Java 的基本型別

Java 包括了八種基本型別，明細如下：

Java 的基本型別都有對應的值域和預設值。byte，short，int，long，float以及double的值域依次擴大，前面的值域都被後面的值域包括在內。所以，從前面的基本型別轉換成後面的基本型別，無需強制轉換。補充：儘管它們的預設值表示不一樣，但是在記憶體中都是 0.

boolean 和 char 是唯二的無符號型別。boolean 的取值範圍是 0 或者 1，char 型別的取值範圍是 [0，65535]。通常可以認定 char 型別的值為非負數，這種特性十分有用，比如說作為陣列的索引等。

區域性變數也可以儲存超出它們取值範圍的數值，但是這些超出取值範圍的數字會帶來一些麻煩。例如： char 型別的區域性變數實際上有可能是負數。但是在正常使用 Java 編譯器的情況下，生成的位元組碼會遵守 Java 虛擬機器規範對編譯器的約束，因此無需過分簡訊區域性變數會超出他們的取值範圍。

浮點型別中的 float，通常有兩個 0，+0.0F 和 -0.0F。這兩個 0 的表示，在記憶體中的數值是不同的，但是在 Java 中 +0.0F == -0.0F 會返回真。有了這兩者，我們就可以定義浮點數中的正無窮和負無窮。

任意正浮點數 (不包括 +0.0F) 除以 +0.0F 得到的值就是正無窮，記憶體中的值為 0x7F800000
任意負浮點數 (不包括 -0.0F) 除以 -0.0F 得到的值就是負無窮，記憶體中的值為 0xFF800000

[0x7F800001，0x7FFFFFFF] 和 [0xFF800001，0xFFFFFFFF] 對應的數值都是 NaN。一般我們計算得出的 NaN，比如說通過 +0.0F/-0.0F 得出的記憶體值為 0x7FC00000，這個數值我們稱之為標準的 NaN，其他的統稱為不標準的 NaN。

NaN 有一個特性：除了 "!=" 始終返回 true 以為，所有其他的比較結果都會返回 false。例如： "NaN < 1.0F" ，"NaN > 1.0F" 返回 false。對於任意浮點數 f ，無論它是 0 還是 NaN，"f != NaN" 始終返回 true。

Java 基本型別的大小

Java 虛擬機器每呼叫一個 Java 方法的時候，都會建立一個棧幀。為了方便理解，只討論供直譯器使用的解釋棧幀。

這種棧幀包含兩個部分：區域性變數區和位元組碼的運算元棧。這裡的區域性變數指的是廣義的，包含普通意義下的區域性變數，還包含例項方法中的 "this指標" 以及方法接受到的引數。

• 下面總結基本型別的儲存。

在 Java 虛擬機器規範中，區域性變數區等價於一個數組，並且可以用正整數來索引。除了 long 和 double 的值需要兩個陣列單元來儲存之外，其他的基本型別以及引用型別的值均佔用一個數組單元。也就是說，boolean，byte，chart，short 這四種類型在棧上佔用的空間和 int 是一樣的，和引用型別也是一樣的。因此，在 32 位的 HotSpot 中，這些型別在棧上將佔用 4 個位元組，而在 64 位的 HotSpot 中，他們將佔 8 個位元組。

上述情況進存在於區域性變數，並不會出現在儲存於堆中的欄位或者陣列元素上。對於 byte，chart，short 這三種類型的欄位或者陣列單元，它們在堆上佔用的空間分別是 1 位元組，2 位元組，2 位元組，跟它們的值域是相吻合的。

將一個 int 型別的值儲存到這些型別的欄位或者陣列時，相當於做了一次隱式的掩碼操作。舉例： int 型別的值存入宣告為 char 型別的欄位裡時，由於該欄位僅佔兩位元組，所以高位位元組便會被擷取。

boolean 欄位和 boolean 陣列比較特殊。在 HotSpot 中，boolean 欄位佔用一位元組，而 boolean 陣列則直接用 byte 陣列來實現。為了保證堆中 boolean
值的合法性， HotSpot 在儲存時顯示地進行掩碼操作，也就說說只取低位 (最後一位) 的值存入 boolean 欄位或陣列中。

• 下面總結基本型別的載入。

Java 虛擬機器的算數運算幾乎全部依賴於運算元棧。也就是說需要將堆中的 boolean，byte，char 以及 short 載入到運算元棧上，而後將棧上的值當做 int 型別來運算。

對於 boolean 和 char 這兩個無符號型別，載入伴隨著零擴充套件。舉例：char 大小為兩個位元組，載入時 char 的值會複製到 int 型別的低二位元組，而高二位元組則會用 0 來填充。

對於 byte 和 short 這兩個型別來說，載入伴隨著符號的擴充套件。舉例：short 的大小為兩個位元組，載入時同樣會將值複製到 int 型別的低二位元組。如果 short 的值為非負數，即最高位為 0，那麼 int 型別的值的高二位元組會用 0 來填充，否則用 1 來填充。

擴充套件思考

public class Foo {
    static boolean boolValue;

    public static void main(String[] args) {
        boolValue = true; // 將這個 true 替換為 2 或者 3，再看看列印結果
        if (boolValue)
            System.out.println("Hello, Java!");
        if (boolValue == true)
            System.out.println("Hello, JVM!");
    }
}

分析上述程式碼第一列印結果，以及將 true 替換成 2 或者 3 的時候，列印結果又是什麼。

第一次列印：（條件：boolValue = true）
Hello, Java!
Hello, JVM!

第二次列印：（條件：boolValue = 2）

第三次列印：（條件：boolValue = 3）
Hello, Java!
Hello, JVM!

原因是：boolean 儲存在靜態域中，制定了它的型別。為了保證堆中 boolean
值的合法性， HotSpot 在儲存時顯示地進行掩碼操作，也就說說只取低位 (最後一位) 的值存入 boolean 欄位或陣列中。即：當 boolValue = 2 的時候，取最後一位值為 0 代表 false，當 boolValue = 3 的時候，取最後一位值為 1 代表 true。

問答

Q：為什麼 boolean，byte，char 以及 short 在棧中儲存的時候佔用四個位元組

變長陣列不好控制，所以犧牲空間換取效率。

Q：基本型別在記憶體中預設值都是0，那麼是如何區別是哪種型別資料的呢？

記憶體中不做區分，Java 程式想把它解讀成什麼型別，它就是什麼型別。

Q：double 和 long 佔用兩個陣列單位，64位的機器上，陣列單位是8個位元組，也就是說在解釋棧上面它們佔用了16個位元組？

是的。佔用但並沒有用高八位元組的空間。這個屬於HotSpot的實現細節，偏向了快速訪問而犧牲了耗費空間。

Q：使用基本型別能夠在執行效率以及記憶體使用兩方面提升軟體效能？具體是什麼原理呢？

佔的空間更小，不需要型別轉換。

總結

本文創作靈感來源於 極客時間 鄭雨迪老師的《深入拆解 Java 虛擬機器》課程，通過課後反思以及借鑑各位學友的發言總結，現整理出自己的知識架構，以便日後溫故知新，查漏補缺。

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