Java基本数据类型

Java语言是静态类型的(statical typed),也就是说所有变量和表达式的类型再编译时就已经完全确定。由于是statical typed,导致Java语言也是强类型(Strong typed)的。强类型意味着每个变量都具有一种类型,每个表达式具有一种类型,并且每种类型都是严格定义的,类型限制了变量可以hold哪些值,表达式最终产生什么值。同时限制了这些值可以进行的操作类型以及操作的具体方式。所有的赋值操作,无论是显式的还是在方法调用中通过参数传递,都要进行类型兼容性检查。

1. 数据类型:

在java源代码中,每个变量都必须声明一种类型(type)。有两种类型:primitive type和reference type。引用类型引用对象(reference to object),而基本类型直接包含值(directly contain value)。因此,Java数据类型(type)可以分为两大类:基本类型(primitive types)和引用类型(reference types)。primitive types 包括boolean类型以及数值类型(numeric types)。numeric types又分为整型(integer types)和浮点型(floating-point type)。整型有5种:byte short int long char(char本质上是一种特殊的int)。浮点类型有float和double。关系整理一下如下图:

对象是动态创建的类实例或者动态创建的数组。The value of reference types are references to objects,而引用一般是指内存地址。所有的对象(包括数组)支持Object类中定义的方法。String literals are presented by String object.

java有两种类型(type),与之相对应的是两种数据的值(two kinds of data values that can be stored in variable, pass as arguments and returned by methods),这两只data values是:primitive values,reference values。也许这么理解起来更方便(虽然不严谨),Java变量有两种:primitive variable和reference variable,在变量中,它们分别存储primitive value和reference value。

null是一种特殊的type,但是你不能声明一个变量为null类型,null type的唯一取值就是null。null可以负值给任意的引用类型或者转化成任意的引用类型。在实践中,一般把null当做字面值(literal),这个字面值可是是任意的引用类型。

2. 基本类型:

Java为基本类型提供语言级别的支持,即已经在Java中预定义,用相应的保留关键字表示。基本类型是单个值,而不是复杂的对象,基本类型不是面向对象的,主要出去效率方面的考虑,但是同时也提供基本类型的对象版本,即基本类型的包装器(wrapper)。可以直接使用这些基本类型,也可以使用基本类型构造数组或者其他自定义类型。基本类型具有明确的取值范围和数学行为。

2.1 整型

整型有byte short int long char,分别用8、16、32、64、16bits表示。有些地方可能不会把char列入整型范畴,但本质上char类型是int的一个子集。整型的宽度不应该被看成整数所占用的内存空间大小,而应当理解成定义为整型的变量或者表达式的行为。JVM可以自由使用它们希望的、任何大小的内存空间,只要类型的行为符合规范。byte short int long都是有符号的,用2的补码(two‘s-complement)表示。而char用16位表示,它是无符号的,表示的是UTF-16编码集。

2.1.1 byte

byte由1个字节8位表示,是最小的整数类型。主要用于节省内存空间关键。当操作来自网络、文件或者其他IO的数据流时,byte类型特别有用。取值范围为:[-128, 127]. byte的默认值为(byte)0,如果我们试图将取值范围外的值赋给byte类型变量,则会出现编译错误,例如 byte b = 128;这个语句是无法通过编译的。一个有趣的问题,如果我们有个方法: public void test(byte b)。试图这么调用这个方法是错误的: test(0); 编译器会报错,类型不兼容!!!我们记得byte b =0;这是完全没有问题的,为什么在这里就出错啦?

这里涉及到一个叫字面值(literal)的问题,字面值就是表面上的值,例如整型字面值在源代码中就是诸如 5 , 0, -200这样的。如果整型子面子后面加上L或者l,则这个字面值就是long类型,比如:1000L代表一个long类型的值。如果不加L或者l,则为int类型。基本类型当中的byte short int long都可以通过不加L的整型字面值(我们就称作int字面值吧)来创建,例如 byte b = 100; short s = 5;对于long类型,如果大小超出int所能表示的范围(32 bits),则必须使用L结尾来表示。整型字面值可以有不同的表示方式:16进制【0X or 0x】、10进制【nothing】、八进制【0】2进制【0B or 0b】等,二进制字面值是JDK 7以后才有的功能。在赋值操作中,int字面值可以赋给byte short int long,Java语言会自动处理好这个过程。如果方法调用时不一样,调用test(0)的时候,它能匹配的方法是test(int),当然不能匹配test(byte)方法,至于为什么Java没有像支持赋值操作那样支持方法调用,不得而知。注意区别包装器与原始类型的自动转换(anto-boxing,auto-unboxing)。byte d = A;也是合法的,字符字面值可以自动转换成16位的整数。

更多关于字面值的介绍,参考oracle文档()。

对byte类型进行数学运算时,会自动提升为int类型,如果表达式中有double或者float等类型,也是自动提升。所以下面的代码是错误的:

<span style="font-family:Microsoft YaHei;font-size:14px;"><span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;">byte t s1 = 100;
byte s2 = a;
byte sum = s1 + s2;//should cast by (byte)</span></span></span>

2.1.2 short

用16为表示,取值范围为:[- 2^15, 2^15 - 1]。short可能是最不常用的类型了。可以通过整型字面值或者字符字面值赋值,前提是不超出范围(16 bit)。short类型参与运算的时候,一样被提升为int或者更高的类型。(顺序为 byte short int long float double).

