Java 复习笔记

1. 类型转换

1.1 数据类型

1.1.1 内置数据类型

4 个整数型， 2 个浮点型，1 个字符，1 个布尔

1. 整型（有符号）1byte = 8bit
	byte: 8 位 / 1 字节 ，默认 0，表示范围：-128 到 127 (-2⁷ 到 2⁷ - 1)，用在大型数组中节约空间，主要代替整数。
	short: 16 位 / 2 字节 ，默认 0，表示范围：-32,768 到 32,767 (-2¹⁵ 到 2¹⁵ - 1)。
	int: 32 位 / 4 字节 ，默认 0，表示范围：-2³¹ 到 2³¹ - 1，大约 ±21亿。
	long: 64 位 / 8 字节 ，默认 0L，表示范围：-2⁶³ 到 2⁶³ - 1

2. 浮点型（符合 IEEE 754 标准），可以精确地表示数字 0，还能区分 正零 (+0.0 或 0.0) 和 负零 (-0.0)。
	
	float: 32 位 / 4 字节 ，单精度，默认0.0f，大约 ±3.4E+38F = ± 3.4 × 10³⁸，存大型浮点数组的时候可节省内存。(有效位数 6-7 位小数)
    double：64 位 / 8 字节，双精度，默认0.0d，取值范围大约 ±1.7E+308，
    	注意：double 的范围关于零点对称——
    			最大的负数和最大的正数对称：~ -1.7 × 10³⁰⁸ 和 ~ +1.7 × 10³⁰⁸
    			最小的负数和最小的正数对称：~ -4.9 × 10⁻³²⁴ 和 ~ +4.9 × 10⁻³²⁴
    	它们要这样获取：
    			最小规格化正数（最小正正规数）：常量 Double.MIN_VALUE 表示最小的正数 4.9 × 10⁻³²⁴ 
    			对应的负数叫 ”最接近 0 的负规格化数“ ：- Double.MIN_VALUE = - 4.9 × 10⁻³²⁴
    			最大有限正数：常量 Double.MAX_VALUE = 1.7 × 10³⁰⁸
    			最大有限负数：常量 -Double.MAX_VALUE = -1.7 × 10³⁰⁸
    	注意 .MIN_VALUE 指的是最接近零的那俩；.MAX_VALUE 指的是最外边那俩边界
			 float 也是一样的：
			 最大有限值对称： -3.4 × 10³⁸ (-Float.MAX_VALUE) 到  +3.4× 10³⁸ (Float.MAX_VALUE)
			 最接近零的值对称： -1.4 × 10⁻⁴⁵ (-Float.MIN_VALUE) 到 +1.4 × 10⁻⁴⁵ (Float.MIN_VALUE)
			 特殊值对称：正零 (+0.0f) 和 负零 (-0.0f)、正无穷大 (Float.POSITIVE_INFINITY) 和 负无穷大 (Float.NEGATIVE_INFINITY)
			 
			 他们的最大MAX、最小MIN 都是指跟 0 的距离最大、最小
    			
3. boolean: 1 位（理论上），仅 true、false 两个取值，默认值是 false 。在 JVM 实现层面，因为需要内存对齐和寻址，所以占 1 字节 或 4 字节 。

4. char: 无符号，在 Java 内存中总是占用 2 个字节，取值范围是(0 到 65,535，2^16)，可存任何字符。	它本质上是一个 UTF-16 代码单元。
		对大多数常见字符（如英文字母、常用汉字），一个 char 就是一个完整的字符，占用 2 个字节。
		少数扩展字符，如一些 emoji、非常生僻的汉字，需要一个 char 对（两个 char，4字节）来表示。
	    String s = "😊";  // 字符串内部用char数组存储，对于"😊"，这个数组长度是2。

为什么 boolean 型规定只占 1 位，但在 JAVA 中，实际却大于 1 位 呢？

  由于内存对齐和寻址规则，用 1 字节的空间 换 高速的处理时间，在 JVM 实现层面，boolean 型占 1 字节（局部变量、对象成员、布尔数组） 或 4 字节（栈帧的数据区操作数栈最小 4 字节）

最小可寻址单元：
  CPU 的基本内存寻址和操作单位是字节（byte）。直接访问一个比特，在硬件层面非常复杂且效率极低。

  具体来讲，可以把内存理解为一个大的字节数组，每个字节有一个唯一的内存地址。CPU 通过地址总线来读写数据，而地址总线指向字节，而非比特。所以 CPU 可以一次读取或写入1 个字节（单字节）、双字节、4 字节等，却无法直接寻址到单个比特。

