Stack）

2.3.2 队列结构（Queue）

2.3.3 数组结构（Array）

2.3.4 链表结构（Linked List）

2.3.5 List 实现类的数据结构对应

三、随堂练习要点

本日课程知识点概览

包装类重点

集合框架重点

四、拓展阅读

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