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Java中自動型別轉換溢位問題引發的探究

2020-10-05 03:30:56 軟體設計

文章目錄

  • 語言型別的強弱并沒有好壞之分
  • Java中所有的數值型別所占據的位元組數量與平臺無關
  • 資料型別之間的轉換
  • 資料溢位問題
    • 整型型別溢位
    • 整型轉換為字符型的溢位


語言型別的強弱并沒有好壞之分

編程鼻祖C語言是有型別的語言,在C語言中的變數必須滿足:“在使用前定義,并確定型別”,在C語言之后的編程語言向著兩個方向發展:

  • C++、Java為代表的強型別語言
    更加強調型別,對型別的檢查比C語言更嚴格,
  • JavaScript、Python、PHP為代表的弱型別語言
    不看重型別,甚至不需要事先定義,

一般來說,面向底層的語言更加強調型別;而越是面向應用的語言會越忽視型別,而去重視事務邏輯的處理,

Java中所有的數值型別所占據的位元組數量與平臺無關

C/C++中int和long等型別的大小與目標平臺相關,因為程式需要針對不同的處理器選擇最為高效的整型,例如,在32位處理器上long值為4位元組;在64位處理器上則為8位元組,這樣就有可能造成一個在64位處理器上運行的很好的C程式在32位處理器上運行卻發生整數溢位,這就為撰寫跨平臺程式帶來了很大的難度,

而在Java中,所有的數值型別所占據的位元組數量與平臺無關,即數值型別的范圍與運行Java代碼的機器無關,這也是Java跨平臺的一個表現,

另外,Java中的int、long、short、byte型別都是有符號的,底層的二進制形式中,首位如果是 0,就是正的;首位是1就是負的,另外,char則是0-65535的無符號數,從char轉換到int型別時,缺少的高16位位元組用0擴展,

Java - Type默認值大小取值范圍
byte01位元組-128 - 127
short02位元組-32768 - 32767
int04位元組-2147483648 to 2147483647(21億多)
long0L8位元組-232-1 to (232-1-1)
float0.0f4位元組±1.4E-45 to ±3.4028235E+38(有效位數為6~7位)
double0.0d8位元組±4.9E-324 to ±1.7976931348623157E+308(有效位數為15位)
char‘\u0000’2位元組0-65535
booleanfalse取決于Java虛擬機true 或 false

在這里插入圖片描述
輸出如下:

在這里插入圖片描述

  • 不同型別的變數在記憶體中的表現形式是不同的,整型變數在記憶體中表現為2進制數,浮點型變數在記憶體中表現為編碼形式

資料型別之間的轉換

在這里插入圖片描述
上圖中,6個實心箭頭的轉換表示無資訊丟失的轉換;3個虛箭頭的轉換表示可能有精度損失的轉換,如果兩個不同的數值型別進行二元操作時,先要將兩個運算元轉換為同一種型別,然后再進行計算,計算規則如下:

  • 如果兩個運算元中,有一個是double型別,另一個運算元就會轉換為double型別,
  • 否則,如果其中一個運算元是float型別,另一個運算元就會轉換為float型別,
  • 否則,如果其中一個運算元是long型別,另一個運算元就會轉換為long型別,
  • 否則,兩個運算元都將被轉換為int型別,

特別的:整型向字符型轉換時,JVM會把數字當成字符的ASCII編碼來處理,

        //將整型型別強制轉換為字符型時,JVM會把數字當成字符的ASCII編碼來處理.
        char i = (char)97;
        System.out.println(i);//輸出:a

資料溢位問題

資料溢位問題就是:當某一種型別的數值已經達到了此型別能夠保存的最大值之后,再繼續擴大,或者達到了最小值后再繼續縮小,就會出現資料溢位問題,

整型型別溢位

下面的代碼以int型別為例,測驗對int型別進行溢位測驗:

package com.gql;

/**
 int型別的溢位測驗
 @author Hudie
 @date 2020/10/2 - 11:53
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //int型別的最小值為:-2^31
        int a = -2147483648;
        System.out.println("int型別的最小值為:"+a);
        System.out.println("int型別的最小值減1為:"+(a-1));
        System.out.println("int型別的最小值減2為:"+(a-2));
        System.out.println("int型別的最小值減3為:"+(a-3));
        System.out.println("int型別的最小值減4為:"+(a-4));
        System.out.println("//總結:超過最小值的資料會向下溢位變成正數.\n");

        //int型別的最大值為2^31 - 1
        a = 2147483647;
        System.out.println("int型別的最大值為:"+a);
        System.out.println("int型別的最大值加1為:"+(a+1));
        System.out.println("int型別的最大值加2為:"+(a+2));
        System.out.println("int型別的最大值加3為:"+(a+3));
        System.out.println("int型別的最大值加4為:"+(a+4));
        System.out.println("總結:超過最大值的資料會向上溢位變成負數.\n");
    }
}

在這里插入圖片描述

上面的代碼符合了整型的資料溢位規則:即超過最大值的整型數值會向上溢位變成負數;超過最小值的整型數值會向下溢位變成正數,

前文提到過,Java中的int、long、short、byte型別都是有符號的,而在C/C++語言中,溢位規則分為兩種:

  • 有符號的整型溢位:“undefined behavior”,即由編譯器實作,通常的編譯器都是按照上面測驗的整型資料溢位規則,
  • 無符號的整型溢位:溢位后的數會以2^(8*sizeof(type))作模運算

整型轉換為字符型的溢位

字符型資料在記憶體中一般情況下下占據一個位元組(如今有些Unicode字符需要用兩個char來描述),其存放的就是這個字符對應的ASCLL碼的整數值,所以字符型資料和整型資料之間可以通用,

在這里插入圖片描述
ASCCLL碼表畢竟范圍有限,在轉換時也可能會出現字符型的溢位:

下面的代碼演示整型向字符型轉換時出現的溢位情況,

        int j = (char)0;
        System.out.println(j);
        j = (char)-1;
        System.out.println(j);
        j = (char)-2;
        System.out.println(j);
        j = (char)-3;
        System.out.println(j);
        System.out.println("總結:超過最小值的資料會向下溢位變成正數");

        System.out.println("-------");
        j = (char)65535;

        System.out.println(j);
        j = (char)65536;
        System.out.println(j);
        j = (char)65537;
        System.out.println(j);
        System.out.println("總結:超過最大值的資料會向下溢位仍變成正數(因為char型別的符號位永遠是0,即正數)");

在這里插入圖片描述

可以發現整型轉換為字符型時的溢位規律:

  • 當超過最小值的資料時會向下溢位,變成正數,所以直接取了char型別的最大值65535,
  • 當超過最大值的資料時會向上溢位,由于字符型不能變成負數,所以直接取了最小值0,
  • 可以將上面兩條概括理解為,超過最大值后,取最小值;超過最小值后,取最大值,

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