「MoreThanJava」Day2：變數、數據類型和運算符

2020 年 7 月 4 日
筆記
MoreThanJava

「MoreThanJava」 宣揚的是 「學習，不止 CODE」，本系列 Java 基礎教程是自己在結合各方面的知識之後，對 Java 基礎的一個總回顧，旨在 「幫助新朋友快速高品質的學習」。
當然 不論新老朋友 我相信您都可以 從中獲益。如果覺得 「不錯」 的朋友，歡迎 「關注 + 留言 + 分享」，文末有完整的獲取鏈接，您的支援是我前進的最大的動力！

Part 1. 數據類型

假設您遇到了以下撕碎的紙片，您覺得會是什麼意思？

在不了解上下文的情況下，很難說出 MIX 的含義，它可能是羅馬數字 1009，也可以是英語單詞 mix 或者別的什麼東西。

在不知道上下文的情況下，一串字母沒有任何意義。

與一串字母一樣，一串 01 的含義取決於如何使用。而決定這一串數據如何使用的方案被稱為其 數據類型 (跟文件類型有些類似)。

8 種基本數據類型

Java 是一種強類型語言。這意味著必須為每一條數據聲明一種類型。在 Java 中共有 8 種基本類型 (primitive type)，其中 4 種整型、2 種浮點類型、1 種字元類型、1 種表示真值的 boolean (布爾) 類型。

整型

整型被用來表示沒有小數部分的數值，允許是負數。Java 提供了 4 種整型，具體內容如下：

類型	存儲需求	取值範圍
int	4 位元組	-2147483648 ~ 2147483647 (剛超過 `20` 億，這個數值也就是 2³² 對半分成正負值，`32=4位元組每個位元組8位`)*
short	2 位元組	-32768 ~ 32767
long	8 位元組	-9223372036854775808 ~ 9223372036854775807
byte	1 位元組	-128 ~ 127

在通常情況下，int 類型最常用。但如果想要表示整個地球的居住人口，那麼就需要使用 long 類型了。byte 和 short 類型主要用於特定的應用場合，例如，底層的文件處理或者存儲空間很寶貴時的大數組 (因為節約記憶體)。

浮點類型

浮點類型用於表示有小數部分的數值。在 Java 中有兩種浮點類型，具體內容如下：

類型	存儲需求	取值範圍
float	4 位元組	大約 ±3.40282347E + 38F (大約有效數為 6 ~ 7)
double	8 位元組	大約 ±1.7976931486231580E + 308 (大約有效數為 15 位)

double 表示這種類型的數值精度是 float 類型的兩倍 (也有人稱 double 為雙精度數值)。

浮點數精度問題

問一個問題：0.1 + 0.2 = ？

先別奇怪，在 IDEA 中嘗試著輸出一下這句話就知道了：

System.out.println(0.1 + 0.2);

// 輸出：0.30000000000000004

0.1 + 0.2 為什麼會等於 0.30000000000000004？而不是我們想像中的 0.3？

這不是因為它們在計算時出現了錯誤，而是因為浮點數計算標準的要求。

首先我們要明確一點：編程中的浮點數並不能和數學中的小數看做同一個東西。

編程中的浮點數的精度往往都是有限的，單精度的浮點數使用 32 位表示，而雙精度的浮點數使用 64 位表示；
數學中的小數系統可以通過引入無限序列....可以表示任意的實數；

請考慮使用 十進位 表示 1/3：

0.3333333333333333....

如果想要完整地表達 1/3 的精度，那麼小數點之後的 3 需要無限地寫下去。如果需要讓你在一張紙上表達清晰，顯然由於紙張大小的限制你無法無限地寫下去...

0.1 和 0.2 在 二進位 中同 1/3 在 十進位 中一樣，不屬於整數的範疇，所以只能用近似值來代替，由於精度的限制 0.1 和 0.2 使用單精度浮點數表示的實際值為：0.100000001490116119384765625 和 0.20000000298023223876953125，把它們相加起來得到的結果與我們在一開始看到的非常相似：

在交易系統或者科學計算的場景中，如果需要更高的精度小數，可以使用具有 28 個有效位數的 decimal 或者直接使用分數，不過這些表示方法的開銷也隨著有效位數的增加而提高，我們應該按照需要選擇最合適的方法。

