Java 数据类型

1. 基本数据类型

基本数据类型是 Java 语言操作数据的基础，包括 boolean、char、byte、short、int、long、float 和 double，共 8 种。

2. 引用数据类型

除了基本数据类型以外的类型，都是所谓的引用类型。常见的有数组、class（也就是类），以及接口（指向的是实现接口的类的对象）。

变量可以分为局部变量、成员变量、静态变量。

当变量是局部变量的时候，必须得先初始化，否则编译器不允许你使用它。

当变量是成员变量或者静态变量时，可以不进行初始化，它们会有一个默认值，仍然以 int 为例，来看代码：

public class LocalVar {
    private int a;
    static int b;

    public static void main(String[] args) {
        LocalVar lv = new LocalVar();
        System.out.println(lv.a);
        System.out.println(b);
    }
}

来看输出结果：

0
0

瞧见没，int 作为成员变量时或者静态变量时的默认值是 0。那不同的基本数据类型，是有不同的默认值和占用大小的，来个表格感受下。

数据类型	默认值	大小
boolean	false	不确定
char	‘\u0000’	2 字节
byte	0	1 字节
short	0	2 字节
int	0	4 字节
long	0L	8 字节
float	0.0f	4 字节
double	0.0	8 字节

比特和字节

1. bit（比特）

比特作为信息技术的最基本存储单位，非常小，它的简写为小写字母“b”。

计算机是以二进制存储数据的，二进制的一位，就是 1 比特，也就是说，比特要么为 0 要么为 1。

1. Byte（字节）

通常来说，一个英文字符是一个字节，一个中文字符是两个字节。字节与比特的换算关系是：1 字节 = 8 比特。

在往上的单位就是 KB，并不是 1000 字节，因为计算机只认识二进制，因此是 2 的 10 次方，也就是 1024 个字节。

基本数据类型

布尔

布尔（boolean）仅用于存储两个值：true 和 false，也就是真和假，通常用于条件的判断。代码示例：

boolean hasMoney = true;
boolean hasGirlFriend = false;

根据 Java 语言规范，boolean 类型只有两个值 true 和 false，但在语言层面，Java 没有明确规定 boolean 类型的大小。

byte

一个字节可以表示 2^8 = 256 个不同的值。由于 byte 是有符号的，它的值可以是负数或正数，其取值范围是 -128 到 127（包括 -128 和 127）。

在网络传输、大文件读写时，为了节省空间，常用字节来作为数据的传输方式。代码示例：

byte b; // 声明一个 byte 类型变量
b = 10; // 将值 10 赋给变量 b
byte c = -100; // 声明并初始化一个 byte 类型变量 c，赋值为 -100

short

short 的取值范围在 -32,768 和 32,767 之间，包含 32,767。代码示例：

short s; // 声明一个 short 类型变量
s = 1000; // 将值 1000 赋给变量 s
short t = -2000; // 声明并初始化一个 short 类型变量 t，赋值为 -2000

实际开发中，short 比较少用，整型用 int 就 OK。

int

nt 的取值范围在 -2,147,483,648（-2 ^ 31）和 2,147,483,647（2 ^ 31 -1）（含）之间。如果没有特殊需求，整型数据就用 int。代码示例：

int i; // 声明一个 int 类型变量
i = 1000000; // 将值 1000000 赋给变量 i
int j = -2000000; // 声明并初始化一个 int 类型变量 j，赋值为 -2000000

为什么 32 位的有符号整数的取值范围是从 -2^31 到 2^31 - 1 呢？

这是因为其中一位用于表示符号（正或负），剩下的 31 位用于表示数值，这意味着其范围是 -2,147,483,648（即 -2^31）到 2,147,483,647（即 2^31 - 1）。

