Java随谈(六)我们真的理解 Java 里的整型吗?

整型是我们日常生活中最常用到的基础数据类型,看这篇文章之前,我想问:

我们真的像自己认为的那么理解 Java 内的整型吗?

也许看完本篇文章你就有自己的答案。

C 语言 提供了如下的整型

学习 Java 的整型之前,让我们看看它的前辈——C 语言的实现。

让我们更好地了解它的设计。

数据类型 占用字节 取值范围
signed char 1 byte(8 bit) -2^7, 2^7-1
signed short 2 byte(16 bit) -2^15, 2^15-1
signed int 4 byte(32 bit) -2^31, 2^31-1
signed long 4 byte(32 bit) -2^31, 2^31-1
signed long long 8 byte(64 bit) -2^63, 2^63-1
unsigned char 1 byte(8 bit) 0, 2^8-1
unsigned short 2 byte(16 bit) 0, 2^16-1
unsigned int 4 byte(32 bit) 0, 2^32-1
unsigned long 4 byte(32 bit) 0, 2^32-1
unsigned long long 8 byte(64 bit) 0, 2^64-1

Java 提供了如下整型

Java 则简单了很多。

数据类型 占用字节 取值范围
byte 1 byte(8 bit) -2^7, 2^7-1
short 2 byte(16 bit) -2^15, 2^15-1
int 4 byte(32 bit) -2^31, 2^31-1
long 8 byte(64 bit) -2^63, 2^63-1

Java 和 C 整型的区别

  1. C的整型大小与操作系统的位数直接相关, 需要通过 sizeof 运算符先算出默认位数。 Java统一了位数。

  2. C的整型存在 unsigned 和 signed 的区别,而 Java 只有 signed。

    优势:更简单,不会遇到 unsigned 和 signed 整型进行运算的隐式转换问题。

    劣势:如果碰到 unsigned 的整型,会用存储容量更大的来存储。

    例子

    • unsigned byte 在 Java 中存储为 short
    • unsigned short 在 Java 中存储为 int
    • unsigned int 在 Java 中存储为 long
    • unsigned long 在 Java 中存储为 BigDecimal

    注: java 8 新增了 unsigned 相关的API,可以通过API计算。
    或采用 Guava 的 unsigned整数实现。 例如(com.google.common.primitives.UnsignedInteger)

  3. C 语言存在的整型溢出问题, 而 java.lang.Math包 提供了 xxxExact() 方法。

java 的装箱问题

原始数据类型 占用字节 包装类 占用字节
byte 1 byte(8 bit) Byte 16 byte(128 bit)
short 2 byte(16 bit) Short 16 byte(128 bit)
int 4 byte(32 bit) Integer 16 byte(128 bit)
long 8 byte(64 bit) Long 16 byte(128 bit)

包装类的劣势

  1. 在数据密集型操作中,内存消耗会对性能产生巨大影响
  2. 基础类型存在默认值,而包装类可能存在 null,引起空指针异常
  3. 基础类型可以通过 == 判断大小,包装类型判断大小需要用 equals() 方法

包装类的优势

  1. 包装类会缓存实例,减小内存消耗。
    比如: Integer 会缓存 -128, 127内的实例
  2. 支持新特性,比如泛型,lambda表达式。
  3. 包装类提供了对象操作,封装了一些实用的方法
    比如:

    • Integer 继承了 Number 类, 可以和其他的 Number 子类进行转化
    • Integer 实现了 Comparable 接口
    • Integer 存在 unsigned API (java8)
    • Integer 提供了转化为二、八、十六进制的 API
    • Integer 提供了构造方法,并在其中校验了入参是否合法
    • Integer 提供了四则运算等算数API

Java 并不完美,它可以更好

从现在往回追溯,Java 的 Integer 事实上源于一个妥协。由于 java 号称完全面向对象,而在最初的版本中却存在 byte, short, int, long, char, boolean, float, double 这八种原始数据类型(primitive data types)。

在 Java 中我们无法写出类似下面的代码

    3.toString(); 

而在一些更加纯粹的面向对象语言,则可以实现上述代码。
例如 Scala

    3.toString(); 

引用

  1. Java Notes For Professionals.pdf
  2. Java 语言规范

感谢

希望对你有所帮助!

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