JAVA基本数据类型及其包装类

一、背景

JAVA基本数据类型几乎每天都会用到，但是你真的了解其在计算机中是如何表示的吗？每一种基本数据类型的取值范围究竟是如何计算得到的？为什么float型所占字节数为4，但比同样占4个字节的int型的取值范围更为广阔？为什么float型和double型变量会有精度丢失的问题？这些问题都值得我们去细细探究一下。

二、JAVA基本数据类型

基本数据类型	最小值	最大值	所占字节
byte	2^7=-128	2^7-1=127	1
short	2^15=-32768	2^15-1=32767	2
int	2^31=0x80000000	2^31-1=0x7fffffff	4
long	2^63	2^63-1	8
float			4
double			8
char	0	2^16-1=65535	2
boolean			1

这八种基本类型可以分为以下几类：

1. boolean型：boolean

2. 数值型：

    A. 整数：按取值范围由小到大排列，byte，short，int，long

    B. 小数：按取值范围由小到大排列，float，double

三、数据在计算机中的存储结构

任何数据，在计算机中都是按照二进制进行存储的。基于此，我们可以根据不同基本类型所占字节数的多少，来计算得出其取值范围。

此外，数据有原码、反码、补码三种形式。

原码顾名思义，不再赘述。

反码就是原码按位取反，例如，原码为10101010，反码为01010101。

补码为原码取反码+1，例如，原码为10101010，补码为01010110。

说了这么多，本质上是为了说明，正数在计算机中用原码表示，而负数用其补码表示（第一位符号位为1，标识负数）。

这也就能解释为什么占用4个字节的int型变量的取值范围是-2^31 -- 2^31-1。这里先卖个关子，下边章节中进行具体计算。

四、基本数据类型的取值范围计算

 

 

4.1 boolean型

boolean型就不加以赘述了，只有true和false两种取值。

4.2 数值型

数值型又分为整数型和小数型两大类。

4.2.1 整数型

我们以int型为例。int型占用4个字节，共32位。第一位为符号位，0-正数，1-负数。

因此，最大的正数为0x7fffffff，即除了高位为0外，其他位均为1，对应十进制数为2^31-1；

最小的负数为0x80000000，其最高位为1，绝对值为0x80000000的补码即80000000。对应十进制数为2^31。

同理，可以得到short型和long型的取值范围，所不同的均为所占用字节数不同。

4.2.2 小数型：

小数型的数据存储方式与整数型不同，因此不能完全套用上文中提到的整数型的方式来进行取值范围计算。

小数型数据的存储结构分为符号位+指数位+尾数位。

符号位决定该小数是正数还是负数，指数位决定了其取值范围，而尾数位决定了其精度，即保留小数点后多少位。

float型的存储方式如下：

符号位 1位

指数位 8位

尾数位 23位

double型的存储方式：

符号位 1位

指数位 11位

尾数位 52位

从二者的尾数位的不同上看，你就可以理解为什么说double是双精度浮点数，其精度为什么要高于float。

由于8个指数位决定了其取值范围，且表征的是以2为底的指数，因此其取值范围要远远大于同样是8个位的整数。

五、基本数据类型的包装类及自动装拆箱

上文中说到了8种基本数据类型，在JAVA中，还有8种与之对应的包装类。具体关联关系如下表：

 

基本数据类型	包装类
byte	Byte
char	Character
short	Short
int	Integer
long	Long
float	Float
double	Double
boolean	Boolean

那么很多人看到这里要问，既然JAVA有了这些基本类型，为什么还要引入包装类的概念呢？为什么要引入自动拆装箱呢？原因很简单，那就是JAVA是面向对象的语言，很多地方要用到的不是基本数据类型，而是其包装类。如果没有自动拆装箱，势必涉及从基本数据类型创建其包装类的实例，代码不够简洁。

例如，如果我们不使用自动拆装箱，那么就不可避免地引入：Integer i = new Integer(1);

但是如果我们借助于自动拆装箱，可以使用：Integer i = 1；相比较而言，简洁了很多。

自动拆装箱是由JAVA编译器提供的功能，以int与Integer的互转为例，可以通过调用Integer.valueOf实现int到Integer的转换，实现装箱；通过调用Integer.intValue实现Integer到int的转换，即拆箱。这一切都是由JAVA编译器提供的，对开发者完全透明。

 

六、类型间的转换

1. 将取值范围小的类型向取值范围大的类型转换，必须使用强制类型转换，有可能会损失精度或数据溢出

例如将double型向float型转换，极有可能会损失精度。

2. 浮点数到整数的转换其实是舍弃小数部分，而不是四舍五入；

3. 包装类有帮助进行类型转换的方法，例如Integer.longValue, shortValue，floatValue，doubleValue。

七、==与equals方法

基本数据类型比较是否相等时，常用==进行比较。

比如：

int i = 0;
int j = 0;
System.out.println(i == j); // true

但是基本数据类型的包装类的实例其实是个对象，对象间==的语义是两者是否是同一个引用。因此不能简单用==来进行比较。

Double i = 1.0;
Double j = 1.0;
System.out.println(i==j); // false

我们之所以没有用Integer来举例，是因为Integer.valueOf方法中对-128--127之间的数进行了cache，因此valueOf函数的返回值是同一个引用。

而equals方法的出现就是用来解决上述问题的，即两个同等类型的包装类的对象是否在取值上相等。

 public boolean equals(Object obj) {
        if (obj instanceof Integer) {
            return value == ((Integer)obj).intValue();
        }
        return false;
    }

首先判断是否为同类型，如果不同，则直接就是不相等。如果是同类型，则取intValue，看是否在取值上相等。

个人认为equals方法算是JAVA中比较重要的方法，其最常见的使用场景是在HashMap.get(Object key)中。通过key的hash值找到HashMap中对应该hash值的链表，然后遍历，通过key.equals(链表中取到的key)，来最终定位到期望的key，之后取出对应的value。

最容易出错的场景就是在很多初学者非常容易忘记equals方法的实现，尤其是实现中首先要判断是否为同类型。即使语义上的取值相同，但类型不同，也会被equals方法判定为false，从而在HashMap中获取不到期望的key-value。