你不知道的基本数据类型和包装类 + 面试题

Posted 2021-03-12 dailyprogrammer

你不知道的基本数据类型和包装类 + 面试题

基本数据类型

Java 基本数据按类型可以分为四大类：布尔型、整数型、浮点型、字符型，这四大类包含 8 种基本数据类型。

• 布尔型：boolean
• 整数型：byte、short、int、long
• 浮点型：float、double
• 字符型：char

8 种基本类型取值如下：

数据类型 代表含义 默认值 取值 包装类     boolean 布尔型 false 0(false) 到 1(true) Boolean   byte 字节型 (byte)0 ﹣128 到 127 Byte   char 字符型 'u0000'(空) 'u0000' 到 'uFFFF' Character   short 短整数型 (short)0 -215215 到 215215-1 Short   int 整数型 0 ﹣231231 到 231231-1 Integer   long 长整数型 0L ﹣263263 到 263263-1 Long   float 单浮点型 0.0f 1.4e-45 到 3.4e+38 Float   double 双浮点型 0.0d 4.9e-324 到 1.798e+308 Double    

除 char 的包装类 Character 和 int 的包装类 Integer 之外，其他基本数据类型的包装类只需要首字母大写即可。包装类的作用和特点，本文下半部分详细讲解。

我们可以在代码中，查看某种类型的取值范围，代码如下：

public static void main(String[] args) {
    // Byte 取值：-128 ~ 127
    System.out.println(String.format("Byte 取值：%d ~ %d", Byte.MIN_VALUE, Byte.MAX_VALUE));
    // Int 取值：-2147483648 ~ 2147483647
    System.out.println(String.format("Int 取值：%d ~ %d", Integer.MIN_VALUE, Integer.MAX_VALUE));
}

包装类型

我们知道 8 种基本数据类型都有其对应的包装类，因为 Java 的设计思想是万物既对象，有很多时候我们需要以对象的形式操作某项功能，比如说获取哈希值（hashCode）或获取类（getClass）等。

那包装类特性有哪些？

1. 功能丰富

包装类本质上是一个对象，对象就包含有属性和方法，比如 hashCode、getClass 、max、min 等。

2. 可定义泛型类型参数

包装类可以定义泛型，而基本类型不行。

比如使用 Integer 定义泛型，代码：

List<Integer> list = new ArrayList<>();

如果使用 int 定义就会报错，代码：

List list = new ArrayList<>();  // 编译器代码报错

3. 序列化

因为包装类都实现了 Serializable 接口，所以包装类天然支持序列化和反序列化。比如 Integer 的类图如下：

4. 类型转换

包装类提供了类型转换的方法，可以很方便的实现类型之间的转换，比如 Integer 类型转换代码：

String age = "18";
int ageInt = Integer.parseInt(age) + 2;
// 输出结果：20
System.out.println(ageInt);

5. 高频区间的数据缓存

此特性为包装类很重要的用途之一，用于高频区间的数据缓存，以 Integer 为例来说，在数值区间为 -128~127 时，会直接复用已有对象，在这区间之外的数字才会在堆上产生。

我们使用 == 对 Integer 进行验证，代码如下：

public static void main(String[] args) {
        // Integer 高频区缓存范围 -128~127
        Integer num1 = 127;
        Integer num2 = 127;
        // Integer 取值 127 == 结果为 true（值127 num1==num2 => true）
        System.out.println("值127 num1==num2 => " + (num1 == num2));
        Integer num3 = 128;
        Integer num4 = 128;
        // Integer 取值 128 == 结果为 false（值128 num3==num4 => false）
        System.out.println("值128 num3==num4 => " + (num3 == num4));
    }

从上面的代码很明显可以看出，Integer 为 127 时复用了已有对象，当值为 128 时，重新在堆上生成了新对象。

为什么会产生高频区域数据缓存？我们查看源码就能发现“线索”，源码版本 JDK8，源码如下：

public static Integer valueOf(int i) {
  if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
    return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
  return new Integer(i);
}

