入门篇-其之三-基本数据类型及其转换

Java的数据类型分为基本数据类型和引用数据类型，具体分类如下图：

对于初学者而言，认为字符串类型String也属于基本数据类型，事实上String属于类，即引用数据类型。从String的源码中，我们就可以看出其使用的class关键字进行修饰：

观察上述结构图我们可以发现Java的八种基本类型又可以细分成四类：整数类型、浮点类型、字符类型和布尔类型。本文将会对这四大类型一一进行讲解。

一、整数类型

整数类型，简称整型。Java中存储整型由四个类型组成：**byte、short、int、long**。其中int类型最常用。这四个数据类型的对照表如下所示：

	计算机存储大小	存储范围（使用数学开闭区间表示）	默认值
byte	8位，1字节	[-128, 127]	0
short	16位，2字节	[-216-1,216-1-1]	0
int（默认）	32位，4字节	[-232-1,232-1-1]	0
long	64位，8字节	[-264-1,264-1-1]	0L

在定义这四个类型的变量时，需要注意定义的整数不要超过其存储范围（尤其是byte类型，因为它的存储范围最小）。

例如：我想定义一个byte、short、int类型的变量并赋值，其代码如下：

/**
 * 基本数据类型之整数类型byte、short、int
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 09:44:46
 */
public class BasicType {
    public static void main(String[] args) {
        byte b = 20;
        short s = 30;
        int i = 40;
        System.out.println(b);
        System.out.println(s);
        System.out.println(i);
    }
}

运行结果：

在使用long类型的时候需要注意：**long类型的数据后面需要加上L或l**（不推荐小写l，因为小写l很有可能和数字1或者大写字母I混淆）。示例代码如下：

/**
 * 基本数据类型之整数类型long的使用
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 09:53:04
 */
public class BasicTypeLong {
    public static void main(String[] args) {
        long num1 = 88;
        long num2 = 6666666666666666666L;
        System.out.println(num1);
        System.out.println(num2);
    }
}

运行结果：

细心的小伙伴会发现，为什么变量num1的值88后面没有加上后缀L呢？

由于整型的默认使用的int类型，而long类型的范围比int大，因此数字88会由int类型自动提升为long类型，这种现象称作自动类型提升（本文后面会讲到自动类型提升）。因此long num1 = 88;并不会报语法错误。

而变量num2的值6666666666666666666已经超出了int类型的最大范围，但是这个数字在long范围内，此时就必须要加上后缀L。

以下是对定义long类型变量的总结说明：

说明	案例
在int范围内的数字，可以用L或l表示long类型，也可以不使用后缀。	long num1 = 32; long num2 = 43L;
如果表示的数字在int范围之外，但是在long的范围之内，则必须使用L或l作为后缀。	long num = 66666666666666L;

如果你并不能确定所定义的整数是否在int范围，我个人的建议就是**只要定义long类型的整数，就在数字后面加个后缀L**。

二、浮点类型

浮点类型，其实就是我们说的小数类型。浮点类型主要由float和double类型组成。其中，**float类型的数值后必须要加f或F为后缀**，二者对照表如下所示：

	计算机存储位数	存储范围（使用数学开闭区间表示）	数字后缀	默认值	精度
float	32位，4字节	[-2128,2128]	f或F（必须写后缀）	0.0f或0.0F	7位小数
double	64位，8字节	[-21024,21024]	d或D（非强制要求，一般不写后缀）	0.0	15位小数

示例代码如下：

/**
 * 基础数据类型float和double
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 15:25:05
 */
public class BasicTypeFloatAndDouble {
    public static void main(String[] args) {
        float f1 = 3.88f;
        float f2 = 6.44F;   // 使用F或f最为后缀都可以
        float f3 = 6;
        float f4 = 10.0f / 3f;
        System.out.println(f1);
        System.out.println(f2);
        System.out.println(f3);
        System.out.println(f4);

        double d1 = 6.66D;  // double的后缀可有可无
        double d2 = 8;
        double d3 = 10.0 / 3;

        System.out.println(d1);
        System.out.println(d2);
        System.out.println(d3);
    }
}

运行结果为：

为什么d2的输出结果是8.0？由于8默认为int类型，给变量d2赋值时，int类型的数值会向范围更大的double转换（自动类型提升，在后面文章会讲到），而double是浮点类型，后面需要跟随小数点，默认会在后面加上.0（一位小数），即输出结果为8.0。同理，f3的输出结果为6.0。

从输出结果中我们还能看出，10 / 3得到的是无限循环小数，但是float类型变量f4输出结果保留了7位小数，而double类型变量d3输出结果保留了15位小数。由这两个输出结果可以印证两个浮点类型的精度大小。

