深入解析Java的int类型(24年了你不会还不知道它最大是约21亿吧)

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面试官问你Java的int占用几个字节？你蒙懵逼了能行吗？一想起21亿不就推理出来了2的32次方，包括一个符号位占1次方。

1. Java `int` 类型概述

定义

int 是 Java 的基本数据类型之一，用于存储 32 位的有符号整数。
它是一个 原始类型（primitive type），值直接存储在栈中，而不是堆内存。

存储结构

Java 的 int 类型占用 4 字节（32 位）：
- 1 位：符号位，用于表示正负号。
  - 0 表示正数。
  - 1 表示负数。
- 31 位：数值位，用于存储整数的二进制补码形式。

2. `int` 的取值范围

有符号整数的范围

由于 int 类型有 1 位符号位，因此有效数值位是 31 位，其取值范围是：

范围=[−231,231−1]\text{范围} = [-2^{31}, 2^{31} - 1]范围=[−231,231−1]

计算结果为：

最小值：−231=−2,147,483,648-2^{31} = -2,147,483,648−231=−2,147,483,648
最大值：231−1=2,147,483,6472^{31} - 1 = 2,147,483,647231−1=2,147,483,647

为什么是 `2^31 - 1`？

符号位的影响

int 的最高位是符号位（MSB，Most Significant Bit），决定了数的正负：
- 正数：符号位为 0，如 0111...1111。
- 负数：符号位为 1，如 1000...0000。

补码的作用

Java 使用 二进制补码 表示有符号整数：
- 正数的补码与原码相同。
- 负数的补码为其绝对值原码按位取反后加 1。
补码的设计确保了：
- 符号位影响运算，同时支持加减法直接计算。
- 负数范围比正数多一个值：0 属于正数范围。

溢出问题

int 类型有固定的取值范围，超出范围会导致 溢出（overflow）。

public class IntOverflowExample {
    public static void main(String[] args) {
        int max = Integer.MAX_VALUE; // 2147483647
        int min = Integer.MIN_VALUE; // -2147483648

        System.out.println("Max int: " + max);
        System.out.println("Max int + 1: " + (max + 1)); // 溢出为负
        System.out.println("Min int: " + min);
        System.out.println("Min int - 1: " + (min - 1)); // 溢出为正
    }
}

Max int: 2147483647
Max int + 1: -2147483648
Min int: -2147483648
Min int - 1: 2147483647

Java 不会检查整数溢出，超出范围的值会 绕回（wrap around） 到负数或正数。

转换为无符号整数

虽然 Java 不直接支持无符号 int，但通过工具方法可以模拟无符号行为。

示例：将 `int` 转为无符号

public class UnsignedIntExample {
    public static void main(String[] args) {
        int signedInt = -1; // 有符号的 -1
        long unsignedInt = Integer.toUnsignedLong(signedInt);

        System.out.println("Signed int: " + signedInt); // -1
        System.out.println("Unsigned int: " + unsignedInt); // 4294967295
    }
}