01. Java 中的数据类型

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数据类型

Java 是一门强语言，语言的数据类型分为：八种基本类型和三种引用类型(数组, class, interface)。在声明变量或常量时必须指定数据类型。

整数类型

Java 中整数类型都是有符号型。
整型分为int(默认), byte、short、int 和 long 四种类型，它们之间的区别仅仅是宽度和范围的不同。

  • byte 的范围 1 字节 -128 到 127
  • short 的范围 2 字节 -32768 到 32767
  • int 的范围 4 字节 -2147483648 到 2147483647(约 21 亿)
  • long 的范围 8 字节 -9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807

为方便查看数值类型的最大和最小值, Java 提供了对应了静态成员变量。例如 Integer.MAX_VALUE 和 Integer.MIN_VALUE。

实型(小数类型 / 浮点型)

存储格式
浮点格式采用 阶码 + 尾码 的方式。

  • 浮点型常量后面加后缀修饰，Float 类型以 F/f 结尾，double 类型以 D/d 结尾。
  • 如果浮点常量不带后缀，则默认为双精度常量

二进制中为表示小数，也采用类似的科学表示法，形如 m×(2^e)。m 称为尾数，e 称为指数。指数可以为正，也可以为负，负的指数表示那些接近 0 的比较小的数。在二进制中，单独表示尾数部分和指数部分，另外还有一个符号位表示正负。几乎所有的硬件和编程语言表示小数的二进制格式都是一样的。这种格式是一个标准，叫做 IEEE 754 标准，它定义了两种格式：一种是32位的，对应于 Java 的 float；另一种是 64 位的，对应于 Java 的 double。

32 位格式中，1 位表示符号，23 位表示尾数，8 位表示指数。
64 位格式中，1 位表示符号，52 位表示尾数，11 位表示指数。

在两种格式中，除了表示正常的数，标准还规定了一些特殊的二进制形式表示一些特殊的值，比如负无穷、正无穷、0、NaN（非数值，比如 0 乘以无穷大）。IEEE 754 标准有一些复杂的细节，初次看上去难以理解，但也不常用。

1、Float：比特数为 32，数值范围为 -3.4E+38 ~ 3.4E+38
2、Double：比特数为 64，数值范围为 -1.7E-308～1.7E+308

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// 三者都是一回事
double d = 1.23; // 浮点型常量默认为 double 类型
double d = 1.23d;
double d = 1.23D;

无论是使用 float 还是 double，进行运算时都会出现一些非常令人困惑的现象，比如 0.1f * 0.1的结果看上去应该是 0.01，但实际上，屏幕输出却是 0.010000001，后面多了个 1。

二进制是类似的，但二进制只能表示那些可以表述为 2 的多少次方和的数。为什么计算机中不能用我们熟悉的十进制呢？在最底层，计算机使用的电子元器件只能表示两个状态，通常是低压和高压，对应 0 和 1，使用二进制容易基于这些电子元器件构建硬件设备和进行运算。如果非要使用十进制，则这些硬件就会复杂很多，并且效率低下。
计算不精确，怎么办呢？大部分情况下，我们不需要那么高的精度，可以四舍五入，或者在输出的时候只保留固定个数的小数位。如果真的需要比较高的精度，一种方法是将小数转化为整数进行运算，运算结束后再转化为小数；另一种方法是使用十进制的数据类型，这个并没有统一的规范。在 Java 中是 BigDecimal，运算更准确，但效率比较低。

数字表示方式

不同的进制数

Java中对整型数据的表示有以下三种形式：

  • 二进制：数据以 0b 或 0B 开头(jdk 1.7新增)。
  • 八进制：数据以 0 开头，例如：054，012
  • 十六进制：数据以 0x 或 0X 开头，例如：0x11，0xAD00

二进制写起来太长，为了简化写法，可以将 4 个二进制位简化为一个 0～15 的数， 10～15 用字符 A～F 表示，这种表示方法称为十六进制。

指数表示

进行数学计算时往往会用到指数表示的数值。如果采用十进制表示指数，需要使用大写或小写的 e 表示幂。

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System.out.println(1e2);// 100.0
System.out.println(1e+2);// 100.0
System.out.println(1e-2);// 0.01
System.out.println(1E+1);// 10.0

在使用十六进制数的时候也是可以使用科学计数法，只是此种用法用得不多

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// 表示十六进制12 乘以 (2 的 2次方) = 18 * 4 = 72
System.out.println(0x12P2);

在 Java SE 7 中，还支持以下划线作为分隔符联接的数值表示方式，但是下划线不能放在首尾的位置

输出样例

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System.out.println(123_456);
System.out.println(0B1111_1111);
System.out.println(3.141_592F);

