Java程序设计基础::(3)、数据类型
摘要
Java 语言是强类型语言，编译器存储在变量中的数值具有适当的数据类型。学习任何一种编程语言都要了解其数据类型，本文将详细介绍 Java 中的数据类型。
一、Java语言的数据类型
Java 语言支持的数据类型分为两种：基本数据类型（Primitive Type）和引用数据类型（Reference Type）。
1、Java基本数据类型
基本数据类型包括 boolean（布尔型）、float（单精度浮点型）、char（字符型）、byte（字节型）、short（短整型）、int（整型）、long（长整型）和 double （双精度浮点型）共 8 种，详见下表。
| 类型名称 | 关键字 | 占用内存 | 取值范围 |
|---|---|---|---|
| 字节型 | byte | 1 字节 | -128~127 |
| 短整型 | short | 2 字节 | -32768~32767 |
| 整型 | int | 4 字节 | -2147483648~2147483647 |
| 长整型 | long | 8 字节 | -9223372036854775808L~9223372036854775807L |
| 单精度浮点型 | float | 4 字节 | +/-3.4E+38F（6~7 个有效位） |
| 双精度浮点型 | double | 8 字节 | +/-1.8E+308 (15 个有效位） |
| 字符型 | char | 2 字节 | ISO 单一字符集 |
| 布尔型 | boolean | 1 字节 | true 或 false |
提示：char 代表字符型，实际上字符型也是一种整数类型，相当于无符号整数类型。
所有的基本数据类型的大小（所占用的字节数）都已明确规定，在各种不同的平台上保持不变，这一特性有助于提高
Java 程序的可移植性。
Java 数据类型的结构如下图
Java 是一种强制类型的语言，所有的变量都必须先明确定义其数据类型，然后才能使用。Java 中所有的变量、表达式
和值都必须有自己的类型，没有“无类型”变量这样的概念。
2、Java基本数据类型
基本数据类型又可分为 4 大类，即整数类型（包括 byte、short，int 和 long）、浮点类型（包括 float 和 double）、布
尔类型和字符类型（char），下面分别介绍这 4 大类数据类型。
1）整数类型
Java 定义了 4 种整数类型变量：字节型（byte）、短整型（short）、整型（int）和长整型（long）。这些都是有符号的值，正数或负数。
创建一个 Java 程序，在 main() 方法中声明各种整型的变量并赋予初值，最后将变量相加并输出结果，代码如下：
public static void main(String[] args) {
byte a = 20; // 声明一个byte类型的变量并赋予初始值为20
short b = 10; // 声明一个short类型的变量并赋予初始值为10
int c = 30; // 声明一个int类型的变量并赋予初始值为30
long d = 40; // 声明一个long类型的变量并赋予初始值为40
long sum = a + b + c + d;
System.out.println("20+10+30+40=" + sum);
}
保存该段代码并运行，输出的最终结果如下图所示：
在该示例中，首先依次定义了 byte 类型、short 类型、int 类型和 long 类型的 4 个变量，并赋予了初始值，然后定义了
一个 long 类型、名称为 sum 的变量。sum 变量的值为前 4 个变量之和，最后输出 sum 变量的值，即相加之后的结果。
提示：因为 byte 类型、short 类型、int 类型和 long 类型都是整数类型，故可以使用“+”相加，而非字符串之间的连接。
2）浮点类型
浮点类型是带有小数部分的数据类型，也叫实型。浮点型数据包括单精度浮点型（float）和双精度浮点型（double），代表有小数精度要求的数字。
单精度浮点型（float）和双精度浮点型（double）之间的区别主要是所占用的内存大小不同，float 类型占用 4 字节的
内存空间，double 类型占用 8 字节的内存空间。双精度类型 double 比单精度类型 float 具有更高的精度和更大的表示
范围。
Java 默认的浮点型为 double，例如，11.11 和 1.2345 都是 double 型数值。如果要说明一个 float 类型数值，就需要在其后追加字母 f 或 F，如 11.11f 和 1.2345F 都是 float 类型的常数。
可以使用如下方式声明 float 类型的变量并赋予初值。
float price = 12.2f; // 定义float类型并赋予初值
也可以使用如下的任意一种方式声明 double 类型的变量并赋予初值。
double price = 12.254d; // 定义double类型的变量并赋予初值
或
double price = 12.254; // 定义double类型的变量并赋予初值
注意：一个值要能被真正看作 float，它必须以 f（或 F）后缓结束；否则，会被当作 double 值。对 double 值来说，d（或 D）后缓是可选的。
实例：
假设从 A 地到 B 地路程为 2348.4 米，那么往返 A 和 B 两地需要走多少米？
由于路径数据为浮点类型，在这里定义一个类型为 double 的变量来存储单程距离，并定义一个 int 类型的变量来存储
