Day 2 : 变量、JAVA基本类型、运算符和表达式-1

1. 变量

1.1. 什么是变量

在日常生活中,人们会用到大量数据,像去ATM机取款,首先,需要插入银行卡,这个过程其实就是ATM机的系统在获取银行卡号这个数据,而后,输入密码,这个过程也是在获取数据,也就是密码。在后续进行的业务处理中,像存钱、取钱、转帐汇款等等,银行卡号和密码会被反复的、频繁的使用, 那就需要一个存储这些数据的地方。

在软件系统中,是将数据存储在内存之中的,而对内存中的数据的引用就是变量,可以理解为变量就是内存中数据的代词。

简单说, 变量就是指代在内存中开辟的存储空间,用于存放运算过程中需要用到的数据。代码如下所示:

int a = 5;
int b = 6;
int c = a + b;

 

  

如上代码中,变量a、b、c指代内存中三块用于存储整数的存储空间,分别用于存储两个整数及这两个整数之和,int意为整数数据类型,后续课程会详细介绍。

对于变量,我们需要关注如下几个方面:

  1. 变量的声明:用特定语法声明一个变量,让运行环境为其分配空间。
  2. 变量的命名:需要有个见名知意的名字,而且要符合Java语言规范。
  3. 变量的初始化:变量声明后,要为其赋一个确定的初值后再使用。
  4. 变量的访问:可以对变量中的数据进行存取、操作,但必须和其类型匹配。

1.2. 变量的声明

1.2.1. 变量的声明

当需要使用一个变量时,必须对该变量进行声明,变量的声明包含两点:变量名和数据类型,代码如下所示:

int a

 

上面的代码中,int为变量的数据类型,a为变量的名称,当声明如上语句时,JVM会为该变量在内存中开辟存储空间,不同的变量类型决定了存储空间的结构(后面详细介绍)。

1.2.2. 未经声明的变量不能使用

Java语言语法规定,变量使用之前必须声明,否则会有编译错误。代码如下所示:

public static void main(String[] args) {
    a = 1; // 编译错误,变量没有声明
    int score = 0;
    scord = 100; // 编译错误
    System.out.println(score);
}

 

从上面的代码中,可以看到出现了两个编译错误,编译错误即为javac过程出现的错误,主要是由于语法问题导致的。第一个错误,a =1,是因为该变量没有声明。第二个错误,scord=100,是因为前面声明的为score,编译器并未找到scord变量,该错误是因为拼写错误造成的。

1.2.3. 一条语句中声明多个同类型变量

如果多个变量的类型一样,可以在一条语句中声明,中间使用逗号分隔, 代码如下所示:

public static void main(String[] args) {
    int a=1, b=2;
    int c, d=3;
}

 

从上面的代码中,可以看到,第一条语句,声明了两个整型变量,分别赋值为1和2,中间使用逗号分隔,最后以;号结尾。第二条语句,声明了两个整型变量,c没有赋初始值,d赋初值为3。

1.3. 变量的命名

1.3.1. 命名需要符合标识符语法要求

在java语言中,对于变量、常量、方法、类、包等等都有名字,将这些名字统一称之为java标识符,标识符的命名规则如下列表所示:

  1. 可以由字母、数字、“_”或“$”符组成,但是不能以数字开头。
  2. 中文可以作为变量名,但不提倡使用。
  3. Java大小写敏感,即:严格区分大小写,在给命名变量时需要注意。
  4. 不能使用Java保留字(一些Java语言规定好的,有特殊含义的字符),如:int、if、else、for、break等。

看如下的一些实例,可以体现出java标识符的命名规则:

int 123go = 100; // 编译错误,标识符不能以数字开头。
int 成绩 = 60;// 编译没错,标识可以是中文,但不建议使用。
int break= 200; // 编译错误,break是Java保留字。
int score = 80;
System.out.println(Score); // 编译错误,Java大小写敏感,Score变量没有声明。

 

1.3.2. 命名需见名知意,且符合Java规范

Java 变量的命名应“见名知意”,同时,Java编程规范要求:变量的命名需采用“驼峰命名法”,即如果变量的名字有多个单词组成,除第一个单词外,其他单词的首字母大写,其余的字母小写,例如:salary、 javaScore 、studentName、empSalary 等。

1.4. 变量的初始化

1.4.1. 未经初始化的变量不能使用

Java语法规定:变量在使用之前必须初始化,即必须给该变量赋予特定的值,而在C语言中,变量使用之前可以不需要初始化,但是,其初始值不确定,而Java语言的设计者为了避免因此而带来的错误,规定变量必须初始化之后才能使用,代码如下所示:

public static void main(String[] args) {
int a, b = 10;
int c = a + b; // 编译错误
System.out.prinltn(c);
}

