1.3 Java的数据类型
任何一个计算机应用程序都是在不断的数据分析、处理中实现其功能的。所以，在真正开始设计Java应用程序之前，首先需要建立Java使用的各种数据类型的概念。
计算机程序运行时的主要工作实际上是进行一系列各类数据的读取、分析、处理和输出。这些数据在程序运行过程中需要存储在计算机内存中，并以变量或常量的形式进行管理。
为了准确地为各类数据分配所需的内存空间并提供合理的运算方法，就需要将数据分为不同的类型。每种类型的数据均被预定义了能够占用的存储容量（字节数），这就意味着任何一种类型的数据都被规定了可取值的范围，超出这个范围将会导致数据的“溢出”。
1.3.1 基本类型和引用类型
Java将数据分为基本类型和引用类型两大类。基本类型中主要包括整型、浮点型、布尔型和字符型。引用类型中最常用的有字符串型、数组、类的对象等。本节仅介绍基本类型和引用类型中的字符串类型，其他将在后续章节中介绍。
1．基本类型
基本类型数据主要包括数值型（整型、浮点型）、字符型和布尔型3大类。
（1）整型
整型数据包括正整数、负整数和零。Java中将整数分为byte（字节型）、short（短整型）、int（整型）和long（长整型）4种类型，每种类型可占用不同大小的存储空间。不同的整型表示的数值范围也不同，这为开发人员根据实际需要进行灵活选择提供了方便，同时设置适当的类型对节约系统资源，提高程序运行效率也是十分重要的。常用整数类型、占用的存储空间及取值范围见表1-1。
表1-1 整型数据及取值范围
需要说明以下两点：
1）从表1-1中可以看出，就算是数值范围最大的long类型，也会有无法表示的超小或超大的整数。此时，应当使用Java提供的BigInteger类来处理数据。
2）Java将一个整数默认为int类型。若需要将一个整数表示为long类型时，则需要在数字的后面加上l或L（大写或小写的L）。
（2）浮点型
浮点型用于表示一个实数（既有整数又有小数的数），浮点型数据分为标准计数法（如3.0、4.156等）和科学计数法（如123.45表示为1.2345E+2）两种。
Java根据所需数值范围不同将浮点型数据分为float（单精度）和double（双精度）两种类型，它们占用的字节数和取值范围见表1-2。
表1-2 浮点型数据及取值范围
需要说明以下两点：
1）无论是float还是double都是一种近似数据。其中，float型最多能有7位有效数字，能保证的精度为6位，也就是说float的精度为6～7位有效数字；double类型最多能拥有16位有效数字，能保证的精度为15位，也就是说double的精度为15～16位。在使用浮点数进行高精度计算时应注意上述问题。例如，下列语句执行后的输出结果不是2.7，而是2.6999999999999997。
若需要高精度的计算，可使用Java提供的BigDecimal类。
2）Java将一个浮点数默认为double类型，若希望表示一个float类型数值，则应在数值的后面加上一个f或F。
（3）布尔型
布尔型（boolean）也称为逻辑型，用来表示一个布尔值。布尔型数据的取值只能是true（真）或false（假），占用1个字节的存储空间，通常用来表示一个关系表达式（如a＞b）或逻辑表达式（如a＞b&a＜c）的运算结果。
（4）字符型
字符型（char）用来存储单个字符，占用两个字节的存储空间。Java语言中的字符采用的是Unicode字符集编码方案，每个字符占用两个字节的存储空间（16位无符号整数），共包含有65536个字符。由于Unicode字符集支持英文、中文等多国文字，所以也被称为“万国码”。在Java中Unicode码用“\uxxxx”表示，前面的“\u”表示这是一个Unicode值，后面xxxx是4位16进制数。Unicode码的范围是\u0000～\uFFFF。
2．String类型