2.1.3 int

32 bits, [- 2^31, 2^31 - 1].有符号的二进制补码表示的整数。常用语控制循环,注意byte 和 short在运算中会被提升为int类型或更高。Java 8以后,可以使用int类型表示无符号32位整数[ 0, 2^31 - 1]。

2.1.4 long

64 bits, [- 2^63, 2^63 - 1,默认值为0L].当需要计算非常大的数时,如果int不足以容纳大小,可以使用long类型。如果long也不够,可以使用BigInteger类。

2.1.5 char

16 bits, [0, 65535], [0, 2^16 -1],从u0000到uffff。无符号,默认值为u0000。Java使用Unicode字符集表示字符,Unicode是完全国际化的字符集,可以表示全部人类语言中的字符。Unicode需要16位宽,所以Java中的char类型也使用16 bit表示。 赋值可能是这样的:

char ch1 = 88;

char ch2 = A;

ASCII字符集占用了Unicode的前127个值。之所以把char归入整型,是因为Java为char提供算术运算支持,例如可以ch2++;之后ch2就变成Y。当char进行加减乘除运算的时候,也被转换成int类型,必须显式转化回来。

2.2 浮点类型

包含单精度的float和双精度的double,分别用32、64bits表示,遵循IEEE 754规范。

2.2.1 float

使用32 bit表示,对应单精度浮点数,运行速度相比double更快,占内存更小,但是当数值非常大或者非常小的时候会变得不精确。精度要求不高的时候可以使用float类型,声明赋值示例:

<span style="font-family:Microsoft YaHei;font-size:14px;"><span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;">float f1 =10;
f1 = 10L;
f1 = 10.0f;
//f1 = 10.0;默认为double</span></span></span>
可以将byte、short、int、long、char赋给float类型,java自动完成转换。

2.2.2 double

64为表示,将浮点子面子赋给某个变量时,如果不显示在字面值后面加f或者F,则默认为double类型。java.lang.Math中的函数都采用double类型。

如果double和float都无法达到想要的精度,可以使用BigDecimal类。

2.3 boolean类型

boolean类型只有两个值true和false,默认为false。boolean与是否为0没有任何关系,但是可以根据想要的逻辑进行转换。许多地方都需要用到boolean类型。

3. 字面值

在Java源代码中,字面值用于表示固定的值(fixed value)。数值型的字面值是最常见的,字符串字面值可以算是一种,当然也可以把特殊的null当做字面值。字面值大体上可以分为整型字面值、浮点字面值、字符和字符串字面值、特殊字面值。

3.1. 整型字面值

从形式上看是整数的字面值归类为整型字面值。例如: 10, 100000L, B、0XFF这些都可以称为字面值。整型字面值可以用十进制、16、8、2进制来表示。十进制很简单,2、8、16进制的表示分别在最前面加上0B(0b)、0、0X(0x)即可,当然基数不能超出进制的范围,比如09是不合法的,八进制的基数只能到7。一般情况下,字面值创建的是int类型,但是int字面值可以赋值给byte short char long int,只要字面值在目标范围以内,Java会自动完成转换,如果试图将超出范围的字面值赋给某一类型(比如把128赋给byte类型),编译通不过。而如果想创建一个int类型无法表示的long类型,则需要在字面值最后面加上L或者l。通常建议使用容易区分的L。所以整型字面值包括int字面值和long字面值两种。

3.2. 浮点字面值

浮点字面值简单的理解可以理解为小数。分为float字面值和double字面值,如果在小数后面加上F或者f,则表示这是个float字面值,如11.8F。如果小数后面不加F(f),如10.4。或者小数后面加上D(d),则表示这是个double字面值。另外,浮点字面值支持科学技术法表示。下面是一些例子:

<span style="font-family:Microsoft YaHei;font-size:14px;">double d1 = 10;
double d2  = 11.4;
double d3 = 1.23E3;
double d4 = 10D;
double d5 = 0.4D;
float f1 = 10;
float f2 = 11.1F;
float f3 = 1.23e-4F;
float f4 = 1.23E0F;</span>

3.3 字符及字符串字面值

Java中字符字面值用单引号括起来,如‘@’‘1’。所有的UTF-16字符集都包含在字符字面值中。不能直接输入的字符,可以使用转义字符,如‘ ’为换行字符。也可以使用八进制或者十六进制表示字符,八进制使用反斜杠加3位数字表示,例如141表示字母a。十六进制使用u加上4为十六进制的数表示,如u0061表示字符a。也就是说,通过使用转义字符,可以表示键盘上的有的或者没有的所有字符。常见的转义字符序列有:

ddd(八进制) 、 uxxxx(十六进制Unicode字符)、(单引号)、"(双引号)、\ (反斜杠) (回车符) (换行符) f(换页符) (制表符) (回格符)

