深入理解 Java 基本数据类型

深入理解 Java 基本数据类型

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• 数据类型分类
  • 值类型
  • 值类型和引用类型的区别
• 数据转换
  • 自动转换
  • 强制转换
• 装箱和拆箱
  • 包装类、装箱、拆箱
  • 自动装箱、自动拆箱
  • 装箱、拆箱的应用和注意点
• 小结
• 参考资料

数据类型分类

Java 中的数据类型有两类：

• 值类型（又叫内置数据类型，基本数据类型）
• 引用类型（除值类型以外，都是引用类型，包括 String、数组）

值类型

Java 语言提供了 8 种基本类型，大致分为 4 类

• 整数型
  • byte - 8 位。
  • short - 16 位。
  • int - 32 位。
  • long - 64 位，赋值时一般在数字后加上 l 或 L。
• 浮点型
  • float - 32 位，直接赋值时必须在数字后加上 f 或 F。
  • double - 64 位，赋值时一般在数字后加 d 或 D 。
• 字符型
  • char - 16 位，存储 Unicode 码，用单引号赋值。
• 布尔型
  • boolean - 只有 true 和 false 两个取值。

值类型和引用类型的区别

• 从概念方面来说
  • 基本类型：变量名指向具体的数值。
  • 引用类型：变量名指向存数据对象的内存地址。
• 从内存方面来说
  • 基本类型：变量在声明之后，Java 就会立刻分配给他内存空间。
  • 引用类型：它以特殊的方式（类似 C 指针）向对象实体（具体的值），这类变量声明时不会分配内存，只是存储了一个内存地址。
• 从使用方面来说
  • 基本类型：使用时需要赋具体值,判断时使用 == 号。
  • 引用类型：使用时可以赋 null，判断时使用 equals 方法。

? 扩展阅读：Java 基本数据类型和引用类型 这篇文章对于基本数据类型和引用类型的内存存储讲述比较生动。

数据转换

Java 中，数据类型转换有两种方式：

• 自动换行
• 强制转换

自动转换

一般情况下，定义了某数据类型的变量，就不能再随意转换。但是 JAVA 允许用户对基本类型做有限度的类型转换。

如果符合以下条件，则 JAVA 将会自动做类型转换：

• 由小数据转换为大数据 显而易见的是，“小”数据类型的数值表示范围小于“大”数据类型的数值表示范围，即精度小于“大”数据类型。 所以，如果“大”数据向“小”数据转换，会丢失数据精度。比如：long 转为 int，则超出 int 表示范围的数据将会丢失，导致结果的不确定性。 反之，“小”数据向“大”数据转换，则不会存在数据丢失情况。由于这个原因，这种类型转换也称为扩大转换。 这些类型由“小”到“大”分别为：(byte，short，char) < int < long < float < double。 这里我们所说的“大”与“小”，并不是指占用字节的多少，而是指表示值的范围的大小。
• 转换前后的数据类型要兼容 由于 boolean 类型只能存放 true 或 false，这与整数或字符是不兼容的，因此不可以做类型转换。
• 整型类型和浮点型进行计算后，结果会转为浮点类型

示例：

long x = 30;
float y = 14.3f;
System.out.println("x/y = " + x/y);

输出：

x/y = 1.9607843

可见 long 虽然精度大于 float 类型，但是结果为浮点数类型。

强制转换

在不符合自动转换条件时或者根据用户的需要，可以对数据类型做强制的转换。

强制转换使用括号 () 。

引用类型也可以使用强制转换。

示例：

float f = 25.5f;
int x = (int)f;
System.out.println("x = " + x);

装箱和拆箱

包装类、装箱、拆箱

Java 中为每一种基本数据类型提供了相应的包装类，如下：

Byte <-> byte
Short <-> short
Integer <-> int
Long <-> long
Float <-> float
Double <-> double
Character <-> char
Boolean <-> boolean

引入包装类的目的就是：提供一种机制，使得基本数据类型可以与引用类型互相转换。

基本数据类型与包装类的转换被称为装箱和拆箱。

• 装箱（boxing）是将值类型转换为引用类型。例如：int 转 Integer
  • 装箱过程是通过调用包装类的 valueOf 方法实现的。
• 拆箱（unboxing）是将引用类型转换为值类型。例如：Integer 转 int
  • 拆箱过程是通过调用包装类的 xxxValue 方法实现的。（xxx 代表对应的基本数据类型）。