在日常使用过程中，使用double的次数要比float多，个人总结有如下三点：

1. float类型数值需要在必须其后面加上f和F，而double不需要在值后面加后缀符。
2. double存储范围比float的大，并且浮点类型数值默认类型就是double。
3. double的精度要比 float的高，表示的数值更加准确。

三、字符类型

字符类型，即char类型，用来存储单个字符，使用单引号和单个字符表示，因此在单引号中写多个字符是错误写法：

char ch1 = 'i';		// 正确写法
char ch2 = 'ijk';	// 错误写法，单引号中只能写一个字符！

char是一个单一的16位的Unicode字符，它的存储范围是[0,65535]，即'\u0000'到'\uffff'。

这里会有小伙伴问：char不是只能表示单个字符吗？这就要说到Unicode字符表了，这个表存储了所有的字符（各种符号、中文英文等各种字符），Unicode字符表中的每个字符默认使用的是以\u和十六进制数组合表示，也就是说\u0000就是一个Unicode值，这个Unicode值对应着字符表中的一个字符。

Unicode字符表中存储了所有的可用的字符，\u0000其实表示的时候Unicode字符表中第一个字符，编写测试代码如下：

/**
 * 基本数据类型之char
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 16:18:20
 */
public class BasicTypeChar1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用Unicode字符表中的字符来初始化char类型的变量
        char ch1 = '\u0000';
        // 会输出，但是无法在控制台显示出来
        System.out.println(ch1);
        // 利用if方法判断ch1是否是Unicode字符表中的第一个字符
        if (ch1 == '\u0000') {
            System.out.println("ch1是Unicode字符表中的第一个字符");
        } else {
            System.out.println("ch1不是第一个字符");
        }
    }
}

运行结果如下：

代码中我写了三个输出语句，其中第一个直接输出这个字符，但是从运行结果中我们发现这个语句确实输出了，但是控制台无法显示这个字符。

为了进一步验证输出的字符是否是Unicode字符表第一个字符，这里我使用了一个if判断。如果我们定义变量和\u0000相等时，输出ch1是Unicode字符表中的第一个字符，此时也就说明了第一个字符确实在计算机中存在，只是无法正常显示；相反，\u0000并不是Unicode字符表中的第一个字符。运行结果正如我们所料，输出的内容是ch1是Unicode字符表中的第一个字符。

四、布尔类型

boolean类型，即布尔类型，它只有两个值：true（真）和false（假）。通常用于条件表达式的判断（条件表达式后续文章会讲到），例如：我们都知道20 > 30是假，即判断结果为false。

/**
 * 基本数据类型之布尔类型
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 15:33:15
 */
public class BasicTypeBoolean {
    public static void main(String[] args) {
        boolean bool1 = true;
        boolean bool2 = false;
        System.out.println(bool1);
        System.out.println(bool2);
        System.out.println(20 > 30);
    }
}

运行结果：

五、数字的进制表示（了解）

在中学期间我们学过数字有二进制、八进制、十进制和十六进制。

• 二进制数字是由0、1组成，满二进一。
• 八进制数字是由0~7组成，满八进一。
• 十六进制是由0~9、A、B、C、D、E、F组成，满十六进一

日常我们表示数字都是采用十进制，Java程序表示数字亦是如此。那么，如何表示二进制、八进制、十六进制的数字？

以十进制的数字22为例，转换为各个进制的数字如下：

二进制	八进制	十六进制
10110	26	16

在Java中，表示二进制数字，需要在数字前面加上0B或0b；如果表示八进制数字，需要在数字前面加上0即可；如果是十六进制的数字，需要在数字前面加上0X或者0x，以下是示例代码：

/**
 * 基本数据类型之整数类型byte、short、int
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 10:32:17
 */
public class BaseRepresentation {
    public static void main(String[] args) {
        // 十进制数字
        int decimal = 22;
        // 二进制数字
        int binary = 0B10110;
        // 八进制数字
        int octal = 026;
        // 十六进制数字
        int hexadecimal = 0x16;
        
        System.out.println(decimal);
        System.out.println(binary);
        System.out.println(octal);
        System.out.println(hexadecimal);
    }
}

运行结果：

从运行结果我们可以看出：输出的数字无论是哪一种进制，默认都会转换为十进制的数字22。

如果我想直接将十进制数字22转换为各个进制并进行输出。

例如：我想定义的变量是int类型，可以使用int的包装类Integer，在Integer类中有和进制转换相关的方法：

• toBinaryString(num)：将十进制数字转换为二进制数字并表示。
• toOctalString(num)：将十进制数字转换为八进制数字并表示。
• toHexString(num)：将十进制数字转换为十六进制数字并表示。