字符串字面值则使用双引号,字符串字面值中同样可以包含字符字面值中的转义字符序列。字符串必须位于同一行或者使用+运算符,因为java没有续行转义序列。

3.4 特殊字面值

null是一种特殊的类型(type),可以将它赋给任何引用类型变量,表示这个变量不引用任何东西。如果一个引用类型变量为null,表示这个变量不可用。

还有一种特殊的class literal,用type name加上.class表示,例如String.class。首先,String是类Class(java.lang.Class)的一个实例(对象),而"This is a string"是类String的一个对象。然后,class literal用于表示类Class的一个对象,比如String.class用于表示类Class的对象String。简单地说,类子面子(class literal)就是诸如String.class 、Integer.class这样的字面值,它所表示的就是累String、类Integer。如果输出Integer.class,你会得到class java.lang.Integer。List.class的输出为interface java.util.List。总之,class literal用于表示类型本身!

3.5 在数值型字面值中使用下划线。

JDK7开始,可以在数值型字面值(包括整型字面值和浮点字面值)插入一个或者多个下划线。但是下划线只能用于分隔数字,不能分隔字符与字符,也不能分隔字符与数字。例如 int x = 123_456_789.在编译的时候,下划线会自动去掉。可以连续使用下划线,比如float f = 1.22___33__44.二进制或者十六进制的字面值也可以使用下划线,记住一点,下划线只能用于数字与数字之间,初次以外都是非法的。例如1._23是非法的,_123、11000_L都是非法的。

4. 基本类型之间的转换

我们看到,将一种类型的值赋给另一种类型是很常见的。在Java中,boolean类型与所有其他7种类型都不能进行转换,这一点很明确。对于其他7中数值类型,它们之间都可以进行转换,但是可能会存在精度损失或者其他一些变化。转换分为自动转换和强制转换。对于自动转换(隐式),无需任何操作,而强制类型转换需要显式转换,即使用转换操作符(type)。首先将7种类型按下面顺序排列一下:

byte <(short=char)< int < long < float < double

如果从小转换到大,可以自动完成,而从大到小,必须强制转换。short和char两种相同类型也必须强制转换。

4.1 自动转换

自动转换时发生扩宽(widening conversion)。因为较大的类型(如int)要保存较小的类型(如byte),内存总是足够的,不需要强制转换。如果将字面值保存到byte、short、char、long的时候,也会自动进行类型转换。注意区别,此时从int(没有带L的整型字面值为int)到byte/short/char也是自动完成的,虽然它们都比int小。在自动类型转化中,除了以下几种情况可能会导致精度损失以外,其他的转换都不能出现精度损失。

》int--> float

》long--> float

》long--> double

》float -->double without strictfp

除了可能的精度损失外,自动转换不会出现任何运行时(run-time)异常。

4.2 强制类型转换

如果要把大的转成小的,或者在short与char之间进行转换,就必须强制转换,也被称作缩小转换(narrowing conversion),因为必须显式地使数值更小以适应目标类型。强制转换采用转换操作符()。严格地说,将byte转为char不属于narrowing conversion),因为从byte到char的过程其实是byte-->int-->char,所以widening和narrowing都有。强制转换除了可能的精度损失外,还可能使模(overall magnitude)发生变化。强制转换格式如下:

(target-type) value

<span style="font-family:Microsoft YaHei;font-size:14px;">int a=257; 
byte b; 
b = (byte)a;//1</span>

如果整数的值超出了byte所能表示的范围,结果将对byte类型的范围取余数。例如a=256超出了byte的[-128,127]的范围,所以将257除以byte的范围(256)取余数得到b=1;需要注意的是,当a=200时,此时除了256取余数应该为-56,而不是200.

将浮点类型赋给整数类型的时候,会发生截尾(truncation)。也就是把小数的部分去掉,只留下整数部分。此时如果整数超出目标类型范围,一样将对目标类型的范围取余数。

7中基本类型转换总结如下图:

4.3 赋值及表达式中的类型转换:

4.3.1 字面值赋值

在使用字面值对整数赋值的过程中,可以将int literal赋值给byte short char int,只要不超出范围。这个过程中的类型转换时自动完成的,但是如果你试图将long literal赋给byte,即使没有超出范围,也必须进行强制类型转换。例如 byte b = 10L;是错的,要进行强制转换。

4.3.2 表达式中的自动类型提升

除了赋值以外,表达式计算过程中也可能发生一些类型转换。在表达式中,类型提升规则如下:

》所有byte/short/char都被提升为int。

》如果有一个操作数为long,整个表达式提升为long。float和double情况也一样。

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