Java中自动类型转换溢出问题引发的探究

逃离我推掉我的手 2022-12-11 13:52 171阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  语言类型的强弱并没有好坏之分
 *  Java中所有的数值类型所占据的字节数量与平台无关
 *  数据类型之间的转换
 *  数据溢出问题
 *   *  整型类型溢出
     *  整型转换为字符型的溢出

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# 语言类型的强弱并没有好坏之分 #

编程鼻祖C语言是有类型的语言，在C语言中的变量必须满足：“在使用前定义，并确定类型”。在C语言之后的编程语言向着两个方向发展：

*  **C++、Java为代表的强类型语言**  
    更加强调类型，对类型的检查比Ｃ语言更严格。
 *  **JavaScript、Python、PHP为代表的弱类型语言**  
    不看重类型，甚至不需要事先定义。

一般来说，面向底层的语言更加强调类型；而越是面向应用的语言会越忽视类型，而去重视事务逻辑的处理。

# Java中所有的数值类型所占据的字节数量与平台无关 #

C/C++中int和long等类型的大小与目标平台相关，因为程序需要针对不同的处理器选择最为高效的整型，例如，在32位处理器上long值为4字节；在64位处理器上则为8字节。这样就有可能造成一个在64位处理器上运行的很好的C程序在32位处理器上运行却发生整数溢出。这就为编写跨平台程序带来了很大的难度。

而在Java中，所有的数值类型所占据的字节数量与平台无关，即数值类型的范围与运行Java代码的机器无关，这也是Java跨平台的一个表现。

另外，Java中的int、long、short、byte类型都是有符号的。底层的二进制形式中，首位如果是 0，就是正的；首位是1就是负的。另外，char则是0-65535的无符号数，从char转换到int类型时，缺少的高16位字节用0扩展。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Java - Type</th> 
   <th>默认值</th> 
   <th>大小</th> 
   <th>取值范围</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>byte</td> 
   <td>0</td> 
   <td>1字节</td> 
   <td>-128 - 127</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>short</td> 
   <td>0</td> 
   <td>2字节</td> 
   <td>-32768 - 32767</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>int</td> 
   <td>0</td> 
   <td>4字节</td> 
   <td>-2147483648 to 2147483647（21亿多）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>long</td> 
   <td>0L</td> 
   <td>8字节</td> 
   <td>-2<sup>32-1</sup> to (2<sup>32-1</sup>-1)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>float</td> 
   <td>0.0f</td> 
   <td>4字节</td> 
   <td>±1.4E-45 to ±3.4028235E+38（有效位数为6~7位）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>double</td> 
   <td>0.0d</td> 
   <td>8字节</td> 
   <td>±4.9E-324 to ±1.7976931348623157E+308（有效位数为15位）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>char</td> 
   <td>‘\u0000’</td> 
   <td>2字节</td> 
   <td>0-65535</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>boolean</td> 
   <td>false</td> 
   <td>取决于Java虚拟机</td> 
   <td>true 或 false</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzY5MTA1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
输出如下：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzY5MTA1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

*  不同类型的变量在内存中的表现形式是不同的，整型变量在内存中表现为`2进制数`，浮点型变量在内存中表现为`编码形式`。

# 数据类型之间的转换 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzY5MTA1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
上图中，6个实心箭头的转换表示无信息丢失的转换；3个虚箭头的转换表示可能有精度损失的转换。如果两个不同的数值类型进行二元操作时，先要将两个操作数转换为同一种类型，然后再进行计算，计算规则如下：

*  如果两个操作数中，有一个是double类型，另一个操作数就会转换为double类型。
 *  否则，如果其中一个操作数是float类型，另一个操作数就会转换为float类型。
 *  否则，如果其中一个操作数是long类型，另一个操作数就会转换为long类型。
 *  否则，两个操作数都将被转换为int类型。

特别的：整型向字符型转换时，JVM会把数字当成字符的[ASCII编码][ASCII]来处理。

//将整型类型强制转换为字符型时,JVM会把数字当成字符的ASCII编码来处理.
            char i = (char)97;
            System.out.println(i);//输出：a

# 数据溢出问题 #

数据溢出问题就是：当某一种类型的数值已经达到了此类型能够保存的最大值之后，再继续扩大，或者达到了最小值后再继续缩小，就会出现数据溢出问题。

## 整型类型溢出 ##

下面的代码以int类型为例，测试对int类型进行溢出测试：

package com.gql;
    
    /** int类型的溢出测试 @author Hudie @date 2020/10/2 - 11:53 */
    public class Test { 
        public static void main(String[] args) { 
            //int类型的最小值为:-2^31
            int a = -2147483648;
            System.out.println("int类型的最小值为:"+a);
            System.out.println("int类型的最小值减1为:"+(a-1));
            System.out.println("int类型的最小值减2为:"+(a-2));
            System.out.println("int类型的最小值减3为:"+(a-3));
            System.out.println("int类型的最小值减4为:"+(a-4));
            System.out.println("//总结:超过最小值的数据会向下溢出变成正数.\n");
    
            //int类型的最大值为2^31 - 1
            a = 2147483647;
            System.out.println("int类型的最大值为:"+a);
            System.out.println("int类型的最大值加1为:"+(a+1));
            System.out.println("int类型的最大值加2为:"+(a+2));
            System.out.println("int类型的最大值加3为:"+(a+3));
            System.out.println("int类型的最大值加4为:"+(a+4));
            System.out.println("总结:超过最大值的数据会向上溢出变成负数.\n");
        }
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzY5MTA1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]

**上面的代码符合了整型的数据溢出规则：即超过最大值的整型数值会向上溢出变成负数；超过最小值的整型数值会向下溢出变成正数。**

> 前文提到过，Java中的int、long、short、byte类型都是有符号的。而在C/C++语言中，溢出规则分为两种：
> 
>  *  有符号的整型溢出：“undefined behavior”，即由编译器实现，通常的编译器都是按照上面测试的整型数据溢出规则。
>  *  无符号的整型溢出：溢出后的数会以2^(8\*sizeof(type))作模运算

## 整型转换为字符型的溢出 ##

字符型数据在内存中一般情况下下占据一个字节(如今有些Unicode字符需要用两个char来描述)，其存放的就是这个字符对应的ASCLL码的整数值，所以字符型数据和整型数据之间可以通用。

下面的代码演示整型向字符型转换时出现的溢出情况。

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("总结:超过最小值的数据会向下溢出变成正数");
    
            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("总结:超过最大值的数据会向下溢出仍变成正数(因为char类型的符号位永远是0,即正数)");

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzY5MTA1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]

可以发现整型转换为字符型时的溢出规律：

*  当超过最小值的数据时会向下溢出，变成正数，所以直接取了char类型的最大值65535。
 *  当超过最大值的数据时会向上溢出，由于字符型不能变成负数，所以直接取了最小值0。
 *  可以将上面两条概括理解为，超过最大值后，取最小值；超过最小值后，取最大值。

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[ASCII]: http://ascii.911cha.com/
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