Java基本数据类型深入解析

java中基本数据类型一共有8种：

• 整数类型4种：byte、short、int、long
• 浮点数类型2种：float、double
• 字符类型1种：char
• 布尔类型1种：boolean

基本数据类型是学习编程语言时首先接触的知识点，看似简单，但是其中有很多容易被忽略的细节，有很多摸不着头脑的bug往往出在最简单的基础部分，下面对基本数据类型进行一下深入解析，为以后的代码之路排排雷。

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第一部分：整数类型深入解析

首先给出整数类型所占字节大小和它们的数据范围：
byte：8位，最大存储数据量是255，存放的数据范围是-128~127之间。

short：16位，最大数据存储量是65536，数据范围是-32768~32767之间。

int：32位，最大数据存储容量是2的32次方减1，数据范围是负的2的31次方到正的2的31次方减1。

long：64位，最大数据存储容量是2的64次方减1，数据范围为负的2的63次方到正的2的63次方减1。

• 问题1：整型数据为什么有这么多种，直接使用范围最大的long不就可以了，何必那么麻烦去选择不同的整型类型？
  答：java语言所使用的领域很广泛，当应用在内存较小的设备上时，为了性能的提升，势必要对内存的占用锱铢必较，long类型虽然表示的范围大，但是一个long类型的整型数内存相比于其他三种类型占用内存最大，在对内存设计有要求时需要慎重选择数据类型。

• 问题2：总是记不住它们的表示范围怎么办？
  答：不需要死记硬背，使用java中自带的包装类能够直接得出：
  byte的最小值：Byte.MIN_VALUE 最大值：Byte.MAX_VALUE
  short最小值：Short.MIN_VALUE 最大值：Short.MAX_VALUE
  int的最小值：Integer.MIN_VALUE 最大值：Integer.MAX_VALUE
  long的最小值：Long.MIN_VALUE 最大值：Long.MAX_VALUE

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第二部分：浮点数类型深入解析

float：32位，负数取值范围为 -3.4028235E+38 ~ -1.4E-45，
正数取值范围为 1.4E-45 ~ 3.4028235E+38，直接赋值时必须在数字后加上f或F。

double：64位，负值取值范围 -1.7976931348623157E+308 ~ -4.9E-324，
正值取值范围为 4.9E-324 ~ 1.7976931348623157E+308，赋值时可以加d或D也可以不加。

关于浮点数的细节很多，但我们首先必须明确浮点数的定义：

浮点数是一种对于实数的近似值数值表现。也就是说，浮点数不同于整型数，它并不能准确表示一个实数。

因此进行浮点运算时，这种运算通常伴随着因为无法精确表示而进行的近似或舍入，也就是所谓的精度丢失。例如当你计算double d = (1.2-0.4)/0.1时，计算结果为7.999999999999999,因此浮点运算不能应用在类似于银行系统需要精确数值的系统中。浮点数不适合用于精确计算，而适合进行科学计算。

• 为什么浮点数不能准确的表示一个实数？
  我们的计算机是二进制的。浮点数没有办法是用二进制进行精确表示。我们的CPU表示浮点数由两个部分组成：指数和尾数，这样的表示方法一般都会失去一定的精确度，有些浮点数运算也会产生一定的误差。如：2.4的二进制表示并非就是精确的2.4。反而最为接近的二进制表示是 2.3999999999999999。浮点数的值实际上是由一个特定的数学公式计算得到的，符合IEEE 754 标准。（具体解释可以参考：浮点计算中发生精度丢失的原因 ）

• 使用java包装类得到浮点数的数值范围：
  float的最小值：Float.MIN_VALUE 最大值：Float.MAX_VALUE
  double的最小值：Double.MIN_VALUE 最大值：Double.MAX_VALUE
  当我们System.out.println(Float.MIN_VALUE)和System.out.println(Float.MAX_VALUE)时发现控制台输出的分别是1.4E-45和3.4028235E38，也就是实际输出的是float能表示的最小正数和最大正数，要得到其负数表示范围在正数前加上负号即可。（个人理解是：根本没有必要分负数正数两个部分输出，因为只要知道其正数表示范围，那么负数范围也能直接看出）
  System.out.println(Double.MIN_VALUE)、System.out.println(Double.MAX_VALUE)跟float的类似，也是输出它的最小正数和最大正数。

