理解Java中的數據類型

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介紹

Java 是一種靜態類型的編程語言。這意味著當您創建一個變量時，您必須同時指定其數據類型，即它存儲的信息類型。這與動態類型的語言形成對比，例如PHP。使用動態類型的語言時，您無需指定變量的數據類型，這可能看起來很輕鬆。

然而，瞭解數據類型並適當使用它們可以使開發人員優化其代碼，因為每種數據類型都具有特定的資源需求。而且，如果您指定一種數據類型並嘗試存儲不同類型的數據，例如錯誤地進行，則無法編譯代碼。因此，使用靜態類型的語言，您可以在進行任何測試之前就檢測到錯誤。

Java 有兩種 數據類型： 原始 和 引用（也稱為 非原始）。在本教程中，您將使用 變量 來存儲和使用 Java 程序中的信息，以了解 Java 中一些常用的數據類型。這並不是對所有數據類型的詳盡概述，但這個指南將幫助您熟悉在 Java 中有哪些選擇。

先決條件

要按照本教程操作，您需要：

• 一個可以執行 Java 程式以便跟隨示例的環境。要在本機設置此功能，您需要以下內容：

  • 在您的機器上安裝 Java（版本 11 或以上），並使用 Java 開發套件（JDK）提供的編譯器。對於 Ubuntu 和 Debian，請按照我們教程中 選項 1 的步驟進行操作，參見我們的教程，如何在 Ubuntu 22.04 上使用 Apt 安裝 Java。對於其他操作系統，包括 Mac 和 Windows，請參閱 Java 安裝的下載選項。
  • 編譯和運行代碼示例，本教程使用 Java Shell，這是一個從命令行運行的 讀取-評估-打印（REPL）。要開始使用 JShell，請查閱 JShell 簡介 指南。

• 熟悉Java和面向對象編程，您可以在我們的教程如何在Java中編寫您的第一個程序中找到。

原始類型

Java的原始類型是Java中最簡單和最基本的數據類型。它們表示原始值，如數字和字符。最常用的原始數據類型包括int（整數）、boolean（布爾值）和char（字符）。你可以在官方的Java數據類型文檔中找到其餘類型。

整數

整數既可以是負數也可以是正數。在Java中，你會使用int來存儲它們。int可以容納足夠大的數字，適用於大多數情況：從-2,147,483,648到2,147,483,647。

讓我們看一下在示例中如何使用int：

int theAnswer = 42;

原始類型始終以小寫字母開頭（int）。Java語法規則要求你首先指定數據類型（int），然後是其名稱（theAnswer）。之後，你用等號（=）給變量賦值42。

無論數據類型如何，您都可以直接指定其名稱而無需添加任何特殊字符。這是因為 Java 可以將其識別為變量。

聲明變量後，您可以在方法中引用它，如下所示：

int theAnswer = 42;
System.out.println("The answer to all questions is " + theAnswer);

在第二行，您使用來自包System.out的內置方法println將theAnswer打印到控制台。這是測試變量是否按預期聲明的最簡單方法。

要查看此代碼的運行情況，請使用 Java Shell 工具。安裝 Java 後，在本地計算機上打開終端或命令提示符，然後輸入jshell：

jshell

您的輸出將類似於以下內容：

Output
|  Welcome to JShell -- Version 11.0.16
|  For an introduction type: /help intro

jshell>

您可以將此教程中的代碼示例粘貼到控制台中。完成後，您可以通過輸入/exit退出jshell。

要聲明並使用int，請將以下行粘貼到jshell控制台中：

int theAnswer = 42;
System.out.println("The answer to all questions is " + theAnswer);

您將看到以下輸出：

Output
theAnswer ==> 42
The answer to all questions is 42

此輸出確認您正確將int變量theAnswer設置為 42（theAnswer ==> 42）。您還成功地將theAnswer傳遞給一個方法並且該方法產生了預期的變量值。

布林

布林值可以是true或false。在Java中，您將使用boolean來存儲它們。例如，讓我們創建一個boolean變量來定義Java是否有趣：

boolean isJavaFun = true;

您將變量isJavaFun定義為true。另一個boolean值是false。

使用上面的變量，您可以像這樣打印句子Java is fun: true：

boolean isJavaFun = true;
System.out.println("Java is fun: " + isJavaFun);