前面介绍过的基本数据类型在计算机内存中保存的是数值本身，而引用数据类型在内存中存储的则是数值的内存地址，它往往由多个基本数据组成。因此，常将对引用数据类型的引用称为“对象引用”，引用数据类型也被称为复合数据类型，在有的程序设计语言中将其称为“指针”。引用数据类型中最常用的有字符串类型、数组和类的对象等。
字符串类型（String）表示一个由若干字符组成的字符序列。严格地讲，String是Java的一个预定义类，字符串类型数据实际上是String类的一个实例化对象中存储的数据。例如：
上面两条语句可以简化为：
1.3.2 变量与常量
对用户来说，变量是用来描述一条信息的名称，在变量中可以存储各种类型的信息。而对计算机来说变量代表一个存储地址，变量的类型决定了存储在变量中的数据的类型。简单地讲，变量就是在程序运行过程中，其值可以改变的数据。程序是通过变量的名称来访问相应内存空间的。
常量存储的是在程序运行中不能被修改的固定值。Java中常量与变量相同，也分为整型、浮点型、布尔型、字符型和字符串型。
在程序设计中使用变量与常量进行数据传递、数据读写等是最为基础的操作，正确理解和使用变量、常量是程序设计工作的重要技术之一。
1．标识符
标识符是用来表示变量名、类名、方法名、数组名和文件名的有效字符序列。开发人员可依据相应的规范自行决定要使用的标识符。关于标识符的命名应遵循如下一些规定。
1）标识符可以由大小写字母、数字、下划线、符号$等组合而成。
2）标识符只能以字母、下划线、$开头，不能以数字开头。标识符中不能包含空格、小数点或其他特殊字符。
3）标识符不能是Java的关键字（已被Java占用并赋予特定含义的字符串），如int、double、String等不能用作标识符。
4）标识符中变量名、方法名、数组名使用第一个单词全部小写后面的每个单词首字母大写（如age、myName等）；类名每个单词的首字母都要大写（如Student、MyClass等）。
5）标识符应该能够标识事物的特性。例如，用于存储用户名的字符串变量可使用userName来命名。
2．声明变量
变量总是和变量名联系在一起的，所以要使用变量，必须为变量命名。在Java中，命名变量的过程称为“声明”。
声明变量就是把存储数据的类型告诉计算机，以便为其安排需要的内存空间。同时将变量名和安排的内存地址关联，以方便数据的读写。变量的数据类型可以对应所有合法的数据类型。声明变量最简单的语法格式如下：
例如：
需要注意以下两点：
1）变量必须“先声明，后使用”。直接使用没有进行类型和名称声明的变量时，将出现未找到变量的错误。为了尽量避免这类错误，Java IDE软件都具有将已声明的变量自动添加到智能感知提示列表中的功能。
2）对于已声明的，较长或拼写复杂的变量名，最好先输入首字母或前面若干个字母，再用上下光标键从智能感知供选列表中选择需要的名称，最后使用“.”号、空格键或〈Enter〉键将其输入，这样可以有效地避免拼写错误。
3．为变量赋值
变量声明后没有赋值或需要重新赋予新值时可使用如下所示的语句，语句中的“=”称为赋值运算符。
为变量赋值时可以使用直接量，也可以使用变量表达式。例如：
若需要为多个变量赋予相同值时可以使用如下所示的语句。
需要说明以下两点：
1）赋值号“=”与数学中的等号具有相同的外观，但它们的含义是完全不同的。例如，在数学中x=12与12=x均正确，但在赋值语句中x=12是正确的，而12=x就是错误的，因为语法格式要求变量只能出现在赋值表达式的左边。
2）在程序中使用已声明但未赋值的变量将导致错误。例如，下列语句是错误的。
4．变量的作用域
变量的作用域是指变量的可见范围，也可以理解为变量的有效范围。Java将变量分成全局变量和局部变量两大类。
（1）全局变量
全局变量主要包括实例变量（也称为普通全局变量）和静态变量。
1）实例变量和静态变量都需要声明在类中，且不能包含在任何一个方法中。
2）静态变量需要使用static关键字来声明。