 

上面的代码出现了编译错误, 原因是变量b赋了初始值,在给变量c赋值时可以使用b,而变量a并未赋初始值就直接使用了,违反了java语法的规定,变量使用之前必须初始化,所以出现编译错误。

1.4.2. 在声明变量时初始化

可以在变量声明时初始化,语法:变量类型 变量名称 = 初始值;代码如下所示:

public static void main(String[] args) {
    int sum = 0; //声明同时初始化
    int a = 5;
        int b = 6;
    sum = a + b;
    System.out.println(sum);
}

 

1.4.3. 在第一次使用变量前初始化

可以在变量声明以后,通过赋值语句对变量进行初始化,但一定确保在第一次使用该变量之前,代码如下所示:

public static void main(String[] args) {
    int sum;
    sum = 0; // 在使用sum变量之前对其进行初始化。
    sum = sum + 100;
    System.out.println(sum);
}

 

1.5. 变量的访问

1.5.1. 可以对变量中的值进行存取,操作

变量,顾名思义,可以改变的量,在java语言中,可以对其赋值、更改等操作,但是需要注意的是,对变量的操作即为对其所存储的数据的操作。代码如下所示:

public static void main(String[] args) {
int a = 100;
a = a + 200;//该条语句的义:将变量a中的值加上200所得结果再存入变量a
}

 

1.5.2. 变量的操作必须与类型匹配

变量在声明时指定了它的数据类型, Java编译器会检测对该变量的操作是否与其类型匹配,如果对变量的赋值或者操作与其类型不匹配,会产生编译错误。代码如下所示:

public static void main(String[] args) {
int salary;
salary = 15000.50; // 编译错误,整型变量不可以赋予浮点值(小数)。
double d = 123.456;
int n = d%2; // 编译错误,d%2结果为double型,不能赋给整型的n。
}

 

2. JAVA基本类型

2.1. 8种基本数据类型

Java语言有8种基本数据类型, 分别用于存储整数、浮点数、字符数据和布尔类型数据。需要注意的是: 现在所介绍的仅仅是基本数据类型,后续还会介绍很多非基本数据类型。基本数据类型如图 – 1所示:


图- 1

从图- 1中可以看出, 基本数据类型主要分为4大类 (整数类型、浮点类型、char、boolean), 整数类型又分为了4小类(byte、short、int、long), 浮点类型也分了2小类(float、double),这些数据类型的区别是怎样的?通过图– 2展示了这8种数据类型的存储空间及使用场景:


图- 2

在如上这8种数据类型中,最常用的有5种,分别为int、long、double、char、boolean。其余的数据类型几乎不用,要求对这5种基本数据类型重点掌握,其余的数据类型,有兴趣了解就可以了。

2.2. int类型

2.2.1. int类型

int是最常用的整数类型,一个int类型的变量占用4个字节,即32位的内存空间。Int的最大表示范围为:-231~231-1,即-2147483648 ~2147483647,大约正负21个亿多些。

2.2.2. 整数直接量是int类型

所谓整数直接量(literal)就是直接写出的整数,例如:下面的语句中,100就是直接量。

int a = 100;

 

关于整数直接量,需要注意如下要点:

  1. 整数的直接量的类型默认为int类型,如果直接写出的整数超过了int的表达范围,将会出现编译错误,下面的语句,就是因为超出了整数的范围而导致的编译错误。
int d = 10000000000; // 编译错误10000000000这个数值写出来就是错误的,因为Java认为所有直接写出的整数都是int类型,而这个数值超过了int的表达范围。

 

  1. 除了通常的十进制数字形式,整数直接量也可以写成16进制的形式(以0X或0x开头)或8进制的形式(以0开头),请看如下直接量三种表现形式:
int a = 100000; // 10进制
int b = 0x186a0; // 16进制
int c = 0303240; // 8进制

 

2.2.3. 整型数据除法运算中的取整

若对两个整数相除,会舍弃小数的部分(注意:不是四舍五入),结果也是整数。示例代码如下所示:

int c = 5/3;
System.out.println(c); // c的值为1,取整
int total = 87;
int error = 23;
int percent = error / total * 100;
System.out.println(percent+"%"); //结果为0%,23除以87整数部分为0,乘以100,为0
percent = 100 * error / total;
System.out.println(percent + "%"); // 结果为26%,230除以87整数部分为26

 