由此可见，高频区域的数值会直接使用已有对象，非高频区域的数值会重新 new 一个新的对象。

各包装类高频区域的取值范围：

• Boolean：使用静态 final 定义，就会返回静态值
• Byte：缓存区 -128~127
• Short：缓存区 -128~127
• Character：缓存区 0~127
• Long：缓存区 -128~127
• Integer：缓存区 -128~127

包装类的注意事项

• int 的默认值是 0，而 Integer 的默认值是 null。
• 推荐所有包装类对象之间的值比较使用 equals() 方法，因为包装类的非高频区数据会在堆上产生，而高频区又会复用已有对象，这样会导致同样的代码，因为取值的不同，而产生两种截然不同的结果。代码示例：

public static void main(String[] args) {
    // Integer 高频区缓存范围 -128~127
    Integer num1 = 127;
    Integer num2 = 127;
    // Integer 取值 127 == 结果为 true（值127 num1==num2 => true）
    System.out.println("值127 num1==num2 => " + (num1 == num2));
    Integer num3 = 128;
    Integer num4 = 128;
    // Integer 取值 128 == 结果为 false（值128 num3==num4 => false）
    System.out.println("值128 num3==num4 => " + (num3 == num4));
    // Integer 取值 128 equals 结果为 true（值128 num3.equals(num4) => true）
    System.out.println("值128 num3.equals(num4) => " + num3.equals(num4));
}

• Float 和 Double 不会有缓存，其他包装类都有缓存。
• Integer 是唯一一个可以修改缓存范围的包装类，在 VM optons 加入参数：

-XX:AutoBoxCacheMax=666 即修改缓存最大值为 666 。

示例代码如下：

public static void main(String[] args) {
    Integer num1 = -128;
    Integer num2 = -128;
    System.out.println("值为-128 => " + (num1 == num2));
    Integer num3 = 666;
    Integer num4 = 666;
    System.out.println("值为666 => " + (num3 == num4));
    Integer num5 = 667;
    Integer num6 = 667;
    System.out.println("值为667 => " + (num5 == num6));
}

执行结果如下：

值为-128 => true
值为666 => true
值为667 => false

由此可见将 Integer 最大缓存修改为 666 之后，667 不会被缓存，而 -128~666 之间的数都被缓存了。

相关面试题

1. 以下 Integer 代码输出的结果是？

Integer age = 10;
Integer age2 = 10;
Integer age3 = 133;
Integer age4 = 133;
System.out.println((age == age2) + "," + (age3 == age4));

答：true,false

2. 以下 Double 代码输出的结果是？

Double num = 10d;
Double num2 = 10d;
Double num3 = 133d;
Double num4 = 133d;
System.out.println((num == num2) + "," + (num3 == num4));

答：false,false

3. 以下程序输出结果是？

int i = 100;
Integer j = new Integer(100);
System.out.println(i == j);
System.out.println(j.equals(i));

A：true,true
B：true,false
C：false,true
D：false,false

答：A

题目分析：有人认为这和 Integer 高速缓存有关系，但你发现把值改为 10000 结果也是 true,true，这是因为 Integer 和 int 比较时，会自动拆箱为 int 相当于两个 int 比较，值一定是 true,true。

4. 以下程序执行的结果是？

final int iMax = Integer.MAX_VALUE;
System.out.println(iMax + 1);

A：2147483648
B：-2147483648
C：程序报错
D：以上都不是

答：B

题目解析：这是因为整数在内存中使用的是补码的形式表示，最高位是符号位 0 表示正数，1 表示负数，当执行 +1 时，最高位就变成了 1，结果就成了 -2147483648。

5. 以下程序执行的结果是？

Set<Short> set = new HashSet<>();
for (short i = 0; i < 5; i++) {
    set.add(i);
    set.remove(i - 1);
}
System.out.println(set.size());

A：1
B：0
C：5
D：以上都不是

答：5

题目解析：Short 类型 -1 之后转换成了 Int 类型，remove() 的时候在集合中找不到 Int 类型的数据，所以就没有删除任何元素，执行的结果就是 5。

6. short s=2;s=s+1; 会报错吗？short s=2;s+=1; 会报错吗？

答：s=s+1 会报错，s+=1 不会报错，因为 s=s+1 会导致 short 类型升级为 int 类型，所以会报错，而 s+=1 还是原来的 short 类型，所以不会报错。