在二进制系统中，每个位（bit）可以表示两个状态，通常是 0 和 1。对于 32 位得正二进制数，除去符号位，从右到左的每一位分别代表 2^0, 2^1, 2^2, …, 2^30，这个二进制数转换为十进制就是 2^0 + 2^1 + 2^2 + … + 2^30，也就是 2,147,483,647。

long

long 的取值范围在 -9,223,372,036,854,775,808(-2^63) 和 9,223,372,036,854,775,807(2^63 -1)（含）之间。如果 int 存储不下，就用 long。代码示例：

long l; // 声明一个 long 类型变量
l = 100000000000L; // 将值 100000000000L 赋给变量 l（注意要加上 L 后缀）
long m = -20000000000L; // 声明并初始化一个 long 类型变量 m，赋值为 -20000000000L

为了和 int 作区分，long 型变量在声明的时候，末尾要带上大写的“L”。不用小写的“l”，是因为小写的“l”容易和数字“1”混淆。

float

float 是单精度的浮点数（单精度浮点数的有效数字大约为 6 到 7 位），32 位（4 字节），遵循 IEEE 754（二进制浮点数算术标准），取值范围为 1.4E-45 到 3.4E+38。float 不适合用于精确的数值，比如说金额。代码示例：

float f; // 声明一个 float 类型变量
f = 3.14159f; // 将值 3.14159f 赋给变量 f（注意要加上 f 后缀）
float g = -2.71828f; // 声明并初始化一个 float 类型变量 g，赋值为 -2.71828f

为了和 double 作区分，float 型变量在声明的时候，末尾要带上小写的“f”。不需要使用大写的“F”，是因为小写的“f”很容易辨别。

double

double 是双精度浮点数（双精度浮点数的有效数字大约为 15 到 17 位），占 64 位（8 字节），也遵循 IEEE 754 标准，取值范围大约 ±4.9E-324 到 ±1.7976931348623157E308。double 同样不适合用于精确的数值，比如说金额。

double myDouble = 3.141592653589793;

在进行金融计算或需要精确小数计算的场景中，可以使用 BigDecimal 类来避免浮点数舍入误差。BigDecimal 可以表示一个任意大小且精度完全准确的浮点数。

在实际开发中，如果不是特别大的金额（精确到 0.01 元，也就是一分钱），一般建议乘以 100 转成整型进行处理。

char

char 用于表示 Unicode 字符，占 16 位（2 字节）的存储空间，取值范围为 0 到 65,535。

代码示例：

char letterA = 'A'; // 用英文的单引号包裹住。

注意，字符字面量应该用单引号（‘’）包围，而不是双引号（“”），因为双引号表示字符串字面量。

int 和 char 类型互转

int 和 char 之间比较特殊，可以互转。

可以通过强制类型转换将整型 int 转换为字符 char。

int value_int = 65;
char value_char  = (char) value_int;
System.out.println(value_char);

输出 A(其 ASCII 值可以通过整数 65 来表示)。

可以使用 Character.forDigit() 方法将整型 int 转换为字符 char，参数 radix 为基数，十进制为 10，十六进制为 16。

int radix = 10;
int value_int = 6;
char value_char = Character.forDigit(value_int , radix);
System.out.println(value_char );

可以使用 int 的包装器类型 Integer 的 toString() 方法+String 的 charAt() 方法转成 char。

int value_int = 1;
char value_char = Integer.toString(value_int).charAt(0);
System.out.println(value_char );

char 转 int

如果只是简单的 char 转 int，因为发生了自动类型转换，直接赋值就可以了。

int a = 'a';

不过，如果字符本身就是数字，这种方法就行不通了。

int a = '1';

这样的话，a 的值是 49，而不是 1。因为字符 ‘1’ 的 ASCII 码是 49。

那么，怎么才能把字符 ‘1’ 转成数字 1 呢？

可以使用 Character.getNumericValue() 方法。

int a = Character.getNumericValue('1');

这样的话，a 的值就是 1 了。

除此之外，还可以使用 Character.digit() 方法。

int a = Character.digit('1', 10);

这样的话，a 的值也是 1。

那还有一种更直观的方法，就是 - ‘0’ 方法。

int a = '1' - '0';

这样的话，a 的值也是 1。这是因为在 ASCII 编码和 Unicode 编码（Java 使用 Unicode 编码）中，数字字符 ‘0’ 到 ‘9’ 是连续排列的，并且它们的编码值是顺序递增的。

