型態

May 19, 2022

在 Java 的世界中，並非每個東西抽象化為物件，還是要面對系統的一些特性，例如，你還是要意會到記憶體長度有限的問題，程式執行時遇到 123 這個整數時，還是要想一下，用多少長度的記憶體來儲存它會比較經濟。

型態系統

基本上，Java 可區分為兩大型態系統：

  • 基本型態（Primitive type）
  • 類別型態（Class type），亦稱參考型態（Reference type）

這邊先解釋基本型態，之後會說明類別型態。

Java 的基本型態主要可區分為整數、位元組、浮點數、字元與布林：

  • 整數

可細分為 short 整數（佔 2 個位元組）、int 整數（佔 4 個位元組）與 long 整數（佔 8 個位元組）。不同長度的整數，可儲存的整數範圍也不同。long 整數佔的記憶體長度比int整數來得多，可表示的整數範圍也就比 int 整數大。同樣地，int 整數可表示的整數範圍也比短整數來得大。

  • 位元組

byte 型態長度就是一個位元組，在需要逐位元組處理資料時（例如影像處理、編碼處理等），就會使用 byte 型態，若用於表示整數，byte 可表示 -128 到 127 的整數。

  • 浮點數

主要用來儲存小數數值，可分為 float 浮點數（佔 4 個位元組）與 double 浮點數（佔 8 個位元組），double 浮點數使用的記憶體空間比 float 浮點數來得多，可表示的精確度也比較大。

  • 字元

Java 支援 Unicode，char 型態佔 2 個位元組，可用來儲存 UTF-16 Big Endian 的一個碼元（code unit），就現在而言，只要知道英文或中文字元可以直接寫在 '' 以 char 儲存，也可以把 65535 以內的整數指定給 char。

  • 布林

boolean 型態可表示 true 與 false，分別代表邏輯的「真」與「假」，不用在意 boolean 型態的長度。

每種型態佔有的記憶體長度不同，可儲存的數值範圍也就不同。例如 int 型態的記憶體空間是 4 個位元組，可儲存的整數範圍為 -2147483648 至 2147483647，如果儲存值超出型態範圍稱之為溢值（Overflow），會造成程式不可預期的結果。不用記憶各種型態可儲存的數值範圍，可以透過 API 來得知。例如：

package cc.openhome;

public class Range {
    public static void main(String[] args) {
        // byte、short、int、long 範圍
        System.out.printf("%d ~ %d%n", 
                Byte.MIN_VALUE, Byte.MAX_VALUE);
        System.out.printf("%d ~ %d%n", 
                Short.MIN_VALUE, Short.MAX_VALUE);
        System.out.printf("%d ~ %d%n", 
                Integer.MIN_VALUE, Integer.MAX_VALUE);
        System.out.printf("%d ~ %d%n", 
                Long.MIN_VALUE, Long.MAX_VALUE);
        // float、double 精度範圍
        System.out.printf("%d ~ %d%n", 
                Float.MIN_EXPONENT, Float.MAX_EXPONENT);
        System.out.printf("%d ~ %d%n", 
                Double.MIN_EXPONENT, Double.MAX_EXPONENT);
        // char 可表示的 Unicode 範圍
        System.out.printf("%h ~ %h%n", 
                Character.MIN_VALUE, Character.MAX_VALUE);
        // boolean 的兩個值
        System.out.printf("%b ~ %b%n", 
                Boolean.TRUE, Boolean.FALSE);
    }    
}

在程式中看到 // 符號，這是單行註解，註解是用來說明或記錄程式中一些注意事項，編譯器會忽略該行 // 符號之後的文字，對編譯出來的程式不會有任何影響，另一個註解符號是 /* 與 */ 包括的多行註解。例如：

/* 作者：良葛格
   功能：示範printf()方法
   日期：2011/7/23
 */
public class Demo {
...

編譯器會忽略 /* 與 */ 間的文字，不過以下使用多行註解的方式是不對的：

/*  註解文字1……bla…bla
    /*
        註解文字2……bla…bla
    */
*/

編譯器會以為倒數第二個 */ 就是註解結束的時候，因而對最後一個 */ 就會認為是錯誤的語法，這時就會出現編譯錯誤的訊息。

格式化輸出

System.out.println 會在標準輸出中顯示文字後換行，如果使用 System.out.print，輸出文字後不會換行，System.out.printf 會對輸出文字作格式化後再顯示在文字模式中。printf 的第一個引數（Argument）是字串，當中 %d、%h、%b 等是格式控制符號。以下列出一些常見的格式控制字元：

