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！