深入理解Java之数据类型

一、概述

我们通过编程解决一个具体问题时，首先要做的工作是用各种“数据结构”表示问题中的实体对象，而后才能着手研究描述具体业务逻辑的算法。这也正印证了”程序 = 数据结构 + 算法“。而这里的数据结构，便对应着各种数据类型。

数据类型指的是一组值以及相关的一组操作。Java中有两大类数据类型：一类是原始（primitive）数据类型，包括boolean、int、double等等；还有一类是引用类型，也就是类（class），包括Java类库提供给我们的类和我们自己使用关键字class定义的类。Java中的类按功能来分又可以分为抽象数据类型和静态代码库。

二、原始数据类型

1. 声明与初始化

原始数据类型作为变量使用的场景主要有两种：

一是作为局部变量使用，这时我们必须声明并且初始化后才能使用，否则会报错：

public static void main() {
    int a;
    int b = a + 1; //错误，局部变量a没有初始化
    ...
}

第二种场景是作为实例变量或类变量使用，这时声明后若不初始化系统会“隐式初始化”（具体来说是整型初始化为0，浮点型初始化为0.0，布尔型初始化为false）：

public class Counter {
    private int id;
    private int count;

    public Counter(int id) { //在构造器中没有显示初始化count，count在新创建的对象中会被系统隐式初始化为0
        this.id = id;
    }
    ...
}

2. 原始类型数组

在上面我们提到过，Java中除了原始数据类型便是引用类型，因此Java中的数组是一种引用类型。引用类型与原始数据类型的本质区别在于：引用类型变量存放的是一个引用，这里的引用也就是内存地址。 考虑下面的代码片段：

...
int a = 12345;
int b = a;
b = 123456; //a的值不变，仍为12345
...
int[] d = {1, 2, 3};
int[] e = d;
e[0] = 0;  //改变了e的同时也改变了d，即现在d = {0, 2, 3}
...

在上面的代码中，”int b = a"这句会创建一个a的副本，并把它赋值给b，由于是原始数据类型，所以修改b的值不会影响到a。

而“int e = d”同样也先创建一个d的副本，再把他赋值给e，然而d的值实际上是整型数组的引用（也就是地址），所以e的值也变成了同一个整型数组的地址。所以通过e对该整形数组做的改变会反映到d上。这个现象叫做起别名，也就是内存中同一个整型数组现在有不只一个变量存放着它的地址，这俩变量都能对它就行修改。

三、引用类型

正如上文提到的，Java中的引用类型变量的值是一个引用，也就是实际对象的地址。Java中的引用类型也就是我们常说的类（class），类主要有两种用途：一是用来描述一种抽象数据类型（Abstract Data Type，ADT）；另一种是用来容纳一组静态方法，也就是用做静态代码库（比如，Java类库中的Math类）。

1. 内存模型

Java中的引用类型的内存占用情况，不如原始类型来的直观。原始类型变量不需要保存除了它本身的值之外的任何信息。而一个Java对象往往占用了更多的内存，它需要保存它的所有实例变量以及一些额外信息（包括指向对象的类的引用、垃圾收集信息、同步信息）。考虑以下的Java类：

public class Rect {
    private int l;
    private int w;
    ...
}

一个Rect类型的对象在一个典型的64位机器上会占用24字节的内存，其中包括8字节的指向Rect类的引用、8字节的垃圾收集信息及同步信息和两个int类型的实例变量各占4字节。

2. 相等性

“==”运算符对两个对象默认比较行为是检测他们的标识（即引用）是否相等。而在多数情况下，我们对两个对象相等的定义是，这两个对象的状态（各个实例变量的值）相等。要想实现这种我们想要的行为，只需要重写equals()方法。

这个方法定义在Object类（一切Java类的父类），Java标准要求这个方法的实现必须接受一个Object类型参数，并满足以下性质：

（1）自反性：即x.equals(x)必须返回true

（2）对称性：x.equals(y)与y.equals(x)的返回结果必须相同

（3）传递性：若x.equals(y), y.equals(z)均返回true，那么x.equals(z)也必须返回true

（4）一致性：若x与y引用的对象没变，那么无论多少次调用x.equals(y)都应返回一致的结果

（5）非空性：对于任何的非空引用x，x.equals(null)总是返回false

拿以上提到的Rect类为例：

public class Rect {
    private int w;
    private int l;

    public Rect(int w, int l) {
        ...
    }

    public boolean equals(Object otherObject) {
        if (otherObjcet == null) {
            return false; 
        } else if (this == otherObject) {
            return true;     //标识相同，直接返回true
        }
        if (this.getClass() != otherObject.getClass()) {
            return false;
        }
        Rect rect = (Rect) otherObject;
        if ((this.getW() == rect.getW()) && ((this.getL() == rect.getL())) {
            return true;
        }
        return false;
    }
}

这里需要注意的是，在实际应用中，不同对象的相等性定义往往是具体场景而定，这里我们定义两个矩形对象相等是指两者的长和宽分别相等。

3.不变性

在Java中，用final修饰的数据类型具有“不变性”。而这个不变性对于原始数据类型和引用类型来说有着不同的含义。对于原始数据类型变量来说，所谓的不变性是指它的值不可改变；对于引用类型变量来说，不变性指的是它所引用的对象不可发生改变，但是它所引用的对象的内容可以改变。另外，final修饰的类不可以再派生子类。比如以下代码段：

public Class Test {
    public static final int a = 5; //a的值将一直为5，不可更改
    public final double[] b; //double数组对象b的标识（引用）不可边，但是它指向的double数组可以更改
    ...
}

【这篇博文简单的记录下自己的一些学习所得，如有不准确之处欢迎大家指正：）】