字符 ‘0’ 的编码值是 48，字符 ‘1’ 的编码值是 49，依此类推，字符 ‘9’ 的编码值是 57。

当从一个字符的编码值中减去字符 ‘0’ 的编码值（即 48），结果就是该字符所表示的数字值。例如，对于字符 ‘5’，其编码值是 53。计算 53 - 48 得到 5，这就是字符 ‘5’ 所表示的数字值。

包装器类型

包装器类型（Wrapper Types）是 Java 中的一种特殊类型，用于将基本数据类型（如 int、float、char 等）转换为对应的对象类型。

Java 提供了以下包装器类型，与基本数据类型一一对应：

Byte（对应 byte）
Short（对应 short）
Integer（对应 int）
Long（对应 long）
Float（对应 float）
Double（对应 double）
Character（对应 char）
Boolean（对应 boolean）

包装器类型允许我们使用基本数据类型提供的各种实用方法，并兼容需要对象类型的场景。例如，我们可以使用 Integer 类的 parseInt 方法将字符串转换为整数，或使用 Character 类的 isDigit 方法检查字符是否为数字，还有前面提到的 Character.forDigit() 方法。

下面是一个简单的示例，演示了如何使用包装器类型：

// 使用 Integer 包装器类型
Integer integerValue = new Integer(42);
System.out.println("整数值: " + integerValue);

// 将字符串转换为整数
String numberString = "123";
int parsedNumber = Integer.parseInt(numberString);
System.out.println("整数值: " + parsedNumber);

// 使用 Character 包装器类型
Character charValue = new Character('A');
System.out.println("字符: " + charValue);

// 检查字符是否为数字
char testChar = '9';
if (Character.isDigit(testChar)) {
System.out.println("字符是个数字.");
}

引用数据类型

基本数据类型在作为成员变量和静态变量的时候有默认值，引用数据类型也有的。

String 是最典型的引用数据类型，所以我们就拿 String 类举例，看下面这段代码：

public class LocalRef {
    private String a;
    static String b;

    public static void main(String[] args) {
        LocalRef lv = new LocalRef();
        System.out.println(lv.a);
        System.out.println(b);
    }
}

输出结果如下所示：

null
null

null 在 Java 中是一个很神奇的存在，在你以后的程序生涯中，见它的次数不会少，尤其是伴随着令人烦恼的“空指针异常”，也就是所谓的 NullPointerException。

也就是说，引用数据类型的默认值为 null，包括数组和接口。

那你是不是很好奇，为什么数组和接口也是引用数据类型啊？

先来看数组：

int [] arrays = {1,2,3};
System.out.println(arrays);

arrays 是一个 int 类型的数组，对吧？打印结果如下所示：

[I@2d209079

[I 表示数组是 int 类型的，@ 后面是十六进制的 hashCode——这样的打印结果太“人性化”了，一般人表示看不懂！为什么会这样显示呢？查看一下 java.lang.Object 类的 toString() 方法就明白了。

public String toString() {
  return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hasCode())
}

数组虽然没有显式定义成一个类，但它的确是一个对象，继承了祖先类 Object 的所有方法。

来看一下基本数据类型和引用数据类型之间最大的差别。

基本数据类型：

1、变量名指向具体的数值。
2、基本数据类型存储在栈上。

引用数据类型：

1、变量名指向的是存储对象的内存地址，在栈上。
2、内存地址指向的对象存储在堆上。

基本数据类型的转换

数据类型转换的目的是确保在表达式求值时，不同类型的数据能够相互兼容。

自动类型转换

自动类型转换（自动类型提升）是 Java 编译器在不需要显式转换的情况下，将一种基本数据类型自动转换为另一种基本数据类型的过程。这种转换通常发生在表达式求值期间，当不同类型的数据需要相互兼容时。自动类型转换遵循以下规则：

如果任一操作数是 double 类型，其他操作数将被转换为 double 类型。
否则，如果任一操作数是 float 类型，其他操作数将被转换为 float 类型。
否则，如果任一操作数是 long 类型，其他操作数将被转换为 long 类型。
否则，所有操作数将被转换为 int 类型。