/**
 * 十进制数字转换为各个进制并输出
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 10:43:53
 */
public class BaseRepresentationParse {
    public static void main(String[] args) {
        // 十进制数字
        int number = 22;
        // 转换为二进制数字并输出
        System.out.println(Integer.toBinaryString(number));
        // 转换为八进制数字并输出
        System.out.println(Integer.toOctalString(number));
        // 转换为十六进制数字并输出
        System.out.println(Integer.toHexString(number));
    }
}

运行结果：

六、原码、反码、补码（了解）

原码、反码、补码是计算机中表示数值的一种方式，主要应用于计算机的加减运算。

原码是最基本的表示方法， 直接将数值以二进制的形式表示，原码就是符号位加上真值的绝对值，即第一位表示正负号（0为整数，1为负数），其他位表示值。

例如：127的原码是01111111，-127的原码是11111111。

原码的优点就是直观，容易理解。

反码：正数的反码就是其原码本身，负数的反码在其原码的基础上保持符号位不变，其他位取反。

例如：-127的反码是10000000，127的反码是01111111。

补码：正数的补码就是其原码本身，负数的补码需要在反码的基础上加1。

例如：-127的补码就是10000001。

想深入了解此方面的内容的小伙伴，详见这篇文章：《原码、反码、补码的基本概念》，我个人觉得写的很棒！

七、自动类型提升

前面我们已经讲过了8种基本数据类型，按照数据存储范围来比较：double > float > long > int > short 、char > byte

自动类型提升是指小范围的数据类型向大范围的数据类型进行转换。

boolean类型不能进行自动类型提升或强制类型转换。

例如：short的存储范围比int小，因此，short类型的值赋值给int类型的变量时，short类型的值自动转换为int类型，代码如下：

/**
 * 自动类型提升
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 15:42:38
 */
public class TypePromotion1 {
    public static void main(String[] args) {
        short s1 = 16;
        // short类型自动类型提升为int类型
        int i1 = s1;
        System.out.println(i1);
    }
}

运行结果：

上述案例可以看出，s1赋值给i1的时候并没有报错，原因就在于s1自动转换为int类型的值赋给i1。

自动类型提升可能存在的特殊情况：

情况一：当byte、short、char三者互相参与运算时，默认转为int类型。

/**
 * 自动类型提升：参与运算
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 15:45:36
 */
public class TypePromotion2 {
    public static void main(String[] args) {
        byte num1 = 20;
        short num2 = 30;
        char ch1 = 'a';

        // 以下三种运算均为错误写法，因为运算过程中byte、short、char类型的变量num1、num2和ch1会自动提升为int类型进行运算
        // 得到的结果和左侧变量的数据类型不匹配而导致报错
        // byte num3 = num1 + num2;
        // short num4 = num1 + ch1;
        // char ch3 = num1 + num2;
    }
}

当我们解除一个错误写法的注释（例如byte num3 = num1 + num2;）。我们可以执行javac命令查询错误信息：

情况二：整数类型向浮点类型转换时，默认后面会带.0。

/**
 * 自动类型提升：整型向浮点类型进行转换
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 15:56:40
 */
public class TypePromotion3 {
    public static void main(String[] args) {
        int num1 = 20;
        // num1由int类型自动提升为float类型
        float num2 = num1;
        System.out.println(num1);
        System.out.println(num2);
    }
}

运行结果：

情况三：**char类型向更高数据范围（例如：int、long等）转换时，以数字的形式输出。**

/**
 * 自动类型提升：字符类型char转换成其他类型
 * 
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 16:00:43
 */
public class TypePromotion4 {
    public static void main(String[] args) {
        // char类型转换成int类型
        char ch1 = 'i';
        int num1 = ch1;
        System.out.println(num1);

        // char类型转换成long类型
        char ch2 = 'C';
        long num2 = ch2;
        System.out.println(num2);

        // char类型转换成double类型
        char ch3 = 'O';
        double num3 = ch3;
        System.out.println(num3);
    }
}

八、强制类型转换

和自动类型提升相比，强制类型转换正好相反，由大范围的数据类型向小范围的数据类型进行转换，转换格式如下：

小数据类型 变量名 = (小数据类型) 大类型数据

如果我想将long类型的数据转换为byte、short、int类型的数据，由于long是大范围的数据类型，向这三个小范围数据类型转换时需要进行强制类型转换。以下是示例代码：