重新回到最開始的問題 — 0.1 和 0.2 相加不等於 0.3 的原因包括以下兩個：

使用二進位表達十進位的小數時，某些數字無法被有限位的二進位小數表示；
單精度和雙精度的浮點數只包括 7 位或者 15 位的有效小數位，存儲需要無限位表示的小數時只能存儲近似值；

在使用單精度和雙精度浮點數時也應該牢記它們只有 7 位和 15 位的有效位數。

char 類型

char 用來表示單個字元。在 Java 中 char 類型的數據使用 16 位來存儲和表示，而許多程式語言則僅用 8 位。

char 類型的字面量值需要用 單引號 括起來。例如：'A' 是編碼值為 65 的 字元常量，它與 "A" 不同，"A" 是僅包含字元 A 的 字元串 (String 類型)。

強烈建議：不要在程式中使用 char 類型，除非您確實需要處理 UTF-16 程式碼單元。

(更多相關資料放入了下面的自取資料，感興趣可以去閱讀一下更多 char 類型的東西，不感興趣跳過即可...)

boolean 類型

boolean (布爾) 類型有兩個值：false 和 true (注意這兩個是布爾類型的字面常量也是保留字)，用來判斷邏輯條件是否成立。

對象類型

Java 中的所有數據都屬於「基本數據類型」或「對象」中的一種。

雖然只有八種基本數據類型，但 Java 有許多滿足您需求的相關類型的對象供您使用，例如，表示字元串的 String 類型。

我們會在之後的內容中更多地討論對象 (因為 Java 是一種面向對象的程式語言)，現在，您需要了解以下資訊：

基本數據類型使用少量的固定位元組數 (下面會詳細介紹)；
只有 8 種基本數據類型，您無法創建新的原始數據類型；
一個對象是一個較大的數據塊，可能使用很多位元組的記憶體；
對象類型的數據被稱為類；
Java 中已經封裝了足夠多的類用來滿足您各類的需求，您也可以發明新的類來滿足程式的特定需求；

Part 2. 變數

電腦記憶體中有數以十億計的位元組用於存儲機器指令和數據。

程式運行時，某些記憶體用於存儲機器指令，而另外一些則用於存儲數據。後來，當另一個程式運行時，以前保存的機器指令中的某些位元組現在可以用來保存數據，而之前保存的數據中的某些位元組現在可以保存機器指令。

電腦先驅 約翰·馮·諾依曼 (John von Neumann) 的想法是：使用相同的存儲器來存儲指令和數據。

回想一下，數據類型是一種使用位模式來表示值的方案。

可以把變數視為一個由一個或多個位元組組成的小盒子，該盒子可以使用特定的數據類型保存值。

要將值存儲在記憶體中，以後再取回它，則程式必須為每個變數指定一個名稱，如 className/ payAmount (變數名採用小駝峰命名法)。

變數隨運行程式的需要而變化。當正在運行的程式不再需要變數時，該記憶體部分可用於其他目的。

聲明變數

在 Java 中，每個變數都必須有一個類型 (type)。在聲明變數時，需要先指定變數的類型，然後是變數名：

double salary;
int vacationDays;
long earthPopluation;
boolean finished;

可以看到，每個變數都以分號 (;) 結束。由於聲明是一條完整的 Java 語句，而所有的 Java 語句都以分號結束，所以這裡的分號是必須的。

變數命名

在 Java 中，變數命名需要遵循以下硬性規定和強烈建議遵守的非硬性規定：

硬性規則

變數名必須是一個以字母開頭並由字母或數字構成的序列 (儘管 $ 是合法的，但不要在你自己的程式碼中使用這個字元，它只用在 Java 編譯器或其他工具生成的名字中)；
每一個字元都有意義，且大小寫敏感；
不要使用 Java 中的保留字；

《阿里巴巴 Java 開發手冊》規則

【強制】 程式碼中的命名 (所有標識符) 均不能以下劃線或美元符號開始，也不能以下劃線或美元符號結束；(反例: $name)
【強制] 程式碼中的命名嚴禁使用拼音與英文混合的方式，更不允許直接使用中文的方式；(反例：DaZhePromotion - 打折)
【強制】 杜絕完全不規範的縮寫，避免詞不達意；(反例：condition 縮寫成 condi)
【推薦】 為了達到程式碼自解釋的目的，任何自定義編程元素在命名時，使用盡量完整的單片語合來表達其意；(反例：int a; 的隨意命名方式)