字符类型

Java中 char 声明字符类型，且必须用单引号括起来的单个字符。这个字符可以是中文字符，也可以是英文字符。赋值时把常量字符用单引号括起来。

在 Java 内部进行字符处理时，采用的都是 Unicode，具体编码格式是 UTF-16BE。简单回顾一下，UTF-16 使用 2 个或 4 个字节表示一个字符，Unicode 编号范围在\u0000（即为 0）到 \uffff（即为 65535），占两个字节。超出范围的占 4 个字节，BE 就是先输出高位字节，再输出低位字节，这与整数的内存表示是一致的。

char 本质上是一个固定占用两个字节的无符号正整数，这个正整数对应于 Unicode 编号，用于表示那个 Unicode 编号对应的字符。由于固定占用两个字节，char 只能表示 Unicode 编号在 65536 以内的字符，而不能表示超出范围的字符。那超出范围的字符怎么表示呢？使用两个 char。

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// 将输出汉字 𠮷
System.out.println("\uD842\uDFB7");

*字符
在 Java 中，为了表示一些特殊字符，前面要加上反斜杠（\），这称为字符转义。

特殊字符
\u3000 表示一个中文空格。 ‘A’ 字符也可以用 Unicode 编码 ‘\u0041’ 表示。

char 的赋值形式：

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// 赋值的时候是按当前的编码解读方式，将这个字符形式对应的 Unicode 编号值赋给变量
char c = '蕾';
System.out.println(c);

// 赋值方式是按 Unicode 字符形式
c = '\u857e';
System.out.println(c);

// Unicode 编号的十六进制表示
c = 0x857e;
System.out.println(c);

// Unicode 编号的十进制表示
c = 34174;
System.out.println(c);

// Unicode 编号的二进制表示
c = 0b10000101_01111110;
System.out.println(c);

char 的加减运算

按其 Unicode 编号进行运算，一般对字符做加减运算没什么意义，但 ASCII 码字符是有意义的。比如大小写转换，大写 0～9 的编号是 48～57，A～Z 的编号是 65～90，小写 a～z 的编号是 97～122，正好相差 32，所以大写转小写只需加 32，而小写转大写只需减 32。加减运算的另一个应用是加密和解密，将字符进行某种可逆的数学运算可以做加解密。

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// 字符 转 int 属于自动升位，不需要强转
int c = 'a';
// 输出'A'
System.out.println((char)(c - 32));

布尔类型

在 Java 语言中声明布尔类型的关键字是 boolean，只有两个值：true 和 false。

各取值范围

变量

变量和常量是构成表达式的重要部分，变量所代表的内部是可以被修改的。

  • 一定要注意变量属于哪个类型和它的取值范围。
  • 强制类型转换(小能默认转大，大转小要用强转)。
  • 强转可以取某个实数的整数部分(int a = (int)12.34)。

方法内局部变量(自动变量)

  • 局部变量只定义在局部范围内，如：方法内，语句内等。
  • 局部变量存在于栈内存中。
  • 作用的范围结束，变量空间会自动释放。
  • 局部变量没有默认初始化值。
  • 在方法体内可以定义本方法所使用的变量，这种变量是局部变量，它的生存期与作用域是在本方法内。
  • 方法体内定义变量时，变量前不能加修饰符
  • 局部变量在使用前必须明确赋值，因为它没有默认值，否则编译时会出错。
  • 在语句块中定义的变量它只在语句块中有效；
  • 方法参数:作用域是整个方法。
  • 异常处理参数: catch 跟随的异常处理块。

非静态成员变量

  • 定义在类中，在整个类中都可以被访问。
  • 成员变量随着对象的建立而建立，存在于对象所在的堆内存中。
  • 成员变量有默认初始化值。

静态成员变量(全局变量/类变量/静态成员变量)

在定义 class 时，作为成员变量且加了 static 关键字。

常量

在 Java 中，常量是一种在程序运行期间其值不会改变的变量。通常用来表示固定的、不可变的数据。

常量可以是整数、浮点数、字符、字符串等数据类型。为了表明一个变量是常量，需要在变量声明时使用 final 关键字。例如：

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final int MAX_COUNT = 100;

在上面的例子中，MAX_COUNT就是一个常量，它的值被设定为 100，并且在程序运行过程中不能被修改。

常量的使用可以提高代码的可读性和可维护性，因为它们清晰地表明了一些固定的值，而且在需要更改这些值时也更容易进行管理。

字面量

字面量是指在编程语言中直接表示值的表达式。它是一个固定的值，不需要计算或解析。

在 Java 中，字面量可以是各种数据类型的具体值，比如整数字面量（如 123）、浮点数字面量（如 3.14）、字符字面量（如 ‘A’）、字符串字面量（如 “Hello, World!”）等。

数值类型相互转换

自动类型转换

自动类型转换就是需要类型之间转换是自动的，不需要采取其他手段，总的原则是小范围数据类型可以自动转换为大范围数据类型，列类型转换顺序如图所示，从左到右是自动。

注意　如图所示，char 类型比较特殊，char 自动转换为 int、long、float 和 double，但 byte 和 short 不能自动转换为 char，而且 char 也不能自动转换为 byte 或 short。

强制类型转换

在数值类型转换过程中，除了需要自动类型转换外，有时还需要强制类型转换，强制类型转换是在变量或常量之前加上“(目标类型)”实现。

参考