02 Java 的基本类型

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Java 包括了八种基本类型。

Java 的基本类型

Java 包括了八种基本类型，明细如下：
在这里插入图片描述

Java 的基本类型都有对应的值域和默认值。byte，short，int，long，float以及double的值域依次扩大，前面的值域都被后面的值域包括在内。所以，从前面的基本类型转换成后面的基本类型，无需强制转换。补充：尽管它们的默认值表示不一样，但是在内存中都是 0.

boolean 和 char 是唯二的无符号类型。boolean 的取值范围是 0 或者 1，char 类型的取值范围是 [0，65535]。通常可以认定 char 类型的值为非负数，这种特性十分有用，比如说作为数组的索引等。

局部变量也可以存储超出它们取值范围的数值，但是这些超出取值范围的数字会带来一些麻烦。例如： char 类型的局部变量实际上有可能是负数。但是在正常使用 Java 编译器的情况下，生成的字节码会遵守 Java 虚拟机规范对编译器的约束，因此无需过分短信局部变量会超出他们的取值范围。

浮点类型中的 float，通常有两个 0，+0.0F 和 -0.0F。这两个 0 的表示，在内存中的数值是不同的，但是在 Java 中 +0.0F == -0.0F 会返回真。有了这两者，我们就可以定义浮点数中的正无穷和负无穷。

任意正浮点数 (不包括 +0.0F) 除以 +0.0F 得到的值就是正无穷，内存中的值为 0x7F800000
任意负浮点数 (不包括 -0.0F) 除以 -0.0F 得到的值就是负无穷，内存中的值为 0xFF800000

[0x7F800001，0x7FFFFFFF] 和 [0xFF800001，0xFFFFFFFF] 对应的数值都是 NaN。一般我们计算得出的 NaN，比如说通过 +0.0F/-0.0F 得出的内存值为 0x7FC00000，这个数值我们称之为标准的 NaN，其他的统称为不标准的 NaN。

NaN 有一个特性：除了 “!=” 始终返回 true 以为，所有其他的比较结果都会返回 false。例如： “NaN < 1.0F” ，”NaN > 1.0F” 返回 false。对于任意浮点数 f ，无论它是 0 还是 NaN，”f != NaN” 始终返回 true。

Java 基本类型的大小

Java 虚拟机每调用一个 Java 方法的时候，都会创建一个栈帧。为了方便理解，只讨论供解释器使用的解释栈帧。

这种栈帧包含两个部分：局部变量区和字节码的操作数栈。这里的局部变量指的是广义的，包含普通意义下的局部变量，还包含实例方法中的 “this指针” 以及方法接受到的参数。

  • 下面总结基本类型的存储。

在 Java 虚拟机规范中，局部变量区等价于一个数组，并且可以用正整数来索引。除了 long 和 double 的值需要两个数组单元来存储之外，其他的基本类型以及引用类型的值均占用一个数组单元。也就是说，boolean，byte，chart，short 这四种类型在栈上占用的空间和 int 是一样的，和引用类型也是一样的。因此，在 32 位的 HotSpot 中，这些类型在栈上将占用 4 个字节，而在 64 位的 HotSpot 中，他们将占 8 个字节。

上述情况进存在于局部变量，并不会出现在存储于堆中的字段或者数组元素上。对于 byte，chart，short 这三种类型的字段或者数组单元，它们在堆上占用的空间分别是 1 字节，2 字节，2 字节，跟它们的值域是相吻合的。

将一个 int 类型的值存储到这些类型的字段或者数组时，相当于做了一次隐式的掩码操作。举例： int 类型的值存入声明为 char 类型的字段里时，由于该字段仅占两字节，所以高位字节便会被截取。

boolean 字段和 boolean 数组比较特殊。在 HotSpot 中，boolean 字段占用一字节，而 boolean 数组则直接用 byte 数组来实现。为了保证堆中 boolean
值的合法性， HotSpot 在存储时显示地进行掩码操作，也就说说只取低位 (最后一位) 的值存入 boolean 字段或数组中。

  • 下面总结基本类型的加载。

Java 虚拟机的算数运算几乎全部依赖于操作数栈。也就是说需要将堆中的 boolean，byte，char 以及 short 加载到操作数栈上，而后将栈上的值当做 int 类型来运算。

对于 boolean 和 char 这两个无符号类型，加载伴随着零扩展。举例：char 大小为两个字节，加载时 char 的值会复制到 int 类型的低二字节，而高二字节则会用 0 来填充。

对于 byte 和 short 这两个类型来说，加载伴随着符号的扩展。举例：short 的大小为两个字节，加载时同样会将值复制到 int 类型的低二字节。如果 short 的值为非负数，即最高位为 0，那么 int 类型的值的高二字节会用 0 来填充，否则用 1 来填充。

扩展思考

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public class Foo {
	static boolean boolValue;

	public static void main(String[] args) {
		boolValue = true; // 将这个 true 替换为 2 或者 3，再看看打印结果
		if (boolValue)
			System.out.println("Hello, Java!");
		if (boolValue == true)
			System.out.println("Hello, JVM!");
	}
}

分析上述代码第一打印结果，以及将 true 替换成 2 或者 3 的时候，打印结果又是什么。

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第一次打印：（条件：boolValue = true）
Hello, Java!
Hello, JVM!

第二次打印：（条件：boolValue = 2）

第三次打印：（条件：boolValue = 3）
Hello, Java!
Hello, JVM!

原因是：boolean 保存在静态域中，制定了它的类型。为了保证堆中 boolean
值的合法性， HotSpot 在存储时显示地进行掩码操作，也就说说只取低位 (最后一位) 的值存入 boolean 字段或数组中。即：当 boolValue = 2 的时候，取最后一位值为 0 代表 false，当 boolValue = 3 的时候，取最后一位值为 1 代表 true。

问答

Q：为什么 boolean，byte，char 以及 short 在栈中存储的时候占用四个字节

变长数组不好控制，所以牺牲空间换取效率。

Q：基本类型在内存中默认值都是0，那么是如何区别是哪种类型数据的呢？

内存中不做区分，Java 程序想把它解读成什么类型，它就是什么类型。

Q：double 和 long 占用两个数组单位，64位的机器上，数组单位是8个字节，也就是说在解释栈上面它们占用了16个字节？

是的。占用但并没有用高八字节的空间。这个属于HotSpot的实现细节，偏向了快速访问而牺牲了耗费空间。

Q：使用基本类型能够在执行效率以及内存使用两方面提升软件性能？具体是什么原理呢？

占的空间更小，不需要类型转换。

总结

本文创作灵感来源于 极客时间 郑雨迪老师的《深入拆解 Java 虚拟机》课程，通过课后反思以及借鉴各位学友的发言总结，现整理出自己的知识架构，以便日后温故知新，查漏补缺。

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