2.2.4. 运算时要防止溢出的发生

当两个整数进行运算时, 其结果可能会超过整数的范围而发生溢出,正数过大而产生的溢出,结果为负数;负数过大而产生的溢出,结果为正数。示例代码如下所示:

int a = 2147483647; //int类型整数的上限
int b = -2147483648; //int类型整数的下限
a = a + 1;
b = b - 1;
System.out.println("a=" + a); //输出结果: a=-2147483648 溢出,结果错误。
System.out.println("b=" + b); //输出结果: b=2147483647溢出,结果错误。

 

2.3. long类型

2.3.1. long类型

在表示整数时,如果int类型的范围不够,可以使用long类型,一个long型的变量占用8个字节(即64位),最大表示范围为:-263 ~ 263-1,即 -9223372036854775808 ~ 9223372036854775807。

如果要表示long直接量,需要以 L 或 l 结尾。示例代码如下:

long a = 10000000000; //会有编译错误,因为10000000000编译器认为是int类型,而这个值,已经超出了int的范围
long b = 10000000000l; //正确

 

2.3.2. 使用long类型进行较大整数的运算

对于较大的整数运算(超过int的表达范围),可以使用long型。示例代码如下:

long distance1 = 10000 * 365 * 24 * 60 * 60 * 299792458l;
//必须有一个long型数据参与的运算结果才是long型
System.out.println("distance1="+distance1);//distance1=547836957965889536 结果正确
long distance2 = 10000 * 365 * 24 * 60 * 60 * 299792458;
System.out.println("distance2="+ distance2); //distance2=-1973211136 溢出,=号后面的数据默认为int类型,超出了范围,发生溢出。

 

2.3.3. 通过时间毫秒数来存储日期和时间

JDK提供 System.currentTimeMillis() 方法,返回1970年1月1日零点到此时此刻所经历的毫秒数,数据太大,故其数据类型为long。示例代码如下:

long time = System.currentTimeMillis();
System.out.println(time); //输出的结果为: 1383835712828

 

通过上面的代码可以看出,输出的结果已经超出int类型的最大值,因此,JDK设计的返回类型为long型,该方法常常被用于计时操作。

2.4. double类型

2.4.1. 使用double进行浮点数的运算

前面所学习的int、long都是用于存储整数的,小数即为浮点数,包括: float(单精度)和double(双精度),double类型的精度值是float类型的两倍,因此而得名双精精,在实际的应用开发中,float应用极少,大多数场合使用double表示浮点数。示例代码如下:

double pi = 3.14;
double r = 8;
double s = pi * r * r;
System.out.println("s=" + s); // 输出的结果为:s=200.96

 

2.4.2. 浮点数直接量是double类型

浮点数的直接量有两种写法:1)通常写法,如:3.14、314、0.1、.5。 2)科学计数法,如:1.25E2、1.25e2、1.25E-2。其中,1.25E2表示1.25乘以10的2次方。

默认的浮点直接量为double型,如果需要表示float类型的直接量,需要加“f”或“F”后缀。例如:

float f1 = 3.14 //编译错误,应该写成3.14f

 

2.4.3. double运算时会出现舍入误差

2进制系统中无法精确的表示1/10,就好像十进制系统中无法精确的表示1/3一样,

所以,2进制表示10进制会有一些舍入误差,对于一些要求精确运算的场合会导致代码的缺陷。示例代码如下所示:

double money = 3.0;
double price = 2.9;
System.out.println(money - price); //输出的结果是: 0.10000000000000009

 

如果需要精确的运算可以考虑放弃使用double或float而采用BigDecimal 类来实现。关于这一点,将在后续的章节中介绍。

2.5. char类型

2.5.1. char类型

字符类型char事实上是一个16位无符号整数(都是正数),这个值是对应字符的编码,Java字符类型采用Unicode字符集编码(通用码、统一码、万国码),而Unicode是世界通用的定长字符集,所有的字符都是16位来表示。例如:字符a实际的值为97,字符A实际的值为65,字符0实际的值为48。

字符直接量可以采用诸如:‘中’的形式,也可以采用16进制的表示形式,例如: ‘\u4e2d’,代码如下所示:

char c1 = ‘中’; //c1中存的是”中”的编码
char c2 = ‘\u4e2d‘; //‘4e2d’为‘中’所对应的16位Unicode编码的16进制表示形式
System.out.println(c1);
System.out.println(c2);

 

如上代码的输出结果:c1的值为中,c2值也为中,但c1和c2内部存储的其实是”中”这个字符所对应的Unicode码,即:一个无符号的整数。

2.5.2. 对char型变量赋值

在对char型变量赋值时,可以采用如下三种方式:

方式一:

字符直接量:形如‘A’,变量中实际存储的是该字符的Unicode编码(无符号整数值),一个char型变量只能存储一个字符。示例如下:

char c1 = ‘A‘;

 

方式二:

整型直接量:范围在0~65535之间的整数,变量中实际存储的即该整数值,但表示的是该整数值所对应的Unicode字符。示例如下:

char c2 = 65;

 

Unicode形式:形如‘\u0041’,Unicode字符的16进制形式。示例如下:

char c3 = ‘\u0041‘;

 

2.5.3. 使用转义字符

字符直接量需要包含在一对’’单引号之中,那如果想表示单引号’的字符时,需要怎么表示?想表示回车、换行符时,怎么表示?

