3.3 Java 数据类型

“Java 是一种静态类型的编程语言，这意味着所有变量必须在使用之前声明好，也就是必须得先指定变量的类型和名称。”我吸了一口麦香可可奶茶后对三妹说。

Java 中的数据类型可分为 2 种：

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（对，没错，数组是引用类型，后面我们会讲）、class（也就是类），以及接口（指向的是实现接口的类的对象）。

来个思维导图，感受下。

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。拿 int 来举例吧，看下图。

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：

/**
 * @author 微信搜「沉默王二」，回复关键字 PDF
 */
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大小的，来个表格感受下。

数据类型	默认值	大小
boolean	false	1 比特
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

01、比特和字节

那三妹可能要问，“比特和字节是什么鬼？”

比特币（Bitcoin）听说过吧？字节跳动（Byte Dance）听说过吧？这些名字当然不是乱起的，确实和比特、字节有关系。

1）bit（比特）

比特作为信息技术的最基本存储单位，非常小，但大名鼎鼎的比特币就是以此命名的，它的简写为小写字母“b”。

大家都知道，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。

2）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。

（终于知道 1024 和程序员的关系了吧？狗头保命）

02、基本数据类型

接下来，我们再来详细地了解一下 8 种基本数据类型。

1）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;

2）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

3）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。

3）int

int 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。

5）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。

6）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。

7）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。

代码示例：

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。

8）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。

03、单精度和双精度

单精度（single-precision）和双精度（double-precision）是指两种不同精度的浮点数表示方法。

单精度是这样的格式，1 位符号，8 位指数，23 位小数。

单精度浮点数通常占用 32 位（4 字节）存储空间。数值范围大约是 ±1.4E-45 到 ±3.4028235E38，精度大约为 6 到 9 位有效数字。

双精度是这样的格式，1 位符号，11 位指数，52 为小数。

双精度浮点数通常占用 64 位（8 字节）存储空间，数值范围大约是 ±4.9E-324 到 ±1.7976931348623157E308，精度大约为 15 到 17 位有效数字。

计算精度取决于小数位（尾数）。小数位越多，则能表示的数越大，那么计算精度则越高。

一个数由若干位数字组成，其中影响测量精度的数字称作有效数字，也称有效数位。有效数字指科学计算中用以表示一个浮点数精度的那些数字。一般地，指一个用小数形式表示的浮点数中，从第一个非零的数字算起的所有数字。如 1.24 和 0.00124 的有效数字都有 3 位。

以下是确定有效数字的一些基本规则：

• 非零数字总是有效的。
• 位于两个非零数字之间的零是有效的。
• 对于小数，从左侧开始的第一个非零数字之前的零是无效的。
• 对于整数，从右侧开始的第一个非零数字之后的零是无效的。

下面是一些示例，说明如何确定有效数字：

• 1234：4 个有效数字（所有数字都是非零数字）
• 1002：4 个有效数字（零位于两个非零数字之间）
• 0.00234：3 个有效数字（从左侧开始的前两个零是无效的）
• 1200：2 个有效数字（从右侧开始的两个零是无效的）

04、int 和 char 类型互转

int 和 char 之间比较特殊，可以互转，也会在以后的学习当中经常遇到。

1）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)。

2）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 );

Character 为 char 的包装器类型。我们随后会讲。

3）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 );

4）char 转 int

当然了，如果只是简单的 char 转 int，直接赋值就可以了。

int a = 'a';

因为发生了自动类型转换，后面会细讲。

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。

因为这两个方法的内部实现都大差不差，大家可以研究一下源码。

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。

05、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.");
}

上面的示例中，我们创建了一个 Integer 类型的对象 integerValue 并为其赋值 42。然后，我们将其值打印到控制台。

我们有一个包含数字的字符串 numberString。我们使用 Integer.parseInt() 方法将其转换为整数 parsedNumber。然后，我们将转换后的值打印到控制台。

比如说 parseInt() 用于将字符串转换为整数，这也是非常常用的一个方法，尤其是遇到“数字字符串”转整数的时候。

String text = "123";
int number = Integer.parseInt(text);
System.out.println(number);

可以简单看一下 parseInt() 的源码：

public static int parseInt(String s, int radix) throws NumberFormatException {
    // 如果字符串为空或基数不在有效范围内，抛出 NumberFormatException
    if (s == null || radix < Character.MIN_RADIX || radix > Character.MAX_RADIX) {
        throw new NumberFormatException();
    }

    int result = 0; // 用于存储解析结果的变量
    boolean negative = false; // 标记数字是否为负数
    int i = 0, len = s.length(); // i 是字符索引，len 是字符串长度
    int limit = -Integer.MAX_VALUE; // 溢出检查的上限

    if (len > 0) {
        char firstChar = s.charAt(0); // 获取字符串的第一个字符
        if (firstChar == '-') { // 如果是负号
            negative = true; // 设置负数标记
            limit = Integer.MIN_VALUE; // 调整溢出上限为 Integer 的最小值
            i++;
        } else if (firstChar == '+') { // 如果是正号
            i++; // 仅跳过，不做额外操作
        }

        int multmin = limit / radix; // 计算溢出检查的临界值
        while (i < len) {
            // 将字符转换为对应的数字值
            int digit = Character.digit(s.charAt(i++), radix);
            if (digit < 0 || result < multmin || result * radix < limit + digit) {
                // 如果字符不是有效数字或者结果溢出，抛出 NumberFormatException
                throw new NumberFormatException();
            }
            // 累积结果
            result = result * radix - digit;
        }
    } else {
        // 如果字符串为空，抛出 NumberFormatException
        throw new NumberFormatException();
    }

