01 Java 数据类型和变量

数据类型

在声明变量或常量时会用到数据类型,在前面已经用到一些数据类型,例如 int、double 和 String 等。Java 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)。

整数类型

  • 整型分为 long、int、short 和 byte 四种类型
  • 默认为int, byte、short、int和 long ,它们之间的区别仅仅是宽度和范围的不同。
  • 默认使用 int 就够了, 除非预期会出现大于该数值的情况使用 long 类型。
  • 若存在 int 转 long 类型的情况, 建议添加后缀 L, 而不是使用易和数字 1 混淆的小写字母 l。
  • Java中整数都是有符号

short 的范围 2字节 -32,768 到 32,767
int 4字节 -2,147,483,648 到 2,147,483,647
long 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. Integer.MAX_VALUE(2147483647 21亿4748万) 和 Integer.MIN_VALUE(-2147483648)

整数的存储格式
正数和负数
– 将最高位作为符号位:0表示正数,1表示负数
– 有符号格式、无符号格式的区分

采用定长存储

  • 8 位(1字节): 无符号表示 0 ~ 255 也可以表示为00000000~11111111
  • 16 位(2字节):无符号表示 0 ~ 65535
  • 32 位(4字节):无符号表示 0~4294967295 最大值约为 42 亿

编写程序时应根据所处理数据可能的取值范围合理地选择存储位数

负数的二进制表示就是对应的正数的补码表示。负整数为什么要采用这种奇怪的表示形式呢?原因是,只有这种形式,计算机才能实现正确的加减法。

理解了二进制加减法,我们就能理解为什么正数的运算结果可能出现负数了。当计算结果超出表示范围的时候,最高位往往是1,然后就会被看作负数。比如,127+1。计算结果超出了byte的表示范围,会被看作-128。

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 foat;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,对于日常应用也不常用。

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

// 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

进制数字表示

Java中对整型数据的表示有以下三种形式:
- 二进制:数据以0b0B开头(jdk 1.7新增)。
- 八进制:数据以0开头,例如:054012
- 十六进制:数据以0x0X开头,例如:0x110xAD00

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。

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

// 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

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
  • 必须用单引号括起来的单个字符
  • 双字节国际统一标准 Unicode 编码,占两个字节(16位),因而可用十六进制(无符号的)编码形式表示, 所以'A'字符也可以用 Unicode 编码'\u0041'表示

提示 字符类型也属于是数值类型,可以与int等数值类型进行数学计算或进行转换。这是因为字符类型在计算机中保存的是 Unicode编码,双字节Unicode 的字符范围:\u0000(即为 0)到 \uffff(即为 65,535)

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。

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。

取值范围的总结

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。

char 和 int 的码值对应

a 97 ~ z 122
A 65 ~ Z 90
0 48 ~ 9 57
// 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));

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。

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)

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(类变量)

在定义 class 时,作为成员变量且加了static 关键字。

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.

变量的作用域总结

变量的作用域也称变量的有效范围,它是程序的一个区域,变量在其作用域内可以通过它的名字来引用。作用域也决定系统什么时候为变量创建和清除内存。根据变量在程序声明的位置,可以将变量分为4类情形。

  • 成员变量 / 类变量(静态成员变量)
    成员变量可添加修饰符,包括访问权限修饰符publicprivateprotected和非访问权限修饰符staticfinalnative等。
  • 如果没有给对象属性赋初值,则对象属性的初始值由相应数据类型的默认值决定,如数值型数据的默认值为0,boolean的默认值为 false,字符串的默认值为 null。成员变量的作用域是在类的范围。

成员变量和静态成员变量(类变量)的区别

  1. 两个变量的生命周期不同。   
    成员变量随着对象的创建而存在,随着对象的被回收而释放。   
    静态变量随着类的加载而存在,随着类的消失而消失。
  2. 调用方式不同。
  • 成员变量只能被对象调用。
  • 静态变量可以被对象调用,还可以被类名调用。
  1. 数据存储位置不同。
  • 成员变量数据存储在堆内存的对象中,所以也叫对象的特有数据
  • 静态变量数据存储在方法区(共享数据区)的静态区,所以也叫对象的共享数据.

常量

常量事实上是那些内容不能被修改的变量,常量与变量类似也需要初始化,即在声明常量的同时要赋予一个初始值。常量一旦初始化就不可以被修改。它的声明格式为:final 数据类型 变量名 = 初始值;

常量和变量的命名规范

Java 编码规范命名方法采用驼峰法,下面分类说明一下。

  • 包名:包名是全小写字母,中间可以由点分隔开。作为命名空间,包名应该具有唯一性,推荐采用公司或组织域名的倒置,如com.apple.quicktime.v2。但Java核心库包名不采用域名的倒置命名,如java.awt.event。
  • 类和接口名:采用大驼峰法,如 SplitViewController。
  • 文件名:采用大驼峰法,如 BlockOperation.java。
  • 变量:采用小驼峰法,如 studentNumber。
  • 常量名:全大写,如果是由多个单词构成,可以用下划线隔开,如 YEAR 和WEEK_OF_MONTH。
  • 方法名:采用小驼峰法,如 balanceAccount、isButtonPressed 等。

参考

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