第三章 数据类型和变量

程序的基本功能就是处理数据，程序用变量表示数据。

在程序中，必须先定义变量，才能使用它。

定义变量指的是设定变量的数据类型和变量的名字。

定义变量的基本语法为：

数据类型名 变量名

例如：

int result = 1;

以上代码中的“=”为赋值运算符，用于把右边表达式的值赋给左边的变量。

Java语言把数据类型分为基本类型和引用类型：

基本类型：

  • 数值类型
  • 浮点数类型
  • float
  • double
  • 整数类型
  • byte
  • short
  • int
  • long
  • char
  • boolean

引用类型：

  • 引用
  • 类类型
  • 接口类型
  • 数组类型

3.1 基本数据类型

基本数据类型的取值范围：

数据类型

关键字

在内存中占用的字节数

取值范围

默认值

布尔型

boolean

1个字节（8位）

true，false

false

字节型

byte

1个字节（8位）

-127~128

0

字符型

char

2个字节（16位）

0~2^16-1

'\u0000'

短整型

short

2个字节（16位）

-215~215-1

0

整型

int

4个字节（32位）

-231~231-1

0

长整型

long

8个字节（64位）

-263~263-1

0

单精度浮点型

float

4个字节（32位）

1.4013E-45~3.4028e+38

0.0F

双精度浮点型

double

8个字节（64位）

4.9E-324~1.7977E+308

0.0D

3.1.1 boolean类型

boolean类型的变量的取值只能是true或false

Java虚拟机对boolean类型的处理比较特别。

当Java编译器把Java源代码编译为字节码时，会用int或byte来表示boolean。在Java虚拟机中，用整数零来表示false，用任意一个非零整数来表示true。

在Java源程序中，不允许把整数或null赋值给boolean类型的变量。

3.1.2 byte、short、int和long类型

这四种类型都是整数类型，并且都是有符合整数。

  • 有符号数：把二进制的首位作为符号位，当首位时零时，对应10进制的正整数，当首位是1时，对应十进制的负整数。对于1个字节的二进制数，对应十进制的整数的范围是-128~127
  • 无符号整数：把二进制的所有位转换为正整数。对于1个字节的二进制数，对应十进制数的取值范围是0~256
  1. 选择合适的整数类型：

在定义一个变量时，到底要选用哪种数据类型，需要同时考虑实际需求和程序的性能。

在Java语言中，如果数学表达式中都是整数，那么表达式的返回值只能是long或int类型，如果把返回值赋给byte类型，则必须进行强制类型转换。

  1. 给整数类型变量赋值

如果一个整数值在某种整数类型的取值范围内，就可以直接赋值给这种类型的变量，否则必须进行强制类型转换。

Java语言允许把二进制（以0b开头）、八进制（以0开头）、十六进制（以0x开头）和十进制数赋给整数类型变量。

  1. 用符合“_”分割数字，提高可读性。

例如：

int a = 1000000;
int a = 1_000_000;

以上代码作用完全相同，区别在于第二段代码具有更好的可读性。可以清晰的看到数字的长度。

3.1.3 char类型与字符编码

char是字符数据类型，Java语言对字符采用Unicode字符编码。

常见的字符编码包括：

  • ASCII编码
  • ISO-8859-1编码
  • GB2312编码
  • GBK编码
  • Unicode编码
  • UTF编码

Java语言采用UCS-2编码，字符占两个字节。

Java语言把字符同时作为无符号整数对待，取值范围是0~2^16-1

常见的转义字符：

转义字符

描述

\n

换行符，将光标定位在下一行的开头

\t

垂直制表符，将光标移到下一个制表符的位置

\r

回车，将光标定位在当前行的开头，不会跳到下一行

\\

代表反斜杠字符

\'

代表单引号字符

\"

代表双引号字符

3.1.4 float和double类型

Java语言支持两种浮点类型的小数

  • float：占4个字节，共32位，称为单精度浮点数
  • double：占8个字节，共64位，称为双精度浮点数

3.2 引用类型

引用类型可分为：类引用类型，接口引用类型和数组引用类型。

以下代码定义了3个引用变量：

Doll doll;
java.lang.Runnable myThread;
int[] intArray;
  • doll变量位类引用类型，引用这个类或其子类的实例
  • myThread变量为接口引用类型，引用实现了这个接口的类的实例
  • intArray变量为数组引用类型，引用这个数组类型的实例

注意：在Java中，数组也被看作对象，所以说，不管何种引用类型的变量，它们引用的都是对象

3.2.1 基本类型和引用类型的区别
  • 基本类型代表简单的数据类型，引用类型所引用的实例能表示任意一种复杂的数据结构。
  • 基本类型仅表示数据类型，而引用类型所引用的实例除了表示复杂数据类型，还能包括操作这种数据类型的行为。
  • Java虚拟机处理引用类型变量和基本类型的方式不一样：对于基本类型的变量，Java虚拟机会为其分配数据类型实际占用的内存大小，而对于引用类型变量，它仅仅是一个指向堆区中的某个实例的指针。
3.2.2 用new关键字创建对象

当一个引用类型的变量被声明后，如果没有初始化，那么它不指向任何对象。

Java语言用new关键字创建对象，它有以下作用：

  • 为对象分配内存空间，将对象的实例变量自动初始化为其变量类型的默认值。
  • 如果实例变量在声明时被显式初始化，那就把初始化值赋给实例变量。
  • 调用构造方法
  • 返回对象的引用