    // 根据正负号返回最终结果
    return negative ? result : -result;
}

简单解释一下：

1. 空值检查：首先检查输入字符串是否为 null，如果是，则抛出 NumberFormatException。

2. 符号处理：检查字符串的第一个字符以确定数字的符号（正或负）。如果字符串以“-”开头，则数字为负数，以“+”或数字开头则为正数。

3. 数字转换：遍历字符串中的每个字符，将字符转换为对应的数字。这是通过从字符中减去 '0' 的 ASCII 值来实现的。

4. 结果计算：计算最终的数字值。这是通过将每个数字乘以其位置权重（10 的幂）并累加到结果中来完成的。

5. 溢出检查：在整个转换过程中，代码会检查是否有溢出的风险。如果检测到溢出，将抛出 NumberFormatException。

6. 返回结果：根据数字的符号返回最终结果。

这个源码对以后学习 LeetCode 的第八题「字符串转换整数 (atoi)」非常有帮助，题解我已经放到技术派的《二哥的 LeetCode 刷题笔记》中，可以作为参考。

我们有一个字符变量 testChar，并为其赋值字符 '9'。我们使用 Character.isDigit() 方法检查 testChar 是否为数字字符。如果是数字字符，我们将输出一条消息到控制台。

从 Java 5 开始，自动装箱（Autoboxing）和自动拆箱（Unboxing）机制允许我们在基本数据类型和包装器类型之间自动转换，无需显式地调用构造方法或转换方法（链接里会细讲）。

Integer integerValue = 42; // 自动装箱，等同于 new Integer(42)
int primitiveValue = integerValue; // 自动拆箱，等同于 integerValue.intValue()

06、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（学完数组&字符串，以及面向对象编程后会更加清楚，这里先简单过一下）。

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：

/**
 * @author 微信搜「沉默王二」，回复关键字 PDF
 */
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。

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。那为什么数组不单独定义一个类来表示呢？就像字符串 String 类那样呢？

一个合理的解释是 Java 将其隐藏了。假如真的存在一个 Array.java，我们也可以假想它真实的样子，它必须要定义一个容器来存放数组的元素，就像 String 类那样。

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];
}

数组内部定义数组？没必要的！

再来看接口：

List<String> list = new ArrayList<>();
System.out.println(list);

List 是一个非常典型的接口：

public interface List<E> extends Collection<E> {}

而 ArrayList 是 List 接口的一个实现：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{}

对于接口类型的引用变量来说，你没法直接 new 一个：

只能 new 一个实现它的类的对象——那自然接口也是引用数据类型了。

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。

07、堆和栈

看到这，三妹是不是又要问，“堆是什么，栈又是什么？”

堆是堆（heap），栈是栈（stack），如果看到“堆栈”的话，请不要怀疑自己，那是翻译的错，堆栈也是栈，反正我很不喜欢“堆栈”这种叫法，容易让新人掉坑里。

堆是在程序运行时在内存中申请的空间（可理解为动态的过程）；切记，不是在编译时；因此，Java 中的对象就放在这里，这样做的好处就是：

当需要一个对象时，只需要通过 new 关键字写一行代码即可，当执行这行代码时，会自动在内存的“堆”区分配空间——这样就很灵活。

栈，能够和处理器（CPU，也就是脑子）直接关联，因此访问速度更快。既然访问速度快，要好好利用啊！Java 就把对象的引用放在栈里。为什么呢？因为引用的使用频率高吗？

不是的，因为 Java 在编译程序时，必须明确的知道存储在栈里的东西的生命周期，否则就没法释放旧的内存来开辟新的内存空间存放引用——空间就那么大，前浪要把后浪拍死在沙滩上啊。

这么说就理解了吧？

如果还不理解的话，可以看一下这个视频，讲的非常不错：什么是堆？什么是栈？他们之间有什么区别和联系？

用图来表示一下，左侧是栈，右侧是堆。

这里再补充一些额外的知识点，能看懂就继续吸收，看不懂可以先去学下一节，以后再来补，没关系的。学习就是这样，可以跳过，可以温故。

举个例子。

String a = new String("沉默王二")

这段代码会先在堆里创建一个 沉默王二的字符串对象，然后再把对象的引用 a 放到栈里面。这里面还会涉及到字符串常量池，后面会讲。

那么对于这样一段代码，有基本数据类型的变量，有引用类型的变量，堆和栈都是如何存储他们的呢？

public void test()
{
    int i = 4;
    int y = 2;
    Object o1 = new Object();
}

我来画个图表示下。

应该一目了然了吧？

“好了，三妹，关于 Java 中的数据类型就先说这么多吧，你是不是已经清楚了？”转动了一下僵硬的脖子后，我对三妹说。

08、小结

本文详细探讨了 Java 数据类型，包括比特与字节、基本数据类型、单精度与双精度、int 与 char 互转、包装器类型、引用数据类型以及堆与栈的内存模型。通过阅读本文，你将全面了解 Java 数据类型的概念与使用方法，为 Java 编程打下坚实基础。

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