次数。另外，因为计算得到的值为 float 类型，所以可以定义一个 float 类型的变量来存储总距离。
代码如下：
public static void main(String[] args) {
double lutu = 2348.4; // 定义 double 类型的变量，用于存储单程距离
int num = 2; // 定义 int 类型的变量，用于存储次数
float total = (float) (lutu * 2); // 定义 float 类型的变量，用于存储总距离
System.out.println("往返 AB 两地共需要行驶：" + total + " 米");
}
保存文件并运行，输出的结果如下图：
该示例中首先定义了一个类型为 double、名称为 lutu 的变量用于存储单程距离，然后定义了一个类型为 int、名称为
num 的变量用于存储经过的次数，最后定义了一个类型为 float、名称为 total 的变量用于存储总距离。
其实一个 double 类型的数据与一个 int 类型的数据相乘后得到的结果类型为 double，但是由于单程距离乘以次数为一
个单精度浮点型（float 类型）的数，因此可以将总距离转换为 float 类型的数据。
3）布尔类型
布尔类型（boolean）用于对两个数值通过逻辑运算，判断结果是“真”还是“假”。Java 中用保留字 true 和 false 来代表
逻辑运算中的“真”和“假”。因此，一个 boolean 类型的变量或表达式只能是取 true 和 false 这两个值中的一个。
在 Java 语言中，布尔类型的值不能转换成任何数据类型，true 常量不等于 1，而 false 常量也不等于 0。这两个值只能
赋给声明为 boolean 类型的变量，或者用于布尔运算表达式中。
例如，可以使用以下语句声明 boolean 类型的变量。
boolean isable; // 声明 boolean 类型的变量 isable
boolean b = false; // 声明 boolean 类型的变量 a，并赋予初值为 false
4）字符类型
Java 语言中的字符类型（char）使用两个字节的 Unicode 编码表示，它支持世界上所有语言，可以使用单引号字符或
者整数对 char 型赋值。
一般计算机语言使用 ASCII 编码，用一个字节表示一个字符。ASCII 码是 Unicode 码的一个子集，用 Unicode 表示 ASCII 码时，其高字节为 0，它是其前 255 个字符。
Unicode 字符通常用十六进制表示。例如“\u0000”~“\u00ff”表示 ASCII 码集。“\u”表示转义字符，它用来表示其后 4 个十六进制数字是 Unicode 码。
字符型变量的类型为 char，用来表示单个的字符，例如：
char letter = 'D';
char numChar = '5';
第一条语句将字符 D 赋给字符型变量 letter；第二条语句将数字字符 5 赋给字符型变量 numChar。
下面代码在 main() 方法中定义两个字符类型的变量，并使之相对应的 ASCII（Unicode）值相加，最后将相加后的结果输出。
public static void main(String[] args) {
char a = 'A'; // 向 char 类型的 a 变量赋值为 A，所对应的 ASCII 值为 65
char b = 'B'; // 向 char 类型的 b 变量赋值为 B，所对应的 ASCII 值为 66
System.out.println("A 的 ASCII 值与 B 的 ASCII 值相加结果为："+(a+b));
}
保存该段代码并运行，输出结果如图 4 所示。
在该程序中，a 变量首先被赋值为“A”，字母 A 在 ASCII（和 Unicode）中对应的值为 65。接着又定义了一个类型为
char 的变量 b，赋值为“B”，字母 B 在 ASCII（和 Unicode）中所对应的值为 66。因此相加后得出的结果为 131。
提示：字符通常用 16 进制表示，范围从“\uOOOO”~“\uFFFF”，即从 0~65535。\uOOOO 和 \uFFFF 中的 u 告诉编译器是用两个字节（16 位）字符信息表示一个 Unicode 字符。
Java引用数据类型
引用数据类型建立在基本数据类型的基础上，包括数组、类和接口。引用数据类型是由用户自定义，用来限制其他数据的类型。另外，Java 语言中不支持 C++ 中的指针类型、结构类型、联合类型和枚举类型。
引用类型还有一种特殊的 null 类型。所谓引用数据类型就是对一个对象的引用，对象包括实例和数组两种。实际上，引用类型变量就是一个指针，只是 Java 语言里不再使用指针这个说法。
空类型（null type）就是 null 值的类型，这种类型没有名称。因为 null 类型没有名称，所以不可能声明一个 null 类型的变量或者转换到 null 类型。
空引用（null）是 null 类型变量唯一的值。空引用（null）可以转换为任何引用类型。
在实际开发中，程序员可以忽略 null 类型，假定 null 只是引用类型的一个特殊直接量。
注意：空引用（null）只能被转换成引用类型，不能转换成基本类型，因此不要把一个 null 值赋给基本数据类型的变量。
二、Java数据类型转换：强制类型转换+自动类型转换
数据类型的转换是在所赋值的数值类型和被变量接收的数据类型不一致时发生的，它需要从一种数据类型转换成另一种
数据类型。数据类型的转换可以分为隐式转换（自动类型转换）和显式转换（强制类型转换）两种。