在jshell中運行這些行將產生以下輸出：

Output
isJavaFun ==> true
Java is fun: true

與int示例類似，方法println將打印括號中提供的參數。加號（+）將字符串“Java is fun:”與變量isJavaFun連接或組合在一起，因此實際上，它只是一個參數——字符串Java is fun: true。

字符

要存儲單個字母數字字符，您將使用char。例如：

char firstLetter = 'a';

請注意，字母a被單引號包圍。單引號僅用於char值。雙引號用於字符串，稍後您將了解到。

char 看起來不像是一個特別有用的類型，因為你不太可能需要一個變量分配給單個字符。然而，char 被用作字符串類的基礎，比如 String，它們基本上是一組 char 值的集合。

正如您在本節中所看到的，基本類型變量的聲明和使用是直接的，因為它們表示諸如整數之類的簡單值。這些值可以立即使用，不需要額外的操作，比如創建對象、調用方法等。

參考類型

在這個系列的第一個教程中，如何在Java中編寫您的第一個程序，您學到了Java代碼是以類組織的，這些類被用作創建對象的模板。當這些對象被分配給變量時，您正在指向或引用這些對象。在這些情況下，這些變量被分類為參考類型。這些變量也被稱為非原始類型，因為原始類型變量不能指向對象。

物件之所以強大，是因為它們具有高級屬性，並且在觸發其方法時能夠起作用。然而，如果沒有指向它們的變數，這些物件將無法訪問並且實際上無法使用。這就是為什麼引用類型變數對於Java和整個面向對象編程至關重要。

儘管只有幾種基本類型，但參考類型幾乎是無限的，因為類（和接口）的數量沒有限制，每個類代表一個參考類型。Java 中有許多內置類提供基本功能。最常用的一些可以在核心 java.lang 套件中找到。您將在本節中回顧其中一些。

String 類

String 類代表組成字符串的字符組合。要聲明一個 String 或任何其他參考類型變量，首先指定其類型，然後是其名稱。然後，使用等號為其分配一個值。到目前為止，這與使用基本類型類似。但是，參考類型指向對象，因此如果尚未創建對象，則必須創建對象。這是一個例子：

String hello = new String("Hello");

hello 是具有參考類型 String 的變量名稱。將其分配給新的 String 對象。新的 String 對象使用 new 關鍵字與類名一起創建 – 在這種情況下為 String。類 String 以大寫字母開頭。按照慣例，所有類和因此參考類型都以大寫字母開頭。

每個類別都有一個特殊的方法，稱為建構子，用於創建新物件。您可以通過在類別名稱末尾加上括號（()）來調用這個建構子。建構子可能接受參數，就像上面的例子中，參數"Hello"應用於String的建構子中。

為確認hello變數的行為是否符合預期，可以將其再次傳遞給println方法，如下所示：

String hello = new String("Hello");
System.out.println(hello);

在jshell中運行這些代碼將產生以下輸出：

Output
hello ==> "Hello"
Hello

這次輸出確認hello變數設置為Hello。之後，同樣的Hello被打印到新行，確認println()方法已處理它。

包裝類

在前一節中，您使用了經常使用的String參考類型。其他常見的參考類型是所謂的基本類型的包裝類。一個包裝類包裝或包含基本數據，因此得名。所有基本類型都有相應的包裝類，以下是一些例子：

• Integer：用於包裝int值。
• Character：用於包裝char值。
• Boolean：用於包裝boolean值。

這些包裹存在是為了將簡單的基本值升級為強大的對象。每個包裹都有與其設計用於存儲的值相關的 ready-to-use 方法。

舉例來說，你將探索 Integer。在前一節中，你使用 new 關鍵字創建了一個 String 對象。然而，一些類提供，甚至鼓勵使用從它們那裡獲取對象的特殊方法，而 Integer 就是其中之一。在 Integer 的情況下，使用特殊方法主要是為了資源優化，但在其他情況下，可能是為了簡化複雜對象的構建。

在以下示例中，你使用 valueOf 方法 創建一個名為 theAnswer，值為 42 的 Integer 變量：

Integer theAnswer = Integer.valueOf(42);
System.out.println(theAnswer);

