深入理解 Java 基本數據類型

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• 數據類型分類
  • 值類型
  • 值類型和引用類型的區別
• 數據轉換
  • 自動轉換
  • 強制轉換
• 裝箱和拆箱
  • 包裝類、裝箱、拆箱
  • 自動裝箱、自動拆箱
  • 裝箱、拆箱的應用和注意點
• 小結
• 參考資料

數據類型分類

Java 中的數據類型有兩類：

• 值類型（又叫內置數據類型，基本數據類型）
• 引用類型（除值類型以外，都是引用類型，包括 String、數組）

值類型

Java 語言提供了 8 種基本類型，大致分為 4 類

• 整數型
  • byte - 8 位。
  • short - 16 位。
  • int - 32 位。
  • long - 64 位，賦值時一般在數字后加上 l 或 L。
• 浮點型
  • float - 32 位，直接賦值時必須在數字后加上 f 或 F。
  • double - 64 位，賦值時一般在數字后加 d 或 D 。
• 字符型
  • char - 16 位，存儲 Unicode 碼，用單引號賦值。
• 布爾型
  • boolean - 只有 true 和 false 兩個取值。

值類型和引用類型的區別

• 從概念方面來說
  • 基本類型：變量名指向具體的數值。
  • 引用類型：變量名指向存數據對象的內存地址。
• 從內存方面來說
  • 基本類型：變量在聲明之后，Java 就會立刻分配給他內存空間。
  • 引用類型：它以特殊的方式（類似 C 指針）向對象實體（具體的值），這類變量聲明時不會分配內存，只是存儲了一個內存地址。
• 從使用方面來說
  • 基本類型：使用時需要賦具體值,判斷時使用 == 號。
  • 引用類型：使用時可以賦 null，判斷時使用 equals 方法。

👉 擴展閱讀：Java 基本數據類型和引用類型

這篇文章對於基本數據類型和引用類型的內存存儲講述比較生動。

數據轉換

Java 中，數據類型轉換有兩種方式：

• 自動換行
• 強制轉換

自動轉換

一般情況下，定義了某數據類型的變量，就不能再隨意轉換。但是 JAVA 允許用戶對基本類型做有限度的類型轉換。

如果符合以下條件，則 JAVA 將會自動做類型轉換：

• 由小數據轉換為大數據

  顯而易見的是，“小”數據類型的數值表示范圍小於“大”數據類型的數值表示范圍，即精度小於“大”數據類型。

  所以，如果“大”數據向“小”數據轉換，會丟失數據精度。比如：long 轉為 int，則超出 int 表示范圍的數據將會丟失，導致結果的不確定性。

  反之，“小”數據向“大”數據轉換，則不會存在數據丟失情況。由於這個原因，這種類型轉換也稱為擴大轉換。

  這些類型由“小”到“大”分別為：(byte，short，char) < int < long < float < double。

  這里我們所說的“大”與“小”，並不是指占用字節的多少，而是指表示值的范圍的大小。

• 轉換前后的數據類型要兼容

  由於 boolean 類型只能存放 true 或 false，這與整數或字符是不兼容的，因此不可以做類型轉換。

• 整型類型和浮點型進行計算后，結果會轉為浮點類型

示例：

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

輸出：

x/y = 1.9607843

可見 long 雖然精度大於 float 類型，但是結果為浮點數類型。

強制轉換

在不符合自動轉換條件時或者根據用戶的需要，可以對數據類型做強制的轉換。

強制轉換使用括號 () 。

引用類型也可以使用強制轉換。

示例：

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

裝箱和拆箱

包裝類、裝箱、拆箱

Java 中為每一種基本數據類型提供了相應的包裝類，如下：

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

引入包裝類的目的就是：提供一種機制，使得基本數據類型可以與引用類型互相轉換。

基本數據類型與包裝類的轉換被稱為裝箱和拆箱。

• 裝箱（boxing）是將值類型轉換為引用類型。例如：int 轉 Integer
  • 裝箱過程是通過調用包裝類的 valueOf 方法實現的。
• 拆箱（unboxing）是將引用類型轉換為值類型。例如：Integer 轉 int
  • 拆箱過程是通過調用包裝類的 xxxValue 方法實現的。（xxx 代表對應的基本數據類型）。

