# 变量(Variable)


前文也介绍了,对象的状态是存储在字段里面

```java
int cadence = 0;
int speed = 0;
int gear = 1;
```

Java 里面的变量包含如下类型:

* 实例变量/非静态字段(Instance Variables/Non-Static Fields):从技术上讲,对象存储他们的个人状态在“非静态字段”,也就是没有 static 关键字声明的字段。非静态字段也被称为实例变量,因为它们的值对于类的每个实例来说是唯一的(换句话说,就是每个对象); 自行车的当前速度​独立于另一辆自行车的当前速度​。
* 类变量/静态字段(Class Variables/Static Fields) :类变量是用 static 修饰符声明的字段,也就是告诉编译器无论类被实例化多少次,这个变量的存在,只有一个副本。特定种类自行车的齿轮数目的字段可以被标记为 static,因为相同的齿轮数量将适用于所有情况。代码`static int numGears = 6;`将创建一个这样的静态字段。此外,关键字 final 也可以加入,以指示的齿轮的数量不会改变。
* 局部变量(Local Variables):类似于对象存储状态在字段里,方法通常会存放临时状态在局部变量里。语法与局部变量的声明类似(例如,`int count = 0;`)。没有特殊的关键字来指定一个变量是否是局部变量,是由该变量声明的位置决定的。局部变量是类的方法中的变量。
* 参数(Parameters):前文的例子中经常可以看到`public static void main(String[] args)`,这里的 args 变量就是这个方法参数。要记住的重要一点是,参数都归类为“变量(variable)”而不是“字段(field)”。

如果我们谈论的是“一般的字段”(不包括局部变量和参数),我们可以简单地说“字段”。如果讨论适用于上述所有情况,我们可以简单地说“变量”。如果上下文要求一个区别,我们将使用特定的术语(静态字段,局部变量,等等)。你也偶尔会看到使用术语“成员(member)”。 类型的字段、方法和嵌套类型统称为它的成员。

## 命名

每一个编程语言都有它自己的一套规则和惯例的各种名目的,Java 编程语言对于命名变量的规则和惯例可以概括如下:

* 变量名称是区分大小写的。变量名可以是任何合法的标识符 - 无限长度的 Unicode字母和数字,以字母,美元符号`$`,或下划线`_`开头。但是惯例上推荐使用字母开头,而不是`$`或`_`。此外,按照惯例,美元符号从未使用过的。您可能会发现一些情况,自动生成的名称将包含美元符号,但你的变量名应该始终避免使用它。类似的约定存在下划线,不鼓励用“_”作为变量名开头。空格是不允许的。
* 随后的字符可以是字母,数字,美元符号,或下划线字符。惯例同样适用于这一规则。为变量命名,尽量是完整的单词,而不是神秘的缩写。这样做会使你的代码更容易阅读和理解,比如 cadence、speed 和 gear 会比缩写 c、s 和 g 更直观。同时请记住,您选择的名称不能是[关键字或保留字](../docs/keywords.md)。
* 如果您选择的名称只包含一个词,拼写单词全部小写字母。如果它由一个以上的单词,每个后续单词的第一个字母大写,如 gearRatio 和 currentGear。如果你的变量存储一个恒定值,使用`static final int NUM_GEARS = 6`,每个字母大写,并用以下划线分隔后续字符。按照惯例,下划线字符永远不会在其他地方使用。

详细的命名规范,可以参考《[Java 编码规范]()》。

## 基本数据类型(Primitive Data Types)

Java 是静态类型(statically-typed)的语言,必须先声明再使用。基本数据类型之间不会共享状态。

主要有8种基本数据类型:

![](../images/basics/primitive-data-types.jpg)

#### byte

byte 由1个字节8位表示,是最小的整数类型。主要用于节省内存空间关键。当操作来自网络、文件或者其他 IO 的数据流时,byte类型特别有用。取值范围为:[-128, 127]. byte 的默认值为 (byte)0,如果我们试图将取值范围外的值赋给 byte类型变量,则会出现编译错误,例如 `byte b = 128;`这个语句是无法通过编译的。一个有趣的问题,如果我们有个方法: public void test(byte b)。试图这么调用这个方法是错误的: test(0); 编译器会报错,类型不兼容!!!我们记得`byte b =0;`这是完全没有问题的,为什么在这里就出错啦?