/**
 * 强制类型转换：long类型转换为byte、short、int类型
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 11:16:21
 */
public class CastType {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义一个long类型变量
        long longValue = 108L;
        // 强制把long类型转换为int类型
        int intValue = (int) longValue;
        // 输出int变量
        System.out.println(intValue);
        // 强制把long类型转换为short类型
        short shortValue = (short) longValue;
        // 输出short变量
        System.out.println(shortValue);
        // 强制把long类型转换为byte类型
        byte byteValue = (byte) longValue;
        // 输出byte变量
        System.out.println(byteValue);
    }
}

运行结果：

当然，强制类型转换也会存在如下的情况：

情况一：浮点类型转换成整数类型时，会出现精度损失，即小数点会被截断（不会四舍五入），只保留整数部分。

/**
 * 强制类型转换情况一：浮点类型转换为整数类型
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 11:21:54
 */
public class CastType1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义一个double类型变量
        double doubleValue = 9.06;
        // 强制把double类型转换为int类型
        int intValue = (int) doubleValue;
        // 输出int变量
        System.out.println(intValue);
        // 定义一个float类型变量
        float floatValue = 5.06f;
        // 强制把float类型转换为int类型
        intValue = (int) floatValue;
        // 输出int变量
        System.out.println(intValue);
    }
}

运行结果：

情况二：要转换的数字超出目标类型的范围，Java会自动对整数进行溢出处理，不会得到预期的值。

例如：定义一个int类型的变量130，将其转换成byte类型，而byte类型的存储范围是[-128,127]，130很明显超出了这个范围，强制转换的结果不会符合我们的预期，示例代码如下：

/**
 * 强制类型转换情况二：要转换的数字超出目标类型的范围，得到的结果不符合预期
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 11:28:48
 */
public class CastType2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义一个int类型变量，值是超出byte类型的范围
        int intValue = 130;
        // 强制把int类型转换为byte类型
        byte byteValue = (byte) intValue;
        // 输出byte变量
        System.out.println(byteValue);
    }
}

很明显，输出结果并不符合我们的预期，而是得到了值-126，接下来我们从底层角度进行分析：

由于int为4字节32位，每一位是由二进制的0和1表示，因此130转换成二进制数（32位）为：

int类型强制转换成byte类型以后，只保留后八位，结果如下：

得到的10000010是源码，8位的byte第一位是符号位，0表示正号，1表示负号。很明显这个数是负数，表示负数需要先将原码转换成反码，反码变成补码，补码再转换成十进制数字以后就是byte类型的结果。首先我们先将其转换成反码（符号位除外）：

将反码加1之后，就得到补码：

将11111110转换成十进制数为（第1位是符号位，是负数）：
$$
-(1\times2^{6}+1\times2^{5}+1\times2^{4}+1\times2^{3}+1\times2^{2}+1\times2^{1}+0\times2^{0})=-126
$$
因此强制类型转换得到的结果是-126。

情况三：**byte、short、char进行运算时，会被提升为int类型，然后再进行计算**。要想转换成小范围数据类型，需要进行强制类型转换。

以下写法无法通过编译而报错：

/**
 * 强制类型转换情况一：byte、short、char进行运算时，会自动提升为int类型
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 14:17:31
 */
public class CastType3 {
    public static void main(String[] args) {
        byte byteValue = 20;
        short shortValue = 30;
        char charValue = 'A';

        // 以下写法都是错误的，因为运算过程中byte、short、char会自动提升为int类型
        byte byteResult = byteValue + shortValue;
        short shortResult = shortValue - charValue;
        char charResult = charValue + 10;
        System.out.println(byteResult);
        System.out.println(shortResult);
        System.out.println(charResult);
    }
}

无法通过编译，因为进行加减法运算时，变量会自动提升为int类型，得到的结果也是int类型，和左侧原有的数据类型不匹配而报错：

正确的写法是：将得到的结果进行强制类型转换：

/**
 * 强制类型转换情况一：byte、short、char进行运算时，会自动提升为int类型
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-09-06 14:17:31
 */
public class CastType3 {
    public static void main(String[] args) {
        byte byteValue = 20;
        short shortValue = 30;
        char charValue = 'A';

        // 以下写法都是错误的，因为运算过程中byte、short、char会自动提升为int类型
        // byte byteResult = byteValue + shortValue;
        // short shortResult = shortValue - charValue;
        // char charResult = charValue + 10;
        byte byteResult = (byte) (byteValue + shortValue);
        short shortResult = (short) (shortValue - charValue);
        char charResult = (char) (charValue + 10);
        System.out.println(byteResult);
        System.out.println(shortResult);
        System.out.println(charResult);
    }
}

运行结果符合预期：