1、隐式转换（自动类型转换）
如果以下 2 个条件都满足，那么将一种类型的数据赋给另外一种类型变量的时，将执行自动类型转换（automatic type conversion）。
两种数据类型彼此兼容目标类型的取值范围大于源数据类型（低级类型数据转换成高级类型数据）
当以上 2 个条件都满足时，拓宽转换（widening conversion）发生。例如 byte 类型向 short 类型转换时，由于 short 类型的取值范围较大，会自动将 byte 转换为 short 类型。
在运算过程中，由于不同的数据类型会转换成同一种数据类型，所以整型、浮点型以及字符型都可以参与混合运算。自
动转换的规则是从低级类型数据转换成高级类型数据。转换规则如下：
数值型数据的转换：byte→short→int→long→float→double。
字符型转换为整型：char→int。
以上数据类型的转换遵循从左到右的转换顺序，最终转换成表达式中表示范围最大的变量的数据类型。
顾客到超市购物，购买牙膏 2 盒，面巾纸 4 盒。其中牙膏的价格是 10.9 元，面巾纸的价格是 5.8 元，求商品总价格。实现代码如下：
public static void main(String[] args) {
float price1 = 10.9f; // 定义牙膏的价格
double price2 = 5.8; // 定义面巾纸的价格
int num1 = 2; // 定义牙膏的数量
int num2 = 4; // 定义面巾纸的数量
double res = price1 * num1 + price2 * num2; // 计算总价
System.out.println("一共付给收银员" + res + "元"); // 输出总价
}
上述代码中首先定义了一个 float 类型的变量存储牙膏的价格，然后定义了一个 double 类型的变量存储面巾纸的价格，再定义两个 int 类型的变量存储物品的数量，最后进行了乘运算以及和运算之后，将结果储存在一个 double 类型的变量中进行输出。
从执行结果看出，float、int 和 double 三种数据类型参与运算，最后输出的结果为 double 类型的数据。这种转换一般
称为“表达式中类型的自动提升”。
自动类型提升有好处，但它也会引起令人疑惑的编译错误。例如，下面看起来正确的程序却会引起问题：
byte b = 50;
b = b * 2; // Type mismatch: cannot convert from int to byte
如上所示，第二行会报“类型不匹配：无法从int转换为byte”错误。
该程序试图将一个完全合法的 byte 型的值 50*2 再存储给一个 byte 型的变量。但是当表达式求值的时候，操作数被自动的提升为 int 型，计算结果也被提升为 int 型。这样表达式的结果现在是 int 型，不强制转换它就不能被赋为 byte 型。确实如此，在这个特别的情况下，被赋的值将仍然适合目标类型。
所以应该使用一个显示的强制类型转换，例如：
byte b = 50;
b = (byte)(b*2);
这样就能产生正确的值 100。
注意：char 类型比较特殊，char 自动转换成 int、long、float 和 double，但 byte 和 short 不能自动转换为 char，而且 char 也不能自动转换为 byte 或 short。
显式转换（强制类型转换）
尽管自动类型转换是很有帮助的，但并不能满足所有的编程需要。例如，如果你需要将 double 型的值赋给一个 int 型的变量，你将怎么办？
这种转换不会自动进行，因为 double 型的变化范围比 int 型的要小。这种转换有使成为“缩小转换”，因为你肯定要将源数据类型的值变小才能适合目标数据类型。
所以当两种数据类型不兼容，或目标类型的取值范围小于源类型时，自动转换将无法进行，这时就需要进行强制类型转换。其语法格式如下：
(type)variableName
其中，type 为 variableName 要转换成的数据类型，而 variableName 是指要进行类型转换的变量名称，强制转换的实例如下：
int a = 3;
double b = 5.0;
a = (int)b;
上述代码中首先将 double 类型变量 b 的值强制转换成 int 类型，然后将值赋给 a，但是变量 b 本身的值是没有发生变化的。
在强制类型转换中，如果是将浮点类型的值转换为整数，直接去掉小数点后边的所有数字；而如果是整数类型强制转换为浮点类型时，将在小数点后面补零。
顾客到超市购物，购买牙膏 2 盒，面巾纸 4 盒。其中牙膏的价格是 10.9 元，面巾纸的价格是 5.8 元，求商品总价格，在计算总价时采用 int 类型的数据进行存储。实现代码如下：
public static void main(String[] args) {
float price1 = 10.9f;
double price2 = 5.8;
int num1 = 2;
int num2 = 4;
int res2 = (int) (price1 * num1 + price2 * num2);
System.out.println("一共付给收银员" + res2 + "元");
}
在上述实例中，有 double 类型、float 类型和 int 类型的数据参与运算，其运算结果默认为 double 类型，题目要求的结
果为 int 类型，因为 int 类型的取值范围要小于 double 类型的取值范围，所以需要进行强制类型转换。