變數初始化

聲明一個變數之後，必須用賦值語句對變數進行顯式初始化，千萬不要使用未初始化的變數的值。例如，Java 編譯器認為下面的語句序列是錯誤的：

int amount;
System.out.println(amount); // ERROR -- variable not initialized

要相對一個已經聲明過的變數進行賦值，就需要將變數名放在等號 (=) 左側，再把一個適當取值放在等號的右側：

int amount;
amount = 12;

也可以將變數的聲明和初始化放在同一行中。例如：

int amount = 12;

最後，在 Java 中可以將聲明放在程式碼中的任何地方。

但讓變數儘可能地靠近變數第一次使用的地方，這是一種良好的程式編寫風格。

變數使用範例

我們來使用變數完成兩個數的加減乘除：

int num1 = 2;
int num2 = 3;
System.out.println(num1 + num2);
System.out.println(num1 - num2);
System.out.println(num1 * num2);
System.out.println(num1 / num2);

Part 3. 運算符

電腦的最基本用途之一就是執行數學運算，作為一門電腦語言，Java 也提供了一套豐富的運算符來操縱變數。我們可以把運算符分成以下幾組：

算術運算符;
關係運算符;
位運算符;
邏輯運算符;
賦值運算符;
其他運算符;

算術運算符

算術運算符用在數學表達式中，它們的作用和在數學中的作用一樣。下表列出了所有的算術運算符。

表格中的實例假設整數變數 A 的值為 10，變數 B 的值為 20：

實例

下面的簡單示常式序演示了算術運算符。複製並粘貼下面的 Java 程式並保存為 Test.java 文件，然後編譯並運行這個程式：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 20;
        int c = 25;
        int d = 25;
        System.out.println("a + b = " + (a + b));
        System.out.println("a - b = " + (a - b));
        System.out.println("a * b = " + (a * b));
        System.out.println("b / a = " + (b / a));
        System.out.println("b % a = " + (b % a));
        System.out.println("c % a = " + (c % a));
        System.out.println("a++   = " + (a++));
        System.out.println("a--   = " + (a--));
        // 查看  d++ 與 ++d 的不同
        System.out.println("d++   = " + (d++));
        System.out.println("++d   = " + (++d));
    }
}

運行結果：

a + b = 30
a - b = -10
a * b = 200
b / a = 2
b % a = 0
c % a = 5
a++   = 10
a--   = 11
d++   = 25
++d   = 27

i++ 與 ++i 到底有什麼不同？

實際上，不管是前置 ++，還是後置 ++，都是先將變數的值加 1，然後才繼續計算的。

二者之間真正的區別是：前置 ++ 是將變數的值加 1 後，使用增值後的變數進行運算的，而後置 ++ 是首先將變數賦值給一個臨時變數，接下來對變數的值加 1，然後使用那個臨時變數進行運算。

關係運算符

下表為Java支援的關係運算符。

表格中的實例整數變數 A 的值為 10，變數 B 的值為 20：

實例

下面的簡單示常式序演示了關係運算符。複製並粘貼下面的 Java 程式並保存為 Test.java 文件，然後編譯並運行這個程式：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 20;
        System.out.println("a == b = " + (a == b));
        System.out.println("a != b = " + (a != b));
        System.out.println("a > b = " + (a > b));
        System.out.println("a < b = " + (a < b));
        System.out.println("b >= a = " + (b >= a));
        System.out.println("b <= a = " + (b <= a));
    }
}

運行結果：

a == b = false
a != b = true
a > b = false
a < b = true
b >= a = true
b <= a = false

位運算符

Java定義了位運算符，應用於整數類型 (int)，長整型 (long)，短整型 (short)，字元型 (char)，和位元組型 (byte) 等類型。

位運算符作用在所有的位上，並且按位運算。假設 a = 60，b = 13; 它們的二進位格式表示將如下：

A = 0011 1100
B = 0000 1101
-----------------
A&B = 0000 1100
A | B = 0011 1101
A ^ B = 0011 0001
~A = 1100 0011

下表列出了位運算符的基本運算，假設整數變數 A 的值為 60 和變數 B 的值為 13：

實例

下面的簡單示常式序演示了關係運算符。複製並粘貼下面的 Java 程式並保存為 Test.java 文件，然後編譯並運行這個程式：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        int a = 60; /* 60 = 0011 1100 */
        int b = 13; /* 13 = 0000 1101 */
        int c = 0;
        c = a & b;       /* 12 = 0000 1100 */
        System.out.println("a & b = " + c);

