21 апр. 2015 г.

Преобразование примитивных типов в Java

Преобразование типов в Java это достаточно большая тема, но мы постараемся рассмотреть ее как можно более полно и вместе с тем компактно. Частично мы уже касались этой темы когда рассматривали примитивные типы Java.

В Java возможны преобразования между целыми значениями и значениями с плавающей точкой. Кроме того, можно преобразовывать значения целых типов и типов с плавающей точкой в значения типа char и наоборот, поскольку каждый символ соответствует цифре в кодировке Unicode. Фактически тип boolean является единственным примитивным типом в Java, который нельзя преобразовать в другой примитивный тип. Кроме того, любой другой примитивный тип нельзя преобразовать в boolean.

Преобразование типов в Java бывает двух видов: неявное и явное.

Неявное преобразование типов выполняется в случае если выполняются условия:

  1. Оба типа совместимы
  2. Длина целевого типа больше или равна длине исходного типа

JavaBasics_ImplicitTypeCastingPrimitives

Во всех остальных случаях должно использоваться явное преобразование типов.

Так же существуют два типа преобразований:

  1. Расширяющее преобразование (widening conversion)
  2. Сужающее преобразование (narrowing conversion)

Расширяющее преобразование (widening conversion) происходит, если значение одного типа преобразовывается в более широкий тип, с большим диапазоном допустимых значений. Java выполняет расширяющие преобразования автоматически, например, если вы присвоили литерал типа int переменной типа double или значение пепременной типа char переменной типа int. Неявное преобразование всегда имеет расширяющий тип.

GrabliНо у тут могут быть свои небольшие грабельки. Например если преобразуется значение int в значение типа float. И у значения int в двоичном представлении больше чем 23 значащих бита, то возможна потеря точности, так как у типа float под целую часть отведено 23 бита. Все младшие биты значения int, которые не поместятся в 23 бита мантиссы float, будут отброшены, поэтому хотя порядок числа сохраниться, но точность будет утеряна. То же самое справедливо для преобразования типа long в тип double.

Расширяющее преобразование типов Java можно изобразить еще так:

JavaBasics_ImplicitTypeCastingPrimitivesDetailed

Сплошные линии обозначают преобразования, выполняемые без потери данных. Штриховые линии говорят о том, что при преобразовании может произойти потеря точности.

Стоит немного пояснить почему, к примеру тип byte не преобразуется автоматически (не явно) в тип char, хотя тип byte имеет ширину 8 бит, а char 16, тоже самое касается и преобразования типа short в char. Это происходит потому, что byte и short знаковые типы данных, а char без знаковый. Поэтому в данном случае требуется использовать явное приведение типов, поскольку компилятору надо явно указать что вы знаете чего хотите и как будет обрабатываться знаковый бит типов byte и short при преобразовании к типу char.

Поведение величины типа char в большинстве случаев совпадает с поведением величины целого типа, следовательно, значение типа char можно использовать везде, где требуются значения int или long. Однако напомним, что тип char не имеет знака, поэтому он ведет себя отлично от типа short, несмотря на то что диапазон обоих типов равен 16 бит.

short s = ( short) 0xffff; // Данные биты представляют число –1
char c = '\uffff'; // Те же биты представляют символ юникода
int i1 = s; // Преобразование типа short в int дает –1
int i2 = c; // Преобразование char в int дает 65535

Сужающее преобразование (narrowing conversion) происходит, если значение преобразуется в значение типа, диапазон которого не шире изначального. Сужающие преобразования не всегда безопасны: например, преобразование целого значения 13 в byte имеет смысл, а преобразование 13000 в byte неразумно, поскольку byte может хранить только числа от −128 до 127. Поскольку во время сужающего преобразования могут быть потеряны данные, Java компилятор возражает против любого такого преобразования, даже если преобразуемое значение укладывается в более узкий диапазон указанного типа:

int i = 13;
byte b = i; // Компилятор не разрешит это выражение

Единственное исключение из правила – присвоение целого литерала (значения типа int) переменной byte или short, если литерал соответствует диапазону переменной.

Сужающее преобразование это всегда явное преобразование типов.

Явное преобразование примитивных типов

Оператором явного преобразования типов или точнее говоря приведения типов являются круглые скобки, внутри которых указан тип, к которому происходит преобразование – (type). Например:

int i = 13;
byte b = (byte) i; // Принудительное преобразование int в byte
i = (int) 13.456; // Принудительное преобразование литерала типа double в int 13

Приведение примитивных типов чаще всего используют для преобразования значений с плавающей точкой в целые числа. При этом дробная часть значения с плавающей точкой просто отбрасывается (то есть значение с плавающей точкой округляется по направлению к нулю, а не к ближайшему целому числу). По существу берется только целочисленная часть вещественного типа и она уже приводится к целевому типу целочисленного числа.

При приведении более емкого целого типа к менее емкому старшие биты просто отбрасываются. По существу это равнозначно операции деления по модулю приводимого значения на диапазон целевого типа (например для типа byte это 256).

Слишком большое дробное число при приведении к целому превращается в MAX_VALUE или MIN_VALUE.

Слишком большой double при приведении к float превращается в Float.POSITIVE_INFINITY или Float.NEGATIVE_INFINITY.

Таблица представленная ниже представляет собой сетку, где для каждого примитивного типа указаны типы, в которые их можно преобразовать, и способ преобразования. Буква N в таблице означает невозможность преобразования. Буква Y означает расширяющее преобразование, которое выполняется автоматически. Буква С означает сужающее преобразование, требующее явного приведения. Наконец, Y* означает автоматическое расширяющее преобразование, в процессе которого значение может потерять некоторые из наименее значимых разрядов. Это может произойти при преобразовании int или long во float или double. Типы с плавающей точкой имеют больший диапазон, чем целые типы, поэтому int или long можно представить посредством float или double. Однако типы с плавающей точкой являются приближенными числами и не всегда могут содержать так много значащих разрядов в мантