Java 基础数据类型与运算符深度剖析
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一、Java 数据类型概述
在 Java 编程里，数据类型是构建程序的基石。Java 的数据类型主要分为基本数据类型和引用数据类型。基本数据类型直接存储数据值，而引用数据类型存储的是对象在内存中的地址。
| 类别 | 具体类型 | 存储大小 | 默认值 | 取值范围 |
|---|---|---|---|---|
| 整数型 | byte | 1 字节 | 0 | -128 到 127 |
| short | 2 字节 | 0 | -32768 到 32767 | |
| int | 4 字节 | 0 | -2147483648 到 2147483647 | |
| long | 8 字节 | 0L | -9223372036854775808 到 9223372036854775807 | |
| 浮点型 | float | 4 字节 | 0.0f | ±3.40282347E+38F（6 - 7 位有效数字） |
| double | 8 字节 | 0.0d | ±1.79769313486231570E+308（15 - 17 位有效数字） | |
| 字符型 | char | 2 字节 | '\u0000' | 0 到 65535（Unicode 编码） |
| 布尔型 | boolean | 1 位（实际因 JVM 而异） | false | true 或 false |
二、基本数据类型详解
1. 整数类型
整数类型用于存储整数值，不同的整数类型在存储大小和取值范围上有所不同。
public class IntegerTypeExample {
public static void main(String[] args) {
// byte 类型
byte byteValue = 100;
System.out.println("byte 值: " + byteValue);
// short 类型
short shortValue = 30000;
System.out.println("short 值: " + shortValue);
// int 类型
int intValue = 2147483647;
System.out.println("int 值: " + intValue);
// long 类型，需加 L 后缀
long longValue = 9223372036854775807L;
System.out.println("long 值: " + longValue);
}
}2. 浮点类型
浮点类型用于存储小数，float 和 double 的精度和存储大小不同。
public class FloatingTypeExample {
public static void main(String[] args) {
// float 类型，需加 f 后缀
float floatValue = 3.14f;
System.out.println("float 值: " + floatValue);
// double 类型
double doubleValue = 3.1415926;
System.out.println("double 值: " + doubleValue);
}
}3. 字符类型
字符类型 char 用于存储单个字符，采用 Unicode 编码。
public class CharTypeExample {
public static void main(String[] args) {
// 直接存储字符
char charValue1 = 'A';
System.out.println("char 值 1: " + charValue1);
// 使用 Unicode 转义序列
char charValue2 = '\u0041';
System.out.println("char 值 2: " + charValue2);
}
}4. 布尔类型
布尔类型只有两个值：true 和 false，常用于条件判断。
public class BooleanTypeExample {
public static void main(String[] args) {
boolean isTrue = true;
boolean isFalse = false;
System.out.println("isTrue: " + isTrue);
System.out.println("isFalse: " + isFalse);
}
}三、类型转换与溢出
在 Java 中，不同数据类型之间可以进行转换，同时要注意可能出现的溢出问题。
1. 自动类型转换
当把一个小范围的数据类型赋值给大范围的数据类型时，会发生自动类型转换。自动类型转换是安全的，不会造成数据丢失。
public class AutomaticTypeConversionExample {
public static void main(String[] args) {
// 从 byte 到 int 的自动转换
byte byteValue = 10;
int intFromByte = byteValue;
System.out.println("从 byte 自动转换为 int 的值: " + intFromByte);
// 从 short 到 long 的自动转换
short shortValue = 1000;
long longFromShort = shortValue;
System.out.println("从 short 自动转换为 long 的值: " + longFromShort);
// 从 int 到 double 的自动转换
int intValue = 20;
double doubleFromInt = intValue;
System.out.println("从 int 自动转换为 double 的值: " + doubleFromInt);
// 从 float 到 double 的自动转换
float floatValue = 3.14f;
double doubleFromFloat = floatValue;
System.out.println("从 float 自动转换为 double 的值: " + doubleFromFloat);
}
}2. 强制类型转换
当把一个大范围的数据类型赋值给小范围的数据类型时，需要进行强制类型转换。强制类型转换可能会导致数据丢失或溢出。
public class ForcedTypeConversionExample {
public static void main(String[] args) {
// 从 int 到 byte 的强制转换
int intValue = 130;
byte byteFromInt = (byte) intValue;
System.out.println("从 int 强制转换为 byte 的值: " + byteFromInt);
// 从 double 到 float 的强制转换
double doubleValue = 3.1415926;
float floatFromDouble = (float) doubleValue;
System.out.println("从 double 强制转换为 float 的值: " + floatFromDouble);
// 从 long 到 int 的强制转换
long longValue = 2147483648L;
int intFromLong = (int) longValue;
System.out.println("从 long 强制转换为 int 的值: " + intFromLong);
}
}3. 溢出处理
在进行整数运算时，可能会出现溢出情况，可以使用 Math 类的方法进行检查。
import java.math.BigInteger;
public class OverflowHandlingExample {
public static void main(String[] args) {
int maxInt = Integer.MAX_VALUE;
try {
int result = Math.addExact(maxInt, 1);
} catch (ArithmeticException e) {
System.out.println("发生溢出: " + e.getMessage());
}
}
}四、运算符详解
1. 算术运算符
算术运算符用于执行基本的数学运算。
public class ArithmeticOperatorsExample {
public static void main(String[] args) {
int a = 10;
int b = 3;
System.out.println("加法: " + (a + b));
System.out.println("减法: " + (a - b));
System.out.println("乘法: " + (a * b));
System.out.println("除法: " + (a / b));
System.out.println("取余: " + (a % b));
System.out.println("自增: " + (++a));
System.out.println("自减: " + (--b));
}
}2. 位运算符
位运算符用于对二进制位进行操作。
public class BitwiseOperatorsExample {
public static void main(String[] args) {
int num1 = 5; // 二进制: 0101
int num2 = 3; // 二进制: 0011
System.out.println("按位与: " + (num1 & num2));
System.out.println("按位或: " + (num1 | num2));
System.out.println("按位异或: " + (num1 ^ num2));
System.out.println("按位取反: " + (~num1));
System.out.println("左移: " + (num1 << 1));
System.out.println("右移: " + (num1 >> 1));
System.out.println("无符号右移: " + (num1 >>> 1));
}
}3. 逻辑运算符
逻辑运算符用于布尔值的逻辑运算。
public class LogicalOperatorsExample {
public static void main(String[] args) {
boolean bool1 = true;
boolean bool2 = false;
System.out.println("逻辑与: " + (bool1 && bool2));
System.out.println("逻辑或: " + (bool1 || bool2));
System.out.println("逻辑非: " + (!bool1));
}
}4. 赋值运算符
赋值运算符用于给变量赋值。
public class AssignmentOperatorsExample {
public static void main(String[] args) {
int num = 10;
num += 5; // 等价于 num = num + 5
System.out.println("num += 5 后的值: " + num);
num -= 3; // 等价于 num = num - 3
System.out.println("num -= 3 后的值: " + num);
num *= 2; // 等价于 num = num * 2
System.out.println("num *= 2 后的值: " + num);
num /= 4; // 等价于 num = num / 4
System.out.println("num /= 4 后的值: " + num);
num %= 3; // 等价于 num = num % 3
System.out.println("num %= 3 后的值: " + num);
}
}5. 比较运算符
比较运算符用于比较两个值的大小关系，返回布尔值。
public class ComparisonOperatorsExample {
public static void main(String[] args) {
int num1 = 10;
int num2 = 20;
System.out.println("等于: " + (num1 == num2));
System.out.println("不等于: " + (num1 != num2));
System.out.println("大于: " + (num1 > num2));
System.out.println("小于: " + (num1 < num2));
System.out.println("大于等于: " + (num1 >= num2));
System.out.println("小于等于: " + (num1 <= num2));
}
}6. 三目运算符
三目运算符也称为条件运算符，它是 Java 中唯一的三元运算符。其语法结构为：条件表达式 ? 表达式1 : 表达式2。如果条件表达式的结果为 true，则返回表达式 1 的值；如果条件表达式的结果为 false，则返回表达式 2 的值。
public class TernaryOperatorExample {
public static void main(String[] args) {
int a = 10;
int b = 20;
// 判断 a 是否小于 b，如果是则返回 a，否则返回 b
int max = a < b ? a : b;
System.out.println("a 和 b 中较小的值是: " + max);
boolean isEven = a % 2 == 0 ? true : false;
System.out.println("a 是否为偶数: " + isEven);
}
}五、运算符优先级与结合性
运算符优先级决定了表达式中运算符的执行顺序，结合性则决定了相同优先级运算符的执行方向。
public class OperatorPrecedenceExample {
public static void main(String[] args) {
int result = 2 + 3 * 4; // 先乘后加
System.out.println("2 + 3 * 4 的结果: " + result);
result = (2 + 3) * 4; // 使用括号改变优先级
System.out.println("(2 + 3) * 4 的结果: " + result);
}
}六、包装类与自动装箱 / 拆箱
Java 为每个基本数据类型都提供了对应的包装类，自动装箱和拆箱则实现了基本数据类型和包装类之间的自动转换。
public class WrapperClassExample {
public static void main(String[] args) {
// 自动装箱
Integer integerValue = 10;
System.out.println("自动装箱后的 Integer 值: " + integerValue);
// 自动拆箱
int intValue = integerValue;
System.out.println("自动拆箱后的 int 值: " + intValue);
}
}七、常见问题与解决办法
1. 浮点数精度问题
浮点数在计算机中以二进制形式存储，可能会出现精度丢失的问题，可使用 BigDecimal 解决。
import java.math.BigDecimal;
public class FloatingPointPrecision {
public static void main(String[] args) {
double num1 = 0.1;
double num2 = 0.2;
System.out.println("普通加法: " + (num1 + num2));
BigDecimal bd1 = new BigDecimal("0.1");
BigDecimal bd2 = new BigDecimal("0.2");
System.out.println("使用 BigDecimal 加法: " + bd1.add(bd2));
}
}2. 整数溢出问题
在进行大整数运算时，可能会出现溢出，可使用 long 类型或 BigInteger 类。
import java.math.BigInteger;
public class IntegerOverflow {
public static void main(String[] args) {
int intMax = Integer.MAX_VALUE;
// 溢出示例
int overflowResult = intMax + 1;
System.out.println("溢出结果: " + overflowResult);
// 使用 long 类型
long longResult = (long) intMax + 1;
System.out.println("使用 long 类型结果: " + longResult);
// 使用 BigInteger 类
BigInteger bigInt1 = BigInteger.valueOf(intMax);
BigInteger bigInt2 = BigInteger.ONE;
BigInteger bigResult = bigInt1.add(bigInt2);
System.out.println("使用 BigInteger 结果: " + bigResult);
}
}八、总结
本文对 Java 的基础数据类型和运算符进行了全面且详细的介绍，涵盖了基本数据类型的特点、类型转换规则、各种运算符的使用方法、运算符优先级以及常见问题的解决办法。掌握这些基础知识对于编写高效、稳定的 Java 程序至关重要。在实际编程中，要根据具体需求合理选择数据类型和运算符，同时注意避免常见的陷阱，如浮点数精度问题和整数溢出问题。希望通过本文的学习，你能对 Java 的基础数据类型和运算符有更深入的理解。
原文地址：https://blog.csdn.net/m0_71744084/article/details/147116733
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