        c = a | b;       /* 61 = 0011 1101 */
        System.out.println("a | b = " + c);

        c = a ^ b;       /* 49 = 0011 0001 */
        System.out.println("a ^ b = " + c);

        c = ~a;          /*-61 = 1100 0011 */
        System.out.println("~a = " + c);

        c = a << 2;     /* 240 = 1111 0000 */
        System.out.println("a << 2 = " + c);

        c = a >> 2;     /* 15 = 1111 */
        System.out.println("a >> 2  = " + c);

        c = a >>> 2;     /* 15 = 0000 1111 */
        System.out.println("a >>> 2 = " + c);
    }
}

運行結果：

a & b = 12
a | b = 61
a ^ b = 49
~a = -61
a << 2 = 240
a >> 2  = 15
a >>> 2 = 15

邏輯運算符

下表列出了邏輯運算符的基本運算，假設布爾變數 A 為真，變數 B 為假：

實例

下面的簡單示常式序演示了關係運算符。複製並粘貼下面的 Java 程式並保存為 Test.java 文件，然後編譯並運行這個程式：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        boolean a = true;
        boolean b = false;
        System.out.println("a && b = " + (a && b));
        System.out.println("a || b = " + (a || b));
        System.out.println("!(a && b) = " + !(a && b));
    }
}

運行結果：

a && b = false
a || b = true
!(a && b) = true

短路邏輯運算符

當使用與邏輯運算符時，在兩個操作數都為 true 時，結果才為 true，但是當得到第一個操作為 false 時，其結果就必定是 false，這時候就不會再判斷第二個操作了。

事實上，如果所有的邏輯表達式都有一部分不必計算，那將獲得潛在的性能提升。

實例：

public class LuoJi {

    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;//定義一個變數；
        boolean b = (a < 4) && (a++ < 10);
        System.out.println("使用短路邏輯運算符的結果為" + b);
        System.out.println("a的結果為" + a);
    }
}

運行結果：

使用短路邏輯運算符的結果為false
a的結果為5

賦值運算符

下面是 Java 語言支援的賦值運算符：

實例

下面的簡單示常式序演示了關係運算符。複製並粘貼下面的 Java 程式並保存為 Test.java 文件，然後編譯並運行這個程式：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 20;
        int c = 0;
        c = a + b;
        System.out.println("c = a + b = " + c);
        c += a;
        System.out.println("c += a  = " + c);
        c -= a;
        System.out.println("c -= a = " + c);
        c *= a;
        System.out.println("c *= a = " + c);
        a = 10;
        c = 15;
        c /= a;
        System.out.println("c /= a = " + c);
        a = 10;
        c = 15;
        c %= a;
        System.out.println("c %= a  = " + c);
        c <<= 2;
        System.out.println("c <<= 2 = " + c);
        c >>= 2;
        System.out.println("c >>= 2 = " + c);
        c >>= 2;
        System.out.println("c >>= 2 = " + c);
        c &= a;
        System.out.println("c &= a  = " + c);
        c ^= a;
        System.out.println("c ^= a   = " + c);
        c |= a;
        System.out.println("c |= a   = " + c);
    }
}

運行結果：

c = a + b = 30
c += a  = 40
c -= a = 30
c *= a = 300
c /= a = 1
c %= a  = 5
c <<= 2 = 20
c >>= 2 = 5
c >>= 2 = 1
c &= a  = 0
c ^= a   = 10
c |= a   = 10

其他運算符

條件運算符 (?😃

條件運算符也被稱為三元運算符。該運算符有 3 個操作數，並且需要判斷布爾表達式的值。該運算符的主要是決定哪個值應該賦值給變數。

variable x = (expression) ? value if true : value if false

實例

下面的簡單示常式序演示了關係運算符。複製並粘貼下面的 Java 程式並保存為 Test.java 文件，然後編譯並運行這個程式：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        int a, b;
        a = 10;
        // 如果 a 等於 1 成立，則設置 b 為 20，否則為 30
        b = (a == 1) ? 20 : 30;
        System.out.println("Value of b is : " + b);

        // 如果 a 等於 10 成立，則設置 b 為 20，否則為 30
        b = (a == 10) ? 20 : 30;
        System.out.println("Value of b is : " + b);
    }
}