这里涉及到一个叫字面值(literal)的问题,字面值就是表面上的值,例如整型字面值在源代码中就是诸如 5 , 0, -200这样的。如果整型子面子后面加上L或者l,则这个字面值就是 long 类型,比如:1000L代表一个 long 类型的值。如果不加L或者l,则为 int 类型。基本类型当中的byte short int long都可以通过不加L的整型字面值(我们就称作int字面值吧)来创建,例如 byte b = 100; short s = 5;对于long类型,如果大小超出int所能表示的范围(32 bits),则必须使用L结尾来表示。整型字面值可以有不同的表示方式:16进制【0X or 0x】、10进制【nothing】、八进制【0】、2进制【0B or 0b】等,二进制字面值是JDK 7以后才有的功能。在赋值操作中,int字面值可以赋给byte short int long,Java语言会自动处理好这个过程。如果方法调用时不一样,调用test(0)的时候,它能匹配的方法是test(int),当然不能匹配test(byte)方法,至于为什么Java没有像支持赋值操作那样支持方法调用,不得而知。注意区别包装器与原始类型的自动转换(anto-boxing,auto-unboxing)。`byte d = 'A';`也是合法的,字符字面值可以自动转换成16位的整数。
对byte类型进行数学运算时,会自动提升为int类型,如果表达式中有double或者float等类型,也是自动提升。所以下面的代码是错误的:

```java
byte t s1 = 100;
byte s2 = 'a';
byte sum = s1 + s2;//should cast by (byte)
```

#### short

用 16 位表示,取值范围为:[- 2^15, 2^15 - 1]。short可能是最不常用的类型了。可以通过整型字面值或者字符字面值赋值,前提是不超出范围(16 bit)。short类型参与运算的时候,一样被提升为int或者更高的类型。(顺序为 byte short int long float double).

#### int

32 bits, [- 2^31, 2^31 - 1].有符号的二进制补码表示的整数。常用语控制循环,注意byte 和 short在运算中会被提升为int类型或更高。Java 8以后,可以使用int类型表示无符号32位整数[ 0, 2^31 - 1]。

#### long

64 bits, [- 2^63, 2^63 - 1,默认值为0L].当需要计算非常大的数时,如果int不足以容纳大小,可以使用long类型。如果long也不够,可以使用BigInteger类。

#### char

16 bits, [0, 65535], [0, 2^16 -1],从'\u0000'到'\uffff'。无符号,默认值为'\u0000'。Java使用Unicode字符集表示字符,Unicode是完全国际化的字符集,可以表示全部人类语言中的字符。Unicode需要16位宽,所以Java中的char类型也使用16 bit表示。 赋值可能是这样的:

```java
char ch1 = 88;
char ch2 = 'A';
```

ASCII字符集占用了Unicode的前127个值。之所以把char归入整型,是因为Java为char提供算术运算支持,例如可以ch2++;之后ch2就变成Y。当char进行加减乘除运算的时候,也被转换成int类型,必须显式转化回来。

#### float

使用32 bit表示,对应单精度浮点数,遵循IEEE 754规范。运行速度相比double更快,占内存更小,但是当数值非常大或者非常小的时候会变得不精确。精度要求不高的时候可以使用float类型,声明赋值示例:

```java
float f1 =10;
f1 = 10L;
f1 = 10.0f; //f1 = 10.0;默认为double
```

可以将byte、short、int、long、char赋给float类型,java自动完成转换。

#### double

64为表示,将浮点子面子赋给某个变量时,如果不显示在字面值后面加f或者F,则默认为double类型。java.lang.Math中的函数都采用double类型。

如果double和float都无法达到想要的精度,可以使用BigDecimal类。

#### boolean

boolean类型只有两个值true和false,默认为false。boolean与是否为0没有任何关系,但是可以根据想要的逻辑进行转换。许多地方都需要用到boolean类型。

除了上面列出的八种原始数据类型,Java 编程语言还提供了 [java.lang.String](https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/String.html)用于字符串的特殊支持。双引号包围的字符串会自动创建一个新的 String 对象,例如`String s = "this is a string";`。String 对象是不可变的(immutable),这意味着一旦创建,它们的值不能改变。 String 类不是技术上的原始数据类型,但考虑由语言所赋予的特殊支持,你可能会倾向于认为它是这样的。更多关于 String 类的细节,可以参阅[简单数据对象(Simple Data Objects)]()。


#### 默认值

在字段声明时,有时并不必要分配一个值。字段被声明但尚未初始化时,将会由编译器设置一个合理的默认值。一般而言,根据数据类型此的不同,默认将为零或为 null。但良好的的编程风格不应该依赖于这样默认值。

下面的图表总结了上述数据类型的默认值。

数据类型 | 字段默认值
---- | ----
byte | 0
short | 0
int | 0
long | 0L
float | 0.0f
double | 0.0d
char | '\u0000'
String (或任何对象) | null
boolean | false

局部变量(Local Variable)略有不同,编译器不会指定一个默认值未初始化的局部变量。如果你不能初始化你声明的局部变量,那么请确保使用之前,给它分配一个值。访问一个未初始化的局部变量会导致编译时错误。

## 字面值(Literal)

在 Java 源代码中,字面值用于表示固定的值(fixed value),直接展示在代码里,而不需要计算。数值型的字面值是最常见的,字符串字面值可以算是一种,当然也可以把特殊的 null 当做字面值。字面值大体上可以分为整型字面值、浮点字面值、字符和字符串字面值、特殊字面值。

### 整型字面值

从形式上看是整数的字面值归类为整型字面值。例如: 10, 100000L, 'B'、0XFF这些都可以称为字面值。整型字面值可以用十进制、16、8、2进制来表示。十进制很简单,2、8、16进制的表示分别在最前面加上0B(0b)、0、0X(0x)即可,当然基数不能超出进制的范围,比如09是不合法的,八进制的基数只能到7。一般情况下,字面值创建的是int类型,但是int字面值可以赋值给byte short char long int,只要字面值在目标范围以内,Java会自动完成转换,如果试图将超出范围的字面值赋给某一类型(比如把128赋给byte类型),编译通不过。而如果想创建一个int类型无法表示的long类型,则需要在字面值最后面加上L或者l。通常建议使用容易区分的L。所以整型字面值包括int字面值和long字面值两种。

* 十进制(Decimal):其位数由数字0〜9组成;这是您每天使用的数字系统
* 十六进制(Hexadecimal):其位数由数字0到9和字母A至F的组成
* 二进制(Binary):其位数由数字0和1的(可以在 Java SE 7 和更高版本创建二进制字面值)

下面是使用的语法:

```java
// The number 26, in decimal
int decVal = 26;
// The number 26, in hexadecimal
int hexVal = 0x1a;
// The number 26, in binary
int binVal = 0b11010;
```

### 浮点字面值

浮点字面值简单的理解可以理解为小数。分为float字面值和double字面值,如果在小数后面加上F或者f,则表示这是个float字面值,如11.8F。如果小数后面不加F(f),如10.4。或者小数后面加上D(d),则表示这是个double字面值。另外,浮点字面值支持科学技术法( E 或 e )表示。下面是一些例子:

```java
double d1 = 123.4;
// same value as d1, but in scientific notation
double d2 = 1.234e2;
float f1 = 123.4f;
```

### 字符及字符串字面值

Java 中字符字面值用单引号括起来,如`@`,`1`。所有的UTF-16字符集都包含在字符字面值中。不能直接输入的字符,可以使用转义字符,如`\n`为换行字符。也可以使用八进制或者十六进制表示字符,八进制使用反斜杠加3位数字表示,例如`\141`表示字母a。十六进制使用`\u`加上4为十六进制的数表示,如`\u0061`表示字符a。也就是说,通过使用转义字符,可以表示键盘上的有的或者没有的所有字符。常见的转义字符序列有:

`\ddd(八进制) `、 `\uxxxx(十六进制Unicode字符)`、`\'(单引号)`、`\"(双引号)`、`\\ (反斜杠)\r(回车符) \n(换行符) \f(换页符) \t(制表符) \b(回格符)`

字符串字面值则使用双引号,字符串字面值中同样可以包含字符字面值中的转义字符序列。字符串必须位于同一行或者使用+运算符,因为 Java 没有续行转义序列。

### 在数值型字面值中使用下划线

Java SE 7 开始,可以在数值型字面值中使用下划线。但是下划线只能用于分隔数字,不能分隔字符与字符,也不能分隔字符与数字。例如 `int x = 123_456_789`,在编译的时候,下划线会自动去掉。可以连续使用下划线,比如`float f = 1.22___33__44`。二进制或者十六进制的字面值也可以使用下划线,记住一点,下划线只能用于数字与数字之间,初次以外都是非法的。例如1._23是非法的,_123、11000_L都是非法的。

正确的用法:

```java
long creditCardNumber = 1234_5678_9012_3456L;
long socialSecurityNumber = 999_99_9999L;
float pi = 3.14_15F;
long hexBytes = 0xFF_EC_DE_5E;
long hexWords = 0xCAFE_BABE;
long maxLong = 0x7fff_ffff_ffff_ffffL;
byte nybbles = 0b0010_0101;
long bytes = 0b11010010_01101001_10010100_10010010;
```

非法的用法:

```java
// Invalid: cannot put underscores
// adjacent to a decimal point
float pi1 = 3_.1415F;
// Invalid: cannot put underscores
// adjacent to a decimal point
float pi2 = 3._1415F;
// Invalid: cannot put underscores
// prior to an L suffix
long socialSecurityNumber1 = 999_99_9999_L;

// Invalid: cannot put underscores
// At the end of a literal
int x2 = 52_;

// Invalid: cannot put underscores
// in the 0x radix prefix
int x4 = 0_x52;
// Invalid: cannot put underscores
// at the beginning of a number
int x5 = 0x_52;
// Invalid: cannot put underscores
// at the end of a number
int x7 = 0x52_;
```

## 基本类型之间的转换

我们看到,将一种类型的值赋给另一种类型是很常见的。在 Java 中,boolean 类型与所有其他7种类型都不能进行转换,这一点很明确。对于其他7中数值类型,它们之间都可以进行转换,但是可能会存在精度损失或者其他一些变化。转换分为自动转换和强制转换。对于自动转换(隐式),无需任何操作,而强制类型转换需要显式转换,即使用转换操作符(type)。首先将7种类型按下面顺序排列一下:

```
byte <(short=char)< int < long < float < double
```

如果从小转换到大,可以自动完成,而从大到小,必须强制转换。short 和 char 两种相同类型也必须强制转换。

![](../images/basics/conversion.jpg)

### 自动转换

自动转换时发生扩宽(widening conversion)。因为较大的类型(如int)要保存较小的类型(如byte),内存总是足够的,不需要强制转换。如果将字面值保存到 byte、short、char、long 的时候,也会自动进行类型转换。注意区别,此时从 int(没有带L的整型字面值为int)到 byte/short/char 也是自动完成的,虽然它们都比int 小。在自动类型转化中,除了以下几种情况可能会导致精度损失以外,其他的转换都不能出现精度损失。

* int--> float
* long--> float
* long--> double
* float -->double without strictfp

除了可能的精度损失外,自动转换不会出现任何运行时(run-time)异常。

### 强制类型转换

如果要把大的转成小的,或者在 short 与 char 之间进行转换,就必须强制转换,也被称作缩小转换(narrowing conversion),因为必须显式地使数值更小以适应目标类型。强制转换采用转换操作符()。严格地说,将 byte 转为 char 不属于 (narrowing conversion),因为从 byte 到 char 的过程其实是 byte-->int-->char,所以 widening 和 narrowing 都有。强制转换除了可能的精度损失外,还可能使模(overall magnitude)发生变化。强制转换格式如下:
(target-type) value

```java
int a=257;
byte b;
b = (byte)a;//1
```

如果整数的值超出了 byte 所能表示的范围,结果将对 byte 类型的范围取余数。例如a=256超出了byte的[-128,127]的范围,所以将257除以byte的范围(256)取余数得到b=1;需要注意的是,当a=200时,此时除了256取余数应该为-56,而不是200.
将浮点类型赋给整数类型的时候,会发生截尾(truncation)。也就是把小数的部分去掉,只留下整数部分。此时如果整数超出目标类型范围,一样将对目标类型的范围取余数。

7中基本类型转换总结如下图:

![](../images/basics/primitive-data-types-conversion.jpg)

### 赋值及表达式中的类型转换:

#### 字面值赋值

在使用字面值对整数赋值的过程中,可以将int literal赋值给byte short char int,只要不超出范围。这个过程中的类型转换时自动完成的,但是如果你试图将long literal赋给byte,即使没有超出范围,也必须进行强制类型转换。例如 byte b = 10L;是错的,要进行强制转换。

#### 表达式中的自动类型提升

除了赋值以外,表达式计算过程中也可能发生一些类型转换。在表达式中,类型提升规则如下:

* 所有byte/short/char都被提升为int。
* 如果有一个操作数为long,整个表达式提升为long。float和double情况也一样。

## 数组(Array)

数组是一个容器对象,保存一个固定数量的单一类型的值。当数组创建时,数组的长度就确定了。创建后,其长度是固定的。下面是一个例子:

![](../images/basics/objects-tenElementArray.gif)