3.3 变量的作用域

变量的作用域是指它的存在范围，只有在这个范围内，程序代码才能访问它。

变量的作用域决定了变量的生命周期，变量的生命周期是指从一个变量被创建并分配内存空间开始，到这个变量被销毁并清除内存的过程。

按照作用域的不同，变量可分为以下类型：

  • 成员变量：在类中声明，作用域整个类
  • 局部变量：在一个方法的内部或方法的一个代码块的内部声明。如果在一个方法内声明，则作用域为整个方法，如果在一个方法的某个代码块的内部声明，则作用域是这个代码块（代码块是指一对大括号内的代码）
  • 方法参数：方法或者构造方法的参数，它的作用域是整个方法或构造方法
  • 异常处理参数：是指catch(Exception e)语句中的异常参数e，作用域是紧跟catch语句后面的代码块。

成员变量可以在类中的方法外的任何地方定义，而局部变量必须先定义后使用。

3.3.1 实例变量和静态变量的生命周期

类的成员变量有两种，一种是被static关键字修饰的变量，叫类变量，或静态变量；一种是没有static修饰的变量，叫实例变量。

  • 类的静态变量在内存中只有一个，Java虚拟机在加载类的过程中为静态变量分配内存，静态变量位于方法区。被类的所有实例共享。静态变量可直接通过类名访问。静态变量的生命周期取决于类的声明周期，当加载类的时候，静态变量被创建并分配内存，当卸载类的时候，静态变量被消耗并撤销内存。
  • 类的每个实例都有相应的实例变量。每创建一个类的实例，Java虚拟机就会为实例变量分配一次内存，实例变量位于堆区中，实例变量的生命周期取决于实例的声明周期，当创建实例的时候，实例变量被创建并分配内存；当销毁实例的时候，实例变量被销毁并撤销内存。

静态变量可以作为所有实例的共享数据，它不依赖于特定的实例；而实例变量属于特定的实例。

3.3.2 局部变量的生命周期

局部变量的生命周期取决于方法何时被调用及结束调用。

  • 当Java虚拟机（确切的说，是Java虚拟机中的某个线程）调用一个方法时，会为这个方法的局部变量分配内存。
  • 当Java虚拟机结束调用一个方法时，会结束这个方法中局部变量的生命周期。
3.3.3 成员变量和局部变量同名

在同一个作用域内不允许定义同名的多个变量。

在一个方法内，可以定义和成员变量同名的局部变量和方法参数，此时成员变量被屏蔽。如果要访问实例变量，可以使用this关键字。this为当前实例的引用。如果要访问类变量，可以通过类名访问。

3.3.4 将局部变量的作用域最小化

将局部变量的作用域最小化可以增加代码的可读性和 可维护性，并且降低出错的可能性。

将局部变量的作用域最小化，应该遵守以下规则

  • 在需要使用某局部变量时，才定义它。
  • 使方法小而集中。如果一个方法包含多种操作，尽可能把这个方法分解为多个小方法，每个方法负责一项操作。

3.4 对象的默认引用：this

当一个变量创建好后，Java虚拟机就会给他分配一个引用自身的指针：this。所有对象默认的引用名均为this。

在程序中，以下情况会使用this关键字：

  • 在类的构造方法中，通过this关键字调用这个类的另一个构造方法
  • 在一个类的实例中，局部变量或参数和实例变量同名，实例变量被屏蔽
  • 在一个实例方法内，访问当前实例的引用

注意：只能在构造方法或实例方法中使用this关键字，而在静态方法和静态代码块内不能使用this关键字

3.5 参数传递

如果方法A调用方法B，那么称方法A是方法B的调用者。如果方法B的参数是基本数据类型，那么方法A向方法B传递参数的值；如果方法B的参数是数组或对象，那么方法A向方法B传递对象或数组的引用。

3.6 变量的初始化和默认值

程序中的变量用域表现现实系统中的某种数据。

Java语言要求变量遵循先定义，初始化再使用的规则。

变量的初始化是指自从定义变量以后，首次给它赋值的过程。

3.6.1 成员变量的初始化

对于类的成员变量，不管程序有没有显式的进行初始化，Java虚拟机会自动给它初始化为默认值。

3.6.2 局部变量的初始化

局部变量声明之后，Java虚拟机不会自动给它初始化为默认值。因此局部变量必须显式初始化。

如果局部变量没有初始化，并且在方法中一直没有被使用，编译和运行都会通过

3.7 直接数

直接数是指直接赋给变量的具体数值。

3.7.1 直接数的类型
  • int型直接数
  • long型直接数
  • float型直接数
  • double型直接数
  • boolean型直接数
  • char型直接数
  • String型直接数

Java的直接数具有以下特点：

  • 对于基本数据类型，除了byte和short类型，都有相应的直接数
  • 对于整数，如果在int类型的取值范围内，就是int型直接数；如果在long类型的范围内，就是long型直接数。
  • 对于long、float和double型直接数，可以分别加上后缀L、F或D
  • 如果一个小数没有任何后缀，那么它是double型直接数
  • 对于引用类型，只有String类型具有直接数
  • String类型和char类型的直接数的区别是：前者表示字符串，位于双引号内，后者表示字符，位于单引号内。
3.7.2 直接数的赋值

直接数的赋值具有以下特点：

  • 基本类型直接数不允许赋值给String类型变量，反之亦然。
  • boolean类型的直接数只能赋值给boolean类型，boolean类型的变量只接受boolean类型的直接数。
  • 把int类型的直接数赋值给byte、short或char类型的变量时，如果直接数的值位于该变量的取值范围内，就允许直接赋值；否则必须进行强制类型转换。
  • 把float类型和double类型直接数赋值给整型变量时，必须进行强制类型转换；而把整型直接数赋值给float或double类型变量时，允许直接赋值。
  • 把double型直接数赋值给float类型时，必须经过强制类型转换；把float直接数赋值给double类型时，可以直接赋值。