在 jshell 中，你將獲得以下輸出：

Output
theAnswer ==> 42
42

通過調用 Integer 方法 valueOf(42)，你指示 Java 為你提供一個具有此值的對象。在幕後，Java 將檢查是否已經存在具有該值的對象。如果有，該對象將與 theAnswer 變量關聯。如果沒有，將為 theAnswer 變量創建一個新對象。

出於性能原因，許多內置類提供此類方法，強烈建議使用，如果不是強制性的。在 Integer 的情況下，你仍然可以使用 new 關鍵字創建對象，但將收到一個不推薦的警告。

除了String和包裝類型之外，還有其他一些有用的內置引用類型，您可以在java.lang 包摘要中找到它們。要完全理解這些更高級的引用類型中的一些，需要額外的解釋或先備知識。這就是為什麼我們將在我們下一個Java系列教程中涵蓋其中一些的原因。

字面值

字面值代表可以直接在代碼中使用的固定值，因此可以將它們分配給基本類型和引用類型。有幾種類型的字面值，可以分類如下。

基本類型字面值

您已經在基本類型的部分中使用了一些字面值。對於每個基本類型，都有一個字面值，例如我們的例子中的那些：42，'a'和true。例如，像42這樣的整數是整數字面值。同樣，像'a'這樣的字符是字符字面值，true和false是布爾字面值。

原始类型字面值也可以用于创建引用类型的值。在创建一个Integer对象的代码中使用了int字面值，代码为Integer.valueOf(42)。还有一种简写方式，您可以直接赋值，如下所示：

Integer theAnswer = 42;

42是一个整数字面值，就像任何整数一样，您可以直接将其赋值给theAnswer变量，而无需任何其他语句。这种声明Integer的方式很常见，因为它很方便。

这种简写方法也适用于其他原始类型字面值及其对应的引用类型，例如Boolean：

Boolean isFun = true;

true是字面值，直接赋值给类型为Boolean的isFun变量。还有一个false字面值，您可以以相同的方式赋值。

字符串字面值

还有一个特殊的字面值用于String引用类型，它的特点是用双引号括起来。在这个例子中，它是"Hello, World!"：

String helloWorld = "Hello, World!";

使用字面值更简单、更短，这就是为什么很多程序员喜欢它的原因。然而，您仍然可以像在引用类型部分中已经做过的那样，使用新的String对象声明一个String变量。

Null 字面值

還有一個重要的字面值：null，代表著值的缺失或對象的不存在。Null 允許你創建一個引用類型並將其指向 null 而不是指向一個對象。null 可以用於所有引用類型，但不能用於任何原始類型。

String initiallyNullString = null;
System.out.println("The class name is: " + initiallyNullString.getClass());

關於 null 字面值有一個注意事項：你可以使用它來聲明變量，但在重新分配一個適當的非空值之前，你不能使用這些變量。如果你嘗試使用一個具有 null 值的引用類型變量，你將會得到一個錯誤。以下是一個例子：

Output
initiallyNullString ==> null
|  Exception java.lang.NullPointerException
|        at (#4:1)

當你嘗試在 jshell 中運行這段代碼時，你將會看到類似以下的錯誤：

根據你的操作系統和 Java 版本，你的輸出可能會有所不同。

為了解決錯誤，您必須重新指定initiallyNullString的值，如下所示：

String initiallyNullString = null;
initiallyNullString = "not null any longer";
System.out.println("The class name is: " + initiallyNullString.getClass());

修復後的代碼將打印以下輸出：

Output
initiallyNullString ==> null
initiallyNullString ==> "not null any longer"
The class name is: class java.lang.String

上面的輸出顯示了initiallyNullString如何首先為null，然後變為包含"not null any longer"的新String對象。接下來，當在實例化的對象上調用getClass()方法時，您將獲得java.lang.String，其中String是類名，java.lang是其包。最後，將打印出一條完整且有意義的消息："The class name is: class java.lang.String"。

這種null值聲明在舊代碼中更常見。它們被用來首先創建一個變量，然後稍後為其分配其真實值，通常通過一些確定後者的邏輯。但是，自Java版本8以來，引入了一種新的引用類型，稱為Optional，在以前使用null的情況下更適用。