内存对齐:
  为了有最佳性能，CPU 要求数据在内存中的地址与其自身大小对齐。例如 int（32位，4字节）最好放在地址是 4 的倍数的位置上。

  一个 boolean 规定只占 1 比特，那么它可能放在任何位置，比如一个字节的中间。

  CPU 要想读写这个比特位，要么读整个字节，要么用位操作（如掩码和移位）来读，要想写，就得把改完的整个字节写回内存。整个“读-修改-写”的过程不是原子性的（在多线程环境下会引发问题），且比直接读写一个字节要慢得多。

  硬件原生支持直接操作一个字节，这个速度是很快的。而操作一个比特。则需要多条 CPU 指令。用 1 字节的空间 换 高速的处理时间，典型的 以空间换时间 的权衡，绝大多数情况下，都是值得的。

  Java 没有明确规定 boolean 在内存中的确切大小，而是将决定权交给了JVM。而 JVM 的设计目标之一是高效执行，因此它遵循了底层硬件的特性。

• 在 局部变量 或 对象成员 中，将 boolean 型存为 1个字节，是因为将其对齐到字节边界处理起来最简单、最快。
• 在数组中，JVM 规范明确指出，boolean 数组中的每个元素应被编码为 1个字节。保证每个数组元素都可以被直接寻址
• 在栈帧的操作数栈中，JVM运行时，数据区的操作数栈最小单位是 4 字节，小于4字节的类型会被转为4字节（int）计算（通过符号扩展或零扩展），计算完再截断存回。

1.1.2 引用数据类型

  不直接存对象本身，而是存了一个指向 对象在内存中位置 的 “地址”或“指针”。默认值都是null。就像一个快捷方式或一张写着“文件在哪个柜子、哪个抽屉”的地址卡片。通过卡片能找到真正的文件（对象）。

Java 的引用数据类型主要分为四类：

• 类引用

// String, Integer, Scanner等的 new 对象都是引用数据类型
MyClass myObject;
// 使用new在堆上创建一个 MyClass 对象，并将其地址赋给 myObject
myObject = new MyClass();
// 通过引用 ‘myObject’ 来操作对象
myObject.doSomething();

• 接口引用

//接口本身不能被实例化，但可以声明一个接口类型的引用变量，指向实现了该接口的类的对象。这是实现多态的关键。
List<String> myList; // 声明一个接口类型的引用
myList = new ArrayList<>(); // 指向一个实现了List接口的ArrayList对象
// 只能调用List接口中定义的方法
myList.add("Hello");

• 数组引用

//数组在 Java 中也是对象，因此数组变量也是引用类型。
int[] arr;
// 在堆上创建一个包含5个int的数组对象，并将其地址赋给 ‘arr‘
arr = new int[5];
// 另一种初始化方式，数组内容 {1, 2, 3} 也在堆上
int[] arr2 = {1, 2, 3};

/*
int[] arr1 = new int[]{1,2,3,4};
System.out.println(arr1);//会输出 arr1 的内存地址
// [I@10f87f66 : [ 表示当前空间是个数组元素
				 I 表示元素的数据类型
				 @ 分隔符
				 10f87f66 十六进制内存地址
*/

• 枚举引用

enum Day { MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY }
Day today = Day.MONDAY; // ‘today’ 是一个指向枚举常量 ‘MONDAY‘ 的引用

1.1.3 关键特性

1. 内存分配

• 栈内存：方法运行时，进入栈内存。 局部变量（包括基本类型变量和引用类型变量）都存在这。方法执行完，栈帧被清除，这些变量自动销毁。
• 堆内存：用于存储所有对象实例（包括数组），所有 new 出来的内容会在堆内存中开辟空间，每 new 一次，开辟一块，不重复，并产生地址值。由垃圾回收器管理。

内存状态：

• 方法区：一运行，字节码文件(.class文件)就会加载进方法区，main方法被 JVM 自动调用，进入栈内存执行
• 本地方法栈： 调用操作系统相关文件
• 寄存器：CPU 用的

2. 是否相等
   ==：对于引用类型，比较的是内存地址，是否指向同一个对象。
   .equals()：比较的是内容是否逻辑上相等，通常需要重写此方法。

String s1 = new String("Hello");
String s2 = new String("Hello");

System.out.println(s1 == s2);      // false! 两个不同的对象，地址不同。
System.out.println(s1.equals(s2)); // true! String类重写了equals方法，比较内容。

3. 特殊值：null
   是引用变量，但不指向任何对象。若用值为 null 的引用来访问方法或字段，会抛出错误 NullPointerException
4. 参数传递：Java 中只有值传递
     引用类型传递的是引用的副本（即地址的拷贝），而非对象本身。在方法内修改引用所指向对象的状态（如修改成员变量），会影响原始对象。但若使引用参数指向新对象，不会影响原始引用。

public static void modify(StringBuilder sb) {
    sb.append(" World");    // 1. 修改了指向的对象，原始对象被改变
    sb = new StringBuilder(); // 2. 引用指向新对象，原始引用不受影响
}

public static void main(String[] args) {
    StringBuilder original = new StringBuilder("Hello");
    modify(original);
    System.out.println(original); // 输出: "Hello World"
}