因为单引号为特殊意义的字符, 那么,对于不方便输出的字符可以采用转义字符来表示,示例代码如下:

char c = ‘\\‘;
System.out.println(c); //输出的结果为:\

 

常用转义字符如下图 – 2所示:


图- 2

2.6. boolean类型

2.6.1. 使用boolean变量进行关系运算

boolean类型适用于关系、逻辑运算, 表示某个条件是否成立, 只允许取值true或false,true表示条件成立, 而false表示条件不成立。

boolean型变量经常用于存储关系运算的结果,所谓关系运算就是比较两个变量的大小相等等关系(此知识点,后续详细介绍)。boolean示例代码如下所示:

int age = 18;
boolean isChild = age<16;
System.out.println(isChild); // isChild的值为false
boolean running = true;
boolean closed = false;

 

2.7. 基本类型间转换

2.7.1. 类型间转换

不同的基本类型直接可以相互转化,主要有两种方式:

  1. 自动类型转化(隐式类型转换):从小类型到大类型可以自动完成。类型的大小关系如下图 - 3所示:

图- 3

  1. 强制转化:从大类型到小类型需要强制转换符,语法如下:
  2. (需要转换成的类型)变量

因为大类型的精度值大于小类型,取值范围大于小类型,所以,当使用强制转化时,有可能会造成精度的损失或者溢出,所以,在使用强制转化时要求显式的告诉编译器,正在进行强制转换。

2.7.2. 强制转换时的精度丧失和溢出

基本类型转化如下示例所示,注意强制转换时可能会造成的精度丧失和溢出。

int a = 100;
int b = 200;
long c = a + b; //自动将int转化为long
long l1 = 1024l;
int i = (int) l1; //需要加强制转化符由于1024在int的范围内,所以没有产生溢出
long l = 1024L * 1024 * 1024 * 4;
int j = (int) l; //会产生溢出
System.out.println(j); // 结果为:0
double pi = 3.1415926535897932384;
float f = (float) pi; //会造成精度的损失,因为单精度的精确度小于double
System.out.println(f); //结果为:3.1415927

 

2.7.3. 数值运算时的自动转换

如果在一个表达式中出现了多种数据类型,则运算结果会自动的向较大的类型进行转化,

示例如下:

//由于有long型的直接量参与,整个表达式的结果为long
long distance = 10000 * 365 * 24 * 60 * 60 * 299792458l;
//由于有double型的直接量599.0参与,整个表达式的结果为 double
double change = 800 - 599.0;
//结果为0.0,右边都是int型数据运算结果也为int类型,结果为0,再赋值给double
型,将0转化为 0.0
double persent1 = 80 / 100;
//结果为0.8,右边表达式有double型直接量参与, 运算结果为double型
double persent2 = 80.0 / 100;

 

2.7.4. byte、char、short转换为int

在前面所介绍的8种数据类型中,byte、char、short、int、long都表示整数类型,而整型的直接量为int,在实际使用中,为了方便使用,遵循了如下的规则:

  1. int直接量可以直接赋值给byte、char和short,只要不超过其表示范围。示例如下:
byte b = 97;
short s = 97;
char c = 97;

 

  1. byte、char、short三种类型参与运算时,先一律转换成int类型再进行运算。示例如下:
byte b = 97;
int num = b + b; //num的值为194

 

3. 运算符和表达式-1

3.1. 算数运算

3.1.1. 使用%运算符

Java算术运算符除了通常的加(+)、减(-)、乘(*)、除(\)之外,还包括取模运算(%)和自增(++)及自减(--)运算。+,-,*,/ 比较简单,实验一下即可。

取模运算(%)意为取余数,只能适用于整数及char类型。示例代码如下所示:

// 输出255除以8所得的余数。
int n = 225;
System.out.println(n % 8); //结果为1

 

3.1.2. 使用“++”和“--”运算符

Java的自增运算符(++)和自减运算符(--)继承自C++,可以使变量的值加1或减1,但其写在变量前和变量后有不同的效果:

  1. 如果写在变量前,表示在使用这个变量之前加1或减1
  2. 如果写在变量后,表示这个变量使用完之后再加1或减1

示例代码如下所示:

int a = 10, b = 20;
int c1 = a++; // 先将a的值赋给c1,然后a再自加
int c2 = ++b; // 先将b的值自加,然后再赋给c2
System.out.println("a=" + a + ", b=" + b + ", c1=" + c1 + ", c2=" + c2);
// 输出的结果为: a=11, b=21, c1=10, c2=21

 

3.2. 关系运算

3.2.1. 使用关系运算符

Java中的关系运算符用于判断数据之间的大小关系,包括大于(>)、小于(<)、大于等于(>=)、小于等于(<=)、等于(==)、不等于(!=) 六个运算符。

在实际应用中常常使用,假设现在想实现转帐功能,输入转帐的金额,需要判断所转帐的金额是否大于当前帐户的金额,那结果只有两个,大于或不大于,在java语言中,使用boolean类型来表示这种是否的状态,如果关系成立为true,否则为false。示例代码如下所示:

int max = 10;
int num = 9;
boolean b1 = max > 15;
boolean b2 = num%2 == 1;
System.out.println(b1); // 结果为false
System.out.println(b2); // 结果为true

 

3.3. 逻辑运算

3.3.1. 逻辑运算

前面的关系运算符是用于比较两个数值之间的大小关系的, 而逻辑运算符是用来进行逻辑运算的,它是建立在关系运算的基础之上的。当两个关系运算需要兼顾考虑时,可以使用逻辑运算符。

逻辑运算符包括:与(&&)、或(||)和非(!)。参与逻辑运算的变量或表达式都是boolean类型,运算结果也为boolean类型。逻辑运算规则如下图 - 4所示:


图- 4

通过分析可以看出:

  1. 当变量b1和变量b2同时为true时,&&表达式为true。
  2. 当变量b1和变量b2有一个为true时,||表达式为false。
  3. !只有一个表达式,当b1为true时,!b1为false,b1为false时,!b1为true。

3.3.2. 使用“&&”运算符

两个boolean变量参与“&&”运算时,只有当两个变量均为true的时,运算结果才为true,否则结果为false。示例代码如下所示:

int score = 80;
boolean b = score >= 60 && score < 90;
System.out.println(b);
// 结果为true,因为score的值同时满足大于等于60和小于90这两个条件,逻辑表达式“score >= 60”和“score < 90”的结果均为true,所以&&运算的结果即为true。

 

3.3.3. 使用“||”运算符

两个boolean变量参与“||”运算时,当两个变量有一个为true时,结果即为true,只有当两个变量均为false时结果为false。示例代码如下所示:

boolean flag = true;
int n = 200;
boolean b1 = flag || (n >= 0 && n < 100);
System.out.println(b1);
// 结果为true,上面这段代码中,表达式“flag || (n >= 0 && n < 100)”的含义是:当flag为true或者n在0到100之间(n大于等于0且小于100)时,结果为true,否则为false。根据flag和n的值,最后的运算结果为true。

 

3.3.4. 使用“!”运算符

“!”运算相对简单,只有一个boolean变量参与运算,运算的值与该变量相反,变量为true时结果为false,变量为false是结果为true。示例代码如下所示:

boolean flag = true;
int n = 200;
boolean b = !flag || (n >= 0 && n < 100);
System.out.println(b);
// 结果为false,上面这段代码中,表达式“!flag || (n >= 0 && n < 100)”的含义是:当flag为false或者n在0到100之间(n大于等于0且小于100)时,结果为true,否则为false。根据flag和n的值,最后的运算结果为false。

 

3.3.5. 关于“短路逻辑”的问题

Java逻辑运算中的&&和||有短路的特性,当第一个关系表达式就可以判断出整个表达式的结果时,就不会再去判断后面的第二个表达式。

  1. 对于“&&”,当第一个操作数为false时,将不会判断第二个操作数,因为此时无论第二个操作数是什么最后的结果一定是false;
  2. 对于“||”,当第一个操作数为true时,将不会判断第二个操作数,因为此时无论第二个操作数为何,最后的运算结果一定是true。

示例代码如下所示:

int i = 100, j = 200;
boolean b1 = (i > j) && (i++ > 100);
System.out.println(b1); // 结果为:false
System.out.println(i); // 结果为:100,发生短路,i++不会被执行
boolean b2 = i > 0 || j++ > 200;
System.out.println(b2); // 结果为:true
System.out.println(j); // 结果为:200,发生短路,j++不会被执行

 

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