面试准备(四)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（http://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/nutsandbolts/datatypes.html）。

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：

1. <span style="font-family:Microsoft YaHei;font-size:14px;"><span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;">float f1 =10;
2. f1 = 10L;
3. f1 = 10.0f;
4. //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‘\n’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）\r（回车符） \n（换行符） \f（换页符） \t（制表符） \b（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。