需要注意的是，无论全局变量的声明语句写在什么位置，它的作用域都是整个类。
（2）局部变量
局部变量是指在某方法中或某块语句结构（如if、for、while、switch等）中声明的变量。局部变量的作用域限定在所在方法或块语句结构内，也就是变量声明语句所在的一对大括号内。
例如，下列语句中x为静态变量，y为实例变量，a、b为局部变量。
5．常量与常用转义符
（1）声明和使用常量
Java中使用final修饰符来声明常量，其语法格式如下：
例如：
常量的使用方法与变量相同，可以使用常量名来表示常量值。例如：
在程序中使用常量有以下3个优点。
1）不必反复输入同一个数据，这在数据本身较复杂时更能显示出其优势。
2）如果必须修改常量的值时，仅需在源代码中修改一个地方。
3）用一个描述性名称命名常量，可以提高代码的可读性。
（2）常用转义符
转义符用来表示一些切实存在，但无法以常规的方式显示的特殊符号。如换行、回车、Tab等。所有转义符都用符号反斜杠“\”开头，后面跟一个特定的字母表示。常用转义符及说明见表1-3。
表1-3 常用转义符及说明
字符串中需要使用单引号“'”、双引号“"”或反斜杠“\”时，为了避免二义性就需要使用转义符来表示。例如，下列语句输出为：他说："Java是很有用的"，并在结尾输出一个回车符。
1.3.3 数据类型的转换
在处理数据的过程中，经常需要将一种数据类型转换为另一种数据类型。例如：
要想得到带有小数的计算结果，就需要将a和b转换成浮点型数据后再执行a/b的操作。在Java中，数据类型的转换分为“隐式转换”与“显式转换”两种。
1．隐式转换
（1）隐式转换的概念
隐式转换是系统自动执行的数据类型转换。隐式转换的基本原则有两个：首先，原类型与目标类型是兼容的；再者，原类型的数值范围小，目标类型的数值范围大。例如：
（2）char类型隐式转换为数值
Java允许将char（字符）类型的数据隐式转换为数值范围在短整型short及以上的数值类型。例如：
之所以允许将字符型数据隐式转换为整数，是因为char类型的数据在内存中保存的实质是整型数据，只是从意义上代表的是Unicode字符集中的一个字符。
（3）数值隐式转换为字符串
当一个字符串与一个数值型数据进行“+”运算时，Java会首先将数值型数据转换成字符串，而后再与原字符串连接。例如：
2．显式转换
显式转换也称为强制转换，是在代码中明确指示将某一类型的数据转换为另一种类型。显式转换语句的一般格式如下：
例如：
实际上，显式转换包括了所有的隐式转换，也就是说把任何隐式转换写成显式转换的形式都是允许的。与隐式转换相同，进行显式转换也要求原类型与目标类型兼容；不同的是若将数据范围大的类型转换成数值范围小的类型时，可能出现精度下降的情况。例如：
如果希望将一个数字字符串转换成某种数值类型，可使用如下所示的显式转换方法。
上面代码中Integer是int类型的包装类，Double是double类型的包装类。它们用于将基本类型的int或double转换成对应的引用类型，以方便调用包装类提供的方法进行类型转换或进行其他操作。
1.3.4 字符串的常用操作方法
Java的String类为处理字符串数据提供了大量实用的方法，通过这些方法可以实现对字符串进行测长度、取子串、比较等操作。关于字符串常用的操作方法见表1-4。
表1-4 String对象的常用方法
1.3.5 常用数学方法和随机数
Java在Math类中预定义了两个常量和大量用于数学计算（如三角函数、平方根、幂运算、生成随机数等）的方法，这些常量和方法的说明见表1-5。
表1-5 数学类常用属性与方法
除了上述常用的数学运算方法外，Math类还提供了一个用于产生随机数的random()方法。该方法可以产生一个大于等于0.0，小于1.0的double类型的随机数。
如果希望产生一个a～b的随机整数（包括a和b），可使用如下所示的语句格式。
例如，下列语句用于产生一个10～99的随机整数（包括10和99）。