需要注意的是，自动类型转换只发生在兼容类型之间。例如，从较小的数据类型（如 int）到较大的数据类型（如 long 或 double）的转换是安全的，因为较大的数据类型可以容纳较小数据类型的所有可能值。

byte -> short -> int -> long -> float -> double
char -> int -> long -> float -> double

下面是一个简单的示例，演示了自动类型转换：

int intValue = 5;
double doubleValue = 2.5;

// 自动类型转换：intValue 被转换为 double 类型
double result = intValue * doubleValue;
System.out.println("结果: " + result); // 输出：结果: 12.5

在这个示例中，我们有一个 int 类型的变量 intValue 和一个 double 类型的变量 doubleValue。当我们将它们相乘时，根据自动类型转换的规则，intValue 将被转换为 double 类型，以便将两个 double 类型的操作数相乘。最终结果将是一个 double 类型的值：12.5。

再来举个例子，顾客到超市购物，购买牙膏 2 盒，面巾纸 4 盒。其中牙膏的价格是 10.9 元，面巾纸的价格是 5.8 元，求商品总价格。实现代码如下：

float price1 = 10.9f; // 定义牙膏的价格，单精度浮点型float
double price2 = 5.8; // 定义面巾纸的价格，双精度浮点型double
int num1 = 2; // 定义牙膏的数量，整型 int
int num2 = 4; // 定义面巾纸的数量
double res = price1 * num1 + price2 * num2; // 计算总价
System.out.println("一共付给收银员" + res + "元"); // 输出总价

上述代码中首先定义了一个 float 类型的变量存储牙膏的价格，然后定义了一个 double 类型的变量存储面巾纸的价格，再定义两个 int 类型的变量存储物品的数量，最后进行了乘运算以及和运算之后，将结果储存在一个 double 类型的变量中进行输出。从执行结果看出，float、int 和 double 三种数据类型参与运算，最后输出的结果为 double 类型的数据。这种转换一般称为“表达式中类型的自动提升”。

自动类型提升有好处，但它也会引起令人疑惑的编译错误。例如，下面看起来正确的程序却会引起问题：

byte b = 50;

b = b * 2; // Type mismatch: cannot convert from int to byte

如上所示，第二行会报“类型不匹配：无法从int转换为byte”错误。

该程序试图将一个完全合法的 byte 型的值 50*2 存储给一个 byte 型的变量。但是当表达式求值的时候，操作数被自动的提升为 int 型，计算结果也被提升为 int 型。这样表达式的结果现在是 int 型，不强制转换它就不能被赋为 byte 型。

所以应该使用一个显示的强制类型转换，例如：

byte b = 50;
b = (byte)(b*2);

这样就能产生正确的值 100。

但如果是下面这样的代码，就不会报错：

byte b = 50;
b *= 2;

这是因为 b = 2 等价于 b = (byte)(b2)，编译器会自动进行强制类型转换。

强制类型转换

强制类型转换是 Java 中将一种数据类型显式转换为另一种数据类型的过程。与自动类型转换不同，强制类型转换需要程序员显式地指定要执行的转换。强制类型转换在以下情况中可能需要：

将较大的数据类型转换为较小的数据类型。
将浮点数转换为整数。
将字符类型转换为数值类型。

需要注意的是，强制类型转换可能会导致数据丢失或精度降低，因为目标类型可能无法容纳原始类型的所有可能值。因此，在进行强制类型转换时，需要确保转换后的值仍然在目标类型的范围内。

double -> float -> long -> int -> char -> short -> byte

以下是一个简单的示例，演示了强制类型转换：

double doubleValue = 42.8;

// 强制类型转换：将 double 类型转换为 int 类型
int intValue = (int) doubleValue;
System.out.println("整数值: " + intValue); // 输出：整数值: 42

在这个示例中，我们有一个 double 类型的变量 doubleValue。我们希望将其转换为 int 类型的变量 intValue。为此，我们使用强制类型转换语法，即在要转换的变量之前加上目标类型的括号（如 (int)）。