• 浮点数据无法进行精确计算，那java通过什么方法来进行精确计算？（部分参考自使用BigDecimal进行精确运算）
  在大多数的商业计算中，一般采用java.math.BigDecimal类来进行精确计算。

在使用BigDecimal类来进行计算的时候，主要分为以下步骤：

1、用float或者double变量构建BigDecimal对象。

2、通过调用BigDecimal的加，减，乘，除等相应的方法进行算术运算。

3、把BigDecimal对象转换成float，double，int等类型。

一般来说，1.可以使用BigDecimal的构造方法或者静态方法的valueOf()方法把基本类型的变量构建成BigDecimal对象，也可以用”“直接构建成BigDecimal对象。

BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(1.2));
BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(0,4);
BigDecimal b3 = new BigDecimal("0.1");

对于常用的加，减，乘，除，BigDecimal类提供了相应的成员方法。

public BigDecimal add(BigDecimal value);           //加法
public BigDecimal subtract(BigDecimal value);      //减法 
public BigDecimal multiply(BigDecimal value);      //乘法
public BigDecimal divide(BigDecimal value，int scale，int roundingMode);        //除法

这里需要注意除法divide()中的后两个参数：scale表示结果保留小数点后的几位；roundingMode表示的是保留模式是什么，是四舍五入还是其它的。divide()是一个被重载的方法，你也可以只写两个参数divide(BigDecimal value，int roundingMode)，默认保存小数点后一位。

进行相应的计算后，我们可能需要将BigDecimal对象转换成相应的基本数据类型的变量，可以使用floatValue()，doubleValue()等方法。

为了使用方便，可以自己写一个工具类来提供加减乘除运算：

public class Arith {
    /**
     * 提供精确加法计算的add方法
     * @param value1 被加数
     * @param value2 加数
     * @return 两个参数的和
     */
    public static double add(double value1,double value2){
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.valueOf(value1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.valueOf(value2));
        return b1.add(b2).doubleValue();
    }

    /**
     * 提供精确减法运算的sub方法
     * @param value1 被减数
     * @param value2 减数
     * @return 两个参数的差
     */
    public static double sub(double value1,double value2){
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.valueOf(value1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.valueOf(value2));
        return b1.subtract(b2).doubleValue();
    }

    /**
     * 提供精确乘法运算的mul方法
     * @param value1 被乘数
     * @param value2 乘数
     * @return 两个参数的积
     */
    public static double mul(double value1,double value2){
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.valueOf(value1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.valueOf(value2));
        return b1.multiply(b2).doubleValue();
    }

    /**
     * 提供精确的除法运算方法div
     * @param value1 被除数
     * @param value2 除数
     * @param scale 精确范围
     * @return 两个参数的商
     * @throws IllegalAccessException
     */
    public static double div(double value1,double value2,int scale) throws IllegalAccessException{
        //如果精确范围小于0，抛出异常信息
        if(scale<0){
            throw new IllegalAccessException("精确度不能小于0");
        }
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.valueOf(value1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.valueOf(value2));
        return b1.divide(b2, scale).doubleValue();
    }
}

下面使用BigDecimal来计算(1.2-0.4)/0.1:

BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(1.2);
        BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(0.4);
        BigDecimal b3 = BigDecimal.valueOf(0.1);

        double d = b1.subtract(b2).divide(b3,BigDecimal.ROUND_HALF_UP).doubleValue();
        System.out.println(d);

输出结果：8.0

结果没有任何误差！

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第三部分：其他两种类型

boolean：只有true和false两个取值。

char：16位，存储Unicode码，用单引号赋值。

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总结：

1.在使用整型数据时需要根据内存需求合理选择数据类型，不需要死记硬背整型数和浮点数的数据表示范围，直接通过它们对应的包装类求出：X.MIN_VALUE、X.MAX_VALUE。
2.浮点数不适合用于精确计算，要进行精确计算可以使用BigDecimal。