7. float f=3.4; 会报错吗？为什么？

答：会报错，因为值 3.4 是 double 类型，float 类型级别小于 double 类型，所以会报错。如下图所示：

8. 为什么需要包装类？

答：需要包装类的原因有两个。

① Java 的设计思想是万物既对象，包装类体现了面向对象的设计理念；
② 包装类包含了很多属性和方法，比基本数据类型功能多，比如提供的获取哈希值（hashCode）或获取类（getClass）的方法等。

9. 基本类 int 和包装类 Integer，在 -128~127 之间都会复用已有的缓存对象，这种说法正确吗？

答：不正确，只有包装类高频区域数据才有缓存。

10. 包装类 Double 和 Integer 一样都有高频区域数据缓存，这种说法正确吗？

答：不正确，基本数据类型的包装类只有 Double 和 Float 没有高频区域的缓存。

11. 包装类的值比较要使用什么方法？

答：包装类因为有高频区域数据缓存，所以推荐使用 equals() 方法进行值比较。

12. 包装类有哪些功能？

答：包装类提供的功能有以下几个。

• 功能丰富：包装类包含了有 hashCode、getClass 、max、min 等方法；
• 可定义泛型类型参数：例如 List<Integer> list = new ArrayList<>(); ;
• 序列化：包装类实现了 Serializable 接口，所以包装类天然支持序列化和反序列化；
• 类型转换：包装类提供了方便的类型转换方法，比如 Integer 的 parseInt() 方法；
• 高频区域数据缓存：高频区域可使用已有的缓存对象。

详见正文“包装类型”部分内容。

13. 泛型可以为基本类型吗？为什么？

答：泛型不能使用基本数据类型。泛型在 JVM（Java虚拟机）编译的时候会类型檫除，比如代码 List<Integer> list 在 JVM 编译的时候会转换为 List list ，因为泛型是在 JDK 5 时提供的，而 JVM 的类型檫除是为了兼容以前代码的一个折中方案，类型檫除之后就变成了 Object，而 Object 不能存储基本数据类型，但可以使用基本数据类型对应的包装类，所以像 List<int> list 这样的代码是不被允许的，编译器阶段会检查报错，而 List<Integer> list 是被允许的。

14. 选择包装类还是基本类的原则有哪些？

答：我们知道正确的使用包装类，可以提供程序的执行效率，可以使用已有的缓存，一般情况下选择基本数据类型还是包装类原则有以下几个。

① 所有 POJO 类属性必须使用包装类；
② RPC 方法返回值和参数必须使用包装类；
③ 所有局部变量推荐使用基本数据类型。

15. 基本数据类型在 JVM 中一定存储在栈中吗？为什么？

答：基本数据类型不一定存储在栈中，因为基本类型的存储位置取决于声明的作用域，来看具体的解释。

• 当基本数据类型为局部变量的时候，比如在方法中声明的变量，则存放在方法栈中的，当方法结束系统会释放方法栈，在该方法中的变量也会随着栈的销毁而结束，这也是局部变量只能在方法中使用的原因；
• 当基本数据类型为全局变量的时候，比如类中的声明的变量，则存储在堆上，因为全局变量不会随着某个方法的执行结束而销毁。

16. 以下程序执行的结果是？

Integer i1 = new Integer(10);
Integer i2 = new Integer(10);
Integer i3 = Integer.valueOf(10);
Integer i4 = Integer.valueOf(10);
System.out.println(i1 == i2);
System.out.println(i2 == i3);
System.out.println(i3 == i4);

A：false,false,false
B：false,false,true
C：false,true,true
D：true,false,false

答：B

题目解析：new Integer(10) 每次都会创建一个新对象，Integer.valueOf(10) 则会使用缓存池中的对象。

17. 3*0.1==0.3 返回值是多少？

答：返回值为：false。

题目解析：因为有些浮点数不能完全精确的表示出来，如下代码：

System.out.println(3 * 0.1);

返回的结果是：0.30000000000000004。

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