本地變量類型推斷

直到現在，您一直在使用Java中的一些常見數據類型來定義變量。但是，Java 10引入了一個新功能，稱為本地變量類型推斷，它允許您在新變量前面使用關鍵字var。使用此功能，Java將從本地上下文中推斷（也就是自動猜測）數據類型。類型推斷是有爭議的，因為它與先前解釋的變量定義的冗長性形成對比。這種功能的優點和缺點是有爭議的，但事實是，其他靜態類型的語言，如C++，支持類型推斷。

無論如何，類型推斷無法完全取代數據類型的使用，因為它僅適用於本地變量，即方法內的變量。讓我們通過一個使用var的示例來看一下：

var hello = "Hello";
System.out.println(hello);

您使用var關鍵字聲明變量hello，以指示Java檢測其數據類型。然後，您以通常的方式將其打印到控制台上以確認它按預期工作：

Ouput
hello ==> "Hello"
Hello

只要您的Java安裝（更具體地說，是JDK）版本在10以上，此示例將正常工作。var關鍵字不支持舊版本。

類型推斷發生在編譯過程中 – 也就是說，當您編譯代碼時。編譯過程將純文本源代碼轉換為機器代碼並應用各種優化，包括類型推斷。這確保了對於類型推斷的變量有足夠的系統內存可用。因此，編譯後運行的機器代碼是完全優化的，就好像您手動指定了所有數據類型一樣。

在這個例子中，var 關鍵字之所以有效是因為該變量是局部的，而 var 數據類型僅適用於局部變量。局部變量定義在方法內部並且只能在方法內部訪問，這就是為什麼它們被稱為“局部”的原因。

為了顯示var僅可用於局部變量，請嘗試將其放在主方法之外，如下所示：

public class Hello {
	var hello = "Hello";
	public static void main(String[] args) {
		// example code
	}
}

當您在 jshell 中粘貼上述代碼時，您將會得到以下錯誤：

Output
|  Error:
|  'var' is not allowed here
|  	var hello = "Hello";
|   ^-^

var 不允許在這裡使用，因為 hello 處於方法外部並且不再被認為是局部的。因此，對於非局部變量，類型推斷不起作用，因為上下文無法可靠地用於檢測數據類型。

雖然使用var可能具有挑戰性並且並非必需，但您可能會遇到它，因此了解它是有用的。

保留關鍵字

當在Java中聲明變量時，有一個更重要的規則需要知道。有一些保留關鍵字不能用於變量名稱。例如，您不能聲明一個類型為`int`的原始變量並將其命名為`new`，就像這樣：

int new = 1;

如果您嘗試這個例子，您將會得到編譯錯誤，因為`new`是一個保留關鍵字。

Output
|  Error:
|  '.class' expected
|  int new = 1;
|      ^
|  Error:
|  <identifier> expected
|  int new = 1;
|         ^
|  Error:
|  '(' or '[' expected
|  int new = 1;
|          ^
|  Error:
|  unexpected type
|    required: value
|    found:    class
|  int new = 1;
|  ^--^
|  Error:
|  missing return statement
|  int new = 1;
|  ^----------^

關鍵字`new`用於創建新對象，Java不希望它出現在這個位置。在上一個輸出的錯誤列表中，第一部分是最重要的：

Output
|  Error:
|  '.class' expected
|  int new = 1;
|      ^

錯誤`’.class’ expected`意味著當您使用`new`關鍵字時，Java期望後面跟著一個類。在這一點上，Java無法解釋這個語句，其餘的錯誤隨之而來。

其餘的保留關鍵字，例如`abstract`、`continue`、`default`、`for`和`break`，在Java中也有特定的含義，不能用於變量名稱。保留關鍵字的完整列表可以在Java語言關鍵字頁面上找到。即使您不記得所有的保留關鍵字，您也可以使用編譯錯誤來識別問題。

結論

在這個教程中，您學到了Java中的原始數據類型和引用數據類型，這是一個複雜但至關重要的主題。花些時間來練習它，多次閱讀示例。嘗試更改一些數據類型和值。注意何時會引發錯誤，何時不會，以發展對代碼成功執行的感覺。

有關Java的更多信息，請查看我們的如何在Java中編碼系列。