自動裝箱、自動拆箱

基本數據（Primitive）型的自動裝箱（boxing）拆箱（unboxing）自 JDK 5 開始提供的功能。

JDK 5 之前的形式：

Integer i1 = new Integer(10); // 非自動裝箱

JDK 5 之后：

Integer i2 = 10; // 自動裝箱

Java 對於自動裝箱和拆箱的設計，依賴於一種叫做享元模式的設計模式（有興趣的朋友可以去了解一下源碼，這里不對設計模式展開詳述）。

👉 擴展閱讀：深入剖析 Java 中的裝箱和拆箱

結合示例，一步步闡述裝箱和拆箱原理。

裝箱、拆箱的應用和注意點

裝箱、拆箱應用場景

• 一種最普通的場景是：調用一個含類型為 Object 參數的方法，該 Object 可支持任意類型（因為 Object 是所有類的父類），以便通用。當你需要將一個值類型（如 int）傳入時，需要使用 Integer 裝箱。
• 另一種用法是：一個非泛型的容器，同樣是為了保證通用，而將元素類型定義為 Object。於是，要將值類型數據加入容器時，需要裝箱。
• 當 == 運算符的兩個操作，一個操作數是包裝類，另一個操作數是表達式（即包含算術運算）則比較的是數值（即會觸發自動拆箱的過程）。

示例：

Integer i1 = 10; // 自動裝箱
Integer i2 = new Integer(10); // 非自動裝箱
Integer i3 = Integer.valueOf(10); // 非自動裝箱
int i4 = new Integer(10); // 自動拆箱
int i5 = i2.intValue(); // 非自動拆箱
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) + "]"); // 自動拆箱
// Output:
// i1 = [10]
// i2 = [10]
// i3 = [10]
// i4 = [10]
// i5 = [10]
// i1 == i2 is [false]
// i1 == i4 is [true]

示例說明：

上面的例子，雖然簡單，但卻隱藏了自動裝箱、拆箱和非自動裝箱、拆箱的應用。從例子中可以看到，明明所有變量都初始化為數值 10 了，但為何會出現 i1 == i2 is [false 而 i1 == i4 is [true] ？

原因在於：

• i1、i2 都是包裝類，使用 == 時，Java 將它們當做兩個對象，而非兩個 int 值來比較，所以兩個對象自然是不相等的。正確的比較操作應該使用 equals 方法。
• i1 是包裝類，i4 是基礎數據類型，使用 == 時，Java 會將兩個 i1 這個包裝類對象自動拆箱為一個 int 值，再代入到 == 運算表達式中計算；最終，相當於兩個 int 進行比較，由於值相同，所以結果相等。

裝箱、拆箱應用注意點

1. 裝箱操作會創建對象，頻繁的裝箱操作會造成不必要的內存消耗，影響性能。所以應該盡量避免裝箱。
2. 基礎數據類型的比較操作使用 ==，包裝類的比較操作使用 equals 方法。

小結

（1）Java 中的數據類型有兩類：

• 值類型（byte、short、int、long、float、double、char、boolean）
• 引用類型（除值類型以外，都是引用類型，包括 String、數組）

（2）Java 中，數據類型轉換有兩種方式：

• 自動換行
• 強制轉換

強制轉換使用括號 () 。

基礎數據類型可以自動轉換，轉換原則如下：

• 由小數據轉換為大數據
• 轉換前后的數據類型要兼容
• 整型類型和浮點型進行計算后，結果會轉為浮點類型

（3）包裝類有如下種類：

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

（4）什么是裝箱、拆箱

• 裝箱（boxing）是將值類型轉換為引用類型。例如：int 轉 Integer
  • 裝箱過程是通過調用包裝類的 valueOf 方法實現的。
• 拆箱（unboxing）是將引用類型轉換為值類型。例如：Integer 轉 int
  • 拆箱過程是通過調用包裝類的 xxxValue 方法實現的。（xxx 代表對應的基本數據類型）。

（5）裝箱、拆箱的應用場景

• 含類型為 Object 參數的方法
• 非泛型的容器
• 當 == 運算符的兩個操作，一個操作數是包裝類，另一個操作數是表達式（即包含算術運算）則比較的是數值（即會觸發自動拆箱的過程）。

（6）裝箱、拆箱的應用注意點

• 裝箱操作會創建對象，頻繁的裝箱操作會造成不必要的內存消耗，影響性能。所以應該盡量避免裝箱。
• 基礎數據類型的比較操作使用 ==，包裝類的比較操作使用 equals 方法。

參考資料

• Java 基本數據類型和引用類型
• 深入剖析 Java 中的裝箱和拆箱