需要注意的是，将 doubleValue 转换为 int 类型时，小数部分将被截断。因此，输出结果将是：Integer value: 42。在这种情况下，精度丢失是可以接受的，但在其他情况下，我们可能需要更加小心地处理类型转换以避免数据丢失。

顾客到超市购物，购买牙膏 2 盒，面巾纸 4 盒。其中牙膏的价格是 10.9 元，面巾纸的价格是 5.8 元，求商品总价格，在计算总价时采用 int 类型的数据进行存储。实现代码如下：

float price1 = 10.9f;
double price2 = 5.8;
int num1 = 2;
int num2 = 4;
int res2 = (int) (price1 * num1 + price2 * num2);
System.out.println("一共付给收银员" + res2 + "元");

在上述实例中，有 double 类型、float 类型和 int 类型的数据参与运算，其运算结果默认为 double 类型，题目要求的结果为 int 类型，因为 int 类型的取值范围要小于 double 类型的取值范围，所以需要进行强制类型转换。

基本数据类型缓存池

在 Java 中，针对一些基本数据类型（如 Integer、Long、Boolean 等），Java 会在程序启动时创建一些常用的对象并缓存在内存中，以提高程序的性能和节省内存开销。这些常用对象被缓存在一个固定的范围内，超出这个范围的值会被重新创建新的对象。

使用数据类型缓存池可以有效提高程序的性能和节省内存开销，但需要注意的是，在特定的业务场景下，缓存池可能会带来一些问题，例如缓存池中的对象被不同的线程同时修改，导致数据错误等问题。因此，在实际开发中，需要根据具体的业务需求来决定是否使用数据类型缓存池。

来看下面这段代码：

Integer x = new Integer(18);
Integer y = new Integer(18);
System.out.println(x == y);

Integer z = Integer.valueOf(18);
Integer k = Integer.valueOf(18);
System.out.println(z == k);

Integer m = Integer.valueOf(300);
Integer p = Integer.valueOf(300);
System.out.println(m == p);

来看一下输出结果吧：

false
true
false

第一个 false，因为 new 出来的是不同的对象，地址不同。第二个和第三个我认为都应该是 true 啊，为什么第三个会输出 false 呢？

其实原因也很简单。

基本数据类型的包装类除了 Float 和 Double 之外，其他六个包装器类（Byte、Short、Integer、Long、Character、Boolean）都有常量缓存池。

Byte：-128~127，也就是所有的 byte 值
Short：-128~127
Long：-128~127
Character：\u0000 - \u007F
Boolean：true 和 false

拿 Integer 来举例子，Integer 类内部中内置了 256 个 Integer 类型的缓存数据，当使用的数据范围在 -128~127 之间时，会直接返回常量池中数据的引用，而不是创建对象，超过这个范围时会创建新的对象。

18 在 -128~127 之间，300 不在。

来看一下 valueOf 方法的源码吧。

public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >=IntegerCache.low && i <=IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}

来看一下 IntegerCache 这个静态内部类的源码吧

private static class IntegerCache {
    static final int low = -128;
    static final int high;
    static final Integer cache[];

    static {
        // high value may be configured by property
        int h = 127;
        String integerCacheHighPropValue =
                sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
        if (integerCacheHighPropValue != null) {
            try {
                int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                i = Math.max(i, 127);
                // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
            } catch( NumberFormatException nfe) {
                // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
            }
        }
        high = h;

        cache = new Integer[(high - low) + 1];
        int j = low;
        for(int k = 0; k < cache.length; k++)
            cache[k] = new Integer(j++);

        // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
        assert Integer.IntegerCache.high >= 127;
    }

    private IntegerCache() {}
}

详细解释下：当我们通过 Integer.valueOf() 方法获取整数对象时，会先检查该整数是否在 IntegerCache 中，如果在，则返回缓存中的对象，否则创建一个新的对象并缓存起来。

需要注意的是，如果使用 new Integer() 创建对象，即使值在 -128 到 127 范围内，也不会被缓存，每次都会创建新的对象。因此，推荐使用 Integer.valueOf() 方法获取整数对象。