5. 比较总结
   

1.2 类型转换

1.2.1 隐式转换

• 范围小的可以直接赋给范围大的；
• 小的和大的做运算，小变大，再运算；
• byte、short、char 运算时，不论是否有更高的数据类型，都会先变 int ，再运算
  如：int(32 bit) < double(64 bit)

int a = 10;
double b = a; // 系统自动将 a 提升为 10.0 
//打印 b 会输出 10.0 

double c = 12.3;
double d = a + c; // a 先变 double 

byte e = 3;
byte f = 4;
byte g = e + f; //报错，因为 e、f 运算前先变 int,算完还是 int,要强转后才能赋给 byte
byte g = (byte)(e + f); //正确
byte h = 3 + 4; //正确，在这里3、4是常量，JAVA有常量优化机制，算完若不在 byte 范围内才会报错，若在范围内，则编译通过。

long i = 123; // 123 默认是 int， 赋给 long, 小给大，自动转了，正确
long j = 123456789123456789; //错了，默认 int,自动转，但是超过 int 范围了，它转不明白，会报错：整数太大
long k = 123456789123456789L; //这样 OK

范围从小到大如下：

long（8 字节）：-2⁶³ 到 2⁶³ - 1
float （4 字节）： -3.4 × 10³⁸ 到 3.4 × 10³⁸
2⁶³ - 1 远小于 3.4 × 10³⁸

1.2.2 强制转换

大范围的赋给小范围的，要强转（溢出或损失精度），浮点数强转到整数，小数全舍

int a = 10;
byte b = (byte)a;

1.3 计组补充知识

1.3.1 原码补码

计算机中的数据，均以 2 进制补码形式运算，忘了就回去翻书翻课件！

计算机的运算器中只有加法器，所以减法要转换成加法来计算。

左高位为符号位，0 正 1 负

这里用人家的图，你快速回顾一下咋求原码！！大神 up 主页在这：计算机知识星球

正数的原、反、补码均是原码本身。所以求这些东西，先看正负数！

负数原码求反码：符号位不变，其他取反
负数求补码，在反码基础上 + 1

 // 写的不大规范，重在理解逻辑
 -21D = [ 10010101 B]原 = [ 11101010 B]反 = [ 11101011 B]补

2. 其他基础语法

2.1 键盘输入/输出 和 Random

import java.util.Scanner;
Scanner sc = new Scanner(System.in);
int i = sc.nextInt();

System.out.println(i);

import java.util.Random;
Random r = new Random();
int num = r.nextInt(10); //[0,10)，注意不含 10

2.2 运算符

 % 取余
 / 除法（若为整数除法，则结果取整）
 ＆ 按位与：全 1 为 1，其余为 0
 | 按位或：全 0 为 0，其余为 1
 ^ 按位异或：同 0 异 1
 〜 按位取反
 << 按位左移，并在右侧补0。  A << 2 按位左移2位 
 >>  按位右移（有符号右移）：高位补符号位（正数补0，负数补1）
 >>> 无符号右移：高位一律补0，结果总是非负数。
 如果上面这些右边带一个 = ，如 a %= b ：a = a%b， 都是左跟右算了，再赋给左

 条件运算符（三元运算符）：主要是决定哪个值应该赋值给变量。
 int b = (a == 1) ?  10 : 20 
 // 若 a == 1成立，则 b = 10 ；’:‘左边成立; 若表达式为 false，则 b = 20; ’:‘右边成立; 

 instanceof 检查该对象是否是一个特定类型（类类型或接口类型）。
	String name = "James";
	boolean result = name instanceof String; // 由于 name 是 String 类型，所以返回真
	
	Vehicle a = new Car();
  	boolean result =  a instanceof Car;

2.3 跳转控制语句

• continue : 在循环内部，基于条件控制使用，跳过当前循环体内容的执行，继续下一次的执行
• break : 在循环内部或switch中，基于条件控制使用，结束整个循环

3. 面向对象编程

3.1 访问修饰符

定义类、方法或变量时，要注意。

• 不写访问修饰符：同一包可见，使用对象：类、接口、变量、方法；
• public：所有类可见，使用对象：类、接口、变量、方法；
• private：最严格！同一类可见，使用对象：变量、方法。不能修饰类（外部类）；
• protected：同一包内 类和所有子类 可见。使用对象：变量、方法。不能修饰类（外部类）。

非访问修饰符：

• static：修饰类方法和类变量；
• final：修饰类、方法和变量。final 修饰的类不能被继承，方法不能被继承类重新定义，修饰的变量为常量，不可修改。

先到这，后面再补