数据里面的每个项称为元素(element),每个元素都用一个数组下标(index)关联,下标是从 0 开始,如上图所示,第9个元素的下标是 8:

ArrayDemo 的示例:

```java
class ArrayDemo {
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
// declares an array of integers
int[] anArray;

// allocates memory for 10 integers
anArray = new int[10];

// initialize first element
anArray[0] = 100;
// initialize second element
anArray[1] = 200;
// and so forth
anArray[2] = 300;
anArray[3] = 400;
anArray[4] = 500;
anArray[5] = 600;
anArray[6] = 700;
anArray[7] = 800;
anArray[8] = 900;
anArray[9] = 1000;

System.out.println("Element at index 0: " + anArray[0]);
System.out.println("Element at index 1: " + anArray[1]);
System.out.println("Element at index 2: " + anArray[2]);
System.out.println("Element at index 3: " + anArray[3]);
System.out.println("Element at index 4: " + anArray[4]);
System.out.println("Element at index 5: " + anArray[5]);
System.out.println("Element at index 6: " + anArray[6]);
System.out.println("Element at index 7: " + anArray[7]);
System.out.println("Element at index 8: " + anArray[8]);
System.out.println("Element at index 9: " + anArray[9]);
}
}
```

输出为:

```
Element at index 0: 100
Element at index 1: 200
Element at index 2: 300
Element at index 3: 400
Element at index 4: 500
Element at index 5: 600
Element at index 6: 700
Element at index 7: 800
Element at index 8: 900
Element at index 9: 1000
```

### 声明引用数组的变量

声明数组的类型,如下:

```java
byte[] anArrayOfBytes;
short[] anArrayOfShorts;
long[] anArrayOfLongs;
float[] anArrayOfFloats;
double[] anArrayOfDoubles;
boolean[] anArrayOfBooleans;
char[] anArrayOfChars;
String[] anArrayOfStrings;
```

也可以将中括号放数组名称后面(但不推荐)

```java
// this form is discouraged
float anArrayOfFloats[];
```

### 创建、初始化和访问数组

ArrayDemo 的示例说明了创建、初始化和访问数组的过程。可以用下面的方式,简化 创建、初始化数组

```
int[] anArray = {
100, 200, 300,
400, 500, 600,
700, 800, 900, 1000
};
```

数组里面可以声明数组,即,多维数组 (multidimensional array)。如 MultiDimArrayDemo 例子:

```java
class MultiDimArrayDemo {
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
String[][] names = { { "Mr. ", "Mrs. ", "Ms. " }, { "Smith", "Jones" } };
// Mr. Smith
System.out.println(names[0][0] + names[1][0]);
// Ms. Jones
System.out.println(names[0][2] + names[1][1]);
}
}
```

输出为:

```
Mr. Smith
Ms. Jones
```

最后,可以通过内建的 length 属性来确认数组的大小

```
System.out.println(anArray.length);
```

### 复制数组

System 类有一个 arraycopy 方法用于数组的有效复制:

```
public static void arraycopy(Object src, int srcPos,
Object dest, int destPos, int length)
```

下面是一个例子 ArrayCopyDemo,

```java
class ArrayCopyDemo {

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
char[] copyFrom = { 'd', 'e', 'c', 'a', 'f', 'f', 'e', 'i', 'n', 'a', 't', 'e', 'd' };
char[] copyTo = new char[7];

System.arraycopy(copyFrom, 2, copyTo, 0, 7);
System.out.println(new String(copyTo));
}
}
```

程序输出为:

```
caffein
```

### 数组操作

Java SE 提供了一些数组有用的操作。 ArrayCopyOfDemo 例子:

```java
class ArrayCopyOfDemo {

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
char[] copyFrom = { 'd', 'e', 'c', 'a', 'f', 'f', 'e', 'i', 'n', 'a', 't', 'e', 'd' };

char[] copyTo = java.util.Arrays.copyOfRange(copyFrom, 2, 9);

System.out.println(new String(copyTo));
}
}
```

可以看到,使用 java.util.Arrays.copyOfRange 方法,代码量减少了。

其他常用操作还包括:

* binarySearch : 用于搜索
* equals : 比较两个数组是否相等
* fill : 填充数组
* sort : 数组排序,在 Java SE 8 以后,可以使用 parallelSort 方法,在多处理器系统的大数组并行排序比连续数组排序更快。


### 源码

该例子可以在 `com.waylau.essentialjava.array.arraydemo` 包下找到。