  • %%：因為 % 符號已被用為控制符號前置，就規定使用 %% 在字串中表示 %。
  • %d：10 進位整數格式輸出，可用於 byte、short、int、long、Byte、Short、Integer、Long、BigInteger。
  • %f：10 進位浮點數格式輸出，可用於 float、double、Float、Double 或 BigDecimal。
  • %e、%E：科學記號浮點數格式輸出，提供的數必須是 float、double、Float、 Double 或 BigDecimal。%e 表示輸出格式遇到字母以小寫表示，如 2.13e+12，%E 表示遇到字母以大寫表示。
  • %o：8 進位整數格式輸出，可用於 byte、short、int、long、Byte、Short、Integer、Long 或 BigInteger。
  • %x、%X：16 進位整數格式輸出，可用於 byte、short、int、long、Byte、Short、Integer、Long、或 BigInteger。%x 表示字母輸出以小寫表示，%X 則以大寫表示。
  • %s、%S：字串格式符號。
  • %c、%C：字元符號輸出，提供的數必須是 byte、short、char、Byte、Short、Character 或 Integer。%c 表示字母輸出以小寫表示，%C 則以大寫 表示。
  • %b、%B：輸出 boolean 值，%b 表示輸出結果會是 true 或 false，%B 表示輸出結果會是 TRUE 或 FALSE。非 null 值輸出是 true 或 TRUE，null 值輸出是 false 或 FALSE。
  • %h、%H：使用 Integer.toHexString(arg.hashCode()) 來得到輸出結果，如果 arg 是 null，則輸出 null，也常用於 16 進位格式輸出。
  • %n：輸出平台特定的換行符號，如果 Windows 會置換為 "\r\n"，如果是 Linux 會置換為 '\n'，Mac OS 會置換為 '\r'。

這個範例的輸出結果如下：

-128 ~ 127
-32768 ~ 32767
-2147483648 ~ 2147483647
-9223372036854775808 ~ 9223372036854775807
-126 ~ 127
-1022 ~ 1023
0 ~ ffff
true ~ false

可以在輸出浮點數時指定精度，例如：

jshell> System.out.printf("example:%.2f%n", 19.234);
example:19.23

也可以指定輸出時，至少要預留的字元寬度，例如：

jshell> System.out.printf("example:%6.2f%n", 19.234);
example: 19.23

由於預留了 6 個字元寬度，不足的部份要由空白字元補上，所以執行結果會輸出 " example: 19.23"（19.23 只佔五個字元，所以補了一個空白在前端）。

字面常量

在 Java 寫下一個值，該值稱為字面常量（Literal constant）。在整數字面常量表示上，除了 10 進位表示法之外，還有8進位或16進位表示。例如 12 這個值分別以 10 進位、16 進位與 8 進位表示：

jshell> 12    // 10 進位表示
$1 ==> 12

jshell> 0xC   // 16 進位表示，以 0x 開頭
$2 ==> 12

jshell> 014   // 8 進位表示，以 0 開頭
$3 ==> 12

浮點數除了使用小數方式直接表示外，也可以直接使用科學記號表示。例如以下都是表示 0.00123 的值：

jshell> 0.00123
$4 ==> 0.00123

jshell> 1.23e-3
$5 ==> 0.00123

要表示字元的話，必須使用 ' 符號括住字元，這會是個 char 型態。例如：

jshell> 'S'
$6 ==> 'S'

jshell> '林'
$7 ==> '林'

像 ' 這個符號在語法上用來表示字元，若就是想表示 ' 這個字元呢？必須使用忽略（Escape）符號 \，編譯器看到 \ 會忽略下個字元，不視為程式語法的一部份。例如要表示 ' 就要用 \'。

以下是常用的一些忽略符號：

  • \\：反斜線 \。
  • \'：單引號 '。
  • \"：雙引號 "。
  • \uxxxx：以 16 進位數指定 char 的值，x 表示數字。
  • \xxx：以 8 進位數指定 char 的值，x 表示數字。
  • \b：倒退一個字元。
  • \f：換頁。
  • \n：換行。
  • \r：游標移至行首。
  • \t：跳格（按下 Tab 鍵的字元）。

撰寫整數或浮點數字面常量時，可以使用底線更清楚地表示某些數字。例如：

jshell> 1234_5678
$9 ==> 12345678

jshell> 3.141_592_653
$10 ==> 3.141592653

有時候，想以二進位方式表示某個值，可以用 0b 作為開頭。例如：

jshell> 0b101010101010  // 用二進位表示 10 進位整數 2730
$11 ==> 2730

上面的程式片段也可以結合底線，這樣就更清楚了：

jshell> 0b1010_1010_1010 // 用二進位表示 10 進位整數 2730
$12 ==> 2730

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