運行結果：

Value of b is : 30
Value of b is : 20

instanceof 運算符

該運算符用於操作對象實例，檢查該對象是否是一個特定類型（類類型或介面類型）。

instanceof 運算符使用格式如下：

( Object reference variable ) instanceof  (class/interface type)

如果運算符左側變數所指的對象，是操作符右側類或介面 (class/interface) 的一個對象，那麼結果為真。

下面是一個例子：

String name = "James";
boolean result = name instanceof String; // 由於 name 是 String 類型，所以返回真

要點回顧

Java 是一種強類型語言，任何一種數據都屬於 1 種基本類型或者對象類型 (類) 中的一種；
8 種基本數據類型；
為什麼引入變數、如何定義使用變數以及變數名的命名規範；
Java 中的運算符以及使用實例；

練習

獲取用戶輸入 Scanner

java.util.Scanner 是 Java5 的新特徵，我們可以通過 Scanner 類來獲取用戶的輸入。

下面是創建 Scanner 對象的基本語法：

Scanner scanner = new Scanner(System.in);

在下面的示例中，我們將使用該類的 nextLine() 方法，該方法用於讀取字元串：

import java.util.Scanner;  // Import the Scanner class

class MyClass {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);  // Create a Scanner object
        System.out.println("Enter username");

        String userName = scanner.nextLine();  // Read user input
        System.out.println("Username is: " + userName);  // Output user input
    }
}

輸入類型

在上面的示例中，我們使用了 nextLine() 用於讀取字元串的方法。要閱讀其他類型，請查看下錶：

引用自：//www.w3schools.com/java/java_user_input.asp

練習 1：輸入圓的半徑計算周長和面積

參考答案：

import java.util.Scanner;

public class Tester {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("請輸入圓的半徑：");

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        int radius = scanner.nextInt();

        // 計算周長和面積
        double area = radius * radius * 3.14;
        double perimeter = 2 * 3.14 * radius;

        System.out.println("該圓的面積為：" + area);
        System.out.println("該圓的周長為：" + perimeter);
    }
}

練習 2：輸入年份判斷是不是閏年

提示：

閏年需要滿足：

能被 4 整除，並且不能被 100 整除；
或者能被 400 整除；

參考答案：

import java.util.Scanner;

public class Tester {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("請輸入年份：");

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        int year = scanner.nextInt();

        boolean leapYear;

        boolean divisbleBy4 = year % 4 == 0;
        boolean notDivisbleBy100 = year % 100 != 0;
        boolean divisibleBy400 = year % 400 == 0;
        leapYear = (divisbleBy4 && notDivisbleBy100) || divisibleBy400;

        System.out.println("該年份是否是閏年：" + leapYear);
    }
}

自取資料

擴展閱讀推薦

Java 基本數據類型 | 菜鳥教程 - //www.runoob.com/java/java-basic-datatypes.html
浮點類型精度深度討論：
1. 為什麼 0.1 + 0.2 = 0.3？ - //draveness.me/whys-the-design-decimal-and-rational/
2. 為什麼 0.1 + 0.2 = 0.300000004？ - //draveness.me/whys-the-design-floating-point-arithmetic/#fn:2
IEEE754標準: 浮點數在記憶體中的存儲方式 - //www.jianshu.com/p/8ee02e9bb57d
為什麼Java中char類型不能完整表示一個字元？ - //fookwood.com/java-string-charset-char

參考資料

Introduction to Computer Science using Java - //programmedlessons.org/Java9/index.html#part02
Java 運算符 | 菜鳥教程 - //www.runoob.com/java/java-operators.html
《Java 核心技術卷I》(第11版)

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「MoreThanJava」Day2：變數、數據類型和運算符

Part 1. 數據類型

8 種基本數據類型

整型

浮點類型

浮點數精度問題

char 類型

boolean 類型

對象類型

Part 2. 變數

聲明變數

變數命名

硬性規則

《阿里巴巴 Java 開發手冊》規則

變數初始化

變數使用範例

Part 3. 運算符

算術運算符

實例

i++ 與 ++i 到底有什麼不同？

關係運算符

實例

位運算符

實例

邏輯運算符

實例

短路邏輯運算符

賦值運算符

實例

其他運算符

條件運算符 (?😃

實例

instanceof 運算符

要點回顧

練習

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輸入類型

練習 1：輸入圓的半徑計算周長和面積

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