自动装箱、自动拆箱

基本数据（Primitive）型的自动装箱（boxing）拆箱（unboxing）自 JDK 5 开始提供的功能。

JDK 5 之前的形式：

Integer i1 = new Integer(10); // 非自动装箱

JDK 5 之后：

Integer i2 = 10; // 自动装箱

Java 对于自动装箱和拆箱的设计，依赖于一种叫做享元模式的设计模式（有兴趣的朋友可以去了解一下源码，这里不对设计模式展开详述）。

? 扩展阅读：深入剖析 Java 中的装箱和拆箱 结合示例，一步步阐述装箱和拆箱原理。

装箱、拆箱的应用和注意点

装箱、拆箱应用场景

• 一种最普通的场景是：调用一个含类型为 Object 参数的方法，该 Object 可支持任意类型（因为 Object 是所有类的父类），以便通用。当你需要将一个值类型（如 int）传入时，需要使用 Integer 装箱。
• 另一种用法是：一个非泛型的容器，同样是为了保证通用，而将元素类型定义为 Object。于是，要将值类型数据加入容器时，需要装箱。
• 当 == 运算符的两个操作，一个操作数是包装类，另一个操作数是表达式（即包含算术运算）则比较的是数值（即会触发自动拆箱的过程）。

示例：

Integer i1 = 10; // 自动装箱
Integer i2 = new Integer(10); // 非自动装箱
Integer i3 = Integer.valueOf(10); // 非自动装箱
int i4 = new Integer(10); // 自动拆箱
int i5 = i2.intValue(); // 非自动拆箱
System.out.println("i1 = [" + i1 + "]");
System.out.println("i2 = [" + i2 + "]");
System.out.println("i3 = [" + i3 + "]");
System.out.println("i4 = [" + i4 + "]");
System.out.println("i5 = [" + i5 + "]");
System.out.println("i1 == i2 is [" + (i1 == i2) + "]");
System.out.println("i1 == i4 is [" + (i1 == i4) + "]"); // 自动拆箱
// Output:
// i1 = [10]
// i2 = [10]
// i3 = [10]
// i4 = [10]
// i5 = [10]
// i1 == i2 is [false]
// i1 == i4 is [true]

示例说明： 上面的例子，虽然简单，但却隐藏了自动装箱、拆箱和非自动装箱、拆箱的应用。从例子中可以看到，明明所有变量都初始化为数值 10 了，但为何会出现 i1 == i2 is [false 而 i1 == i4 is [true] ？ 原因在于：

• i1、i2 都是包装类，使用 == 时，Java 将它们当做两个对象，而非两个 int 值来比较，所以两个对象自然是不相等的。正确的比较操作应该使用 equals 方法。
• i1 是包装类，i4 是基础数据类型，使用 == 时，Java 会将两个 i1 这个包装类对象自动拆箱为一个 int 值，再代入到 == 运算表达式中计算；最终，相当于两个 int 进行比较，由于值相同，所以结果相等。

装箱、拆箱应用注意点

1. 装箱操作会创建对象，频繁的装箱操作会造成不必要的内存消耗，影响性能。所以应该尽量避免装箱。
2. 基础数据类型的比较操作使用 ==，包装类的比较操作使用 equals 方法。

小结

（1）Java 中的数据类型有两类：

• 值类型（byte、short、int、long、float、double、char、boolean）
• 引用类型（除值类型以外，都是引用类型，包括 String、数组）

（2）Java 中，数据类型转换有两种方式：

• 自动换行
• 强制转换

强制转换使用括号 () 。

基础数据类型可以自动转换，转换原则如下：

• 由小数据转换为大数据
• 转换前后的数据类型要兼容
• 整型类型和浮点型进行计算后，结果会转为浮点类型

（3）包装类有如下种类：

Byte <-> byte
Short <-> short
Integer <-> int
Long <-> long
Float <-> float
Double <-> double
Character <-> char
Boolean <-> boolean

（4）什么是装箱、拆箱

• 装箱（boxing）是将值类型转换为引用类型。例如：int 转 Integer
  • 装箱过程是通过调用包装类的 valueOf 方法实现的。
• 拆箱（unboxing）是将引用类型转换为值类型。例如：Integer 转 int
  • 拆箱过程是通过调用包装类的 xxxValue 方法实现的。（xxx 代表对应的基本数据类型）。

（5）装箱、拆箱的应用场景

• 含类型为 Object 参数的方法
• 非泛型的容器
• 当 == 运算符的两个操作，一个操作数是包装类，另一个操作数是表达式（即包含算术运算）则比较的是数值（即会触发自动拆箱的过程）。

（6）装箱、拆箱的应用注意点

• 装箱操作会创建对象，频繁的装箱操作会造成不必要的内存消耗，影响性能。所以应该尽量避免装箱。
• 基础数据类型的比较操作使用 ==，包装类的比较操作使用 equals 方法。

参考资料

• Java 基本数据类型和引用类型
• 深入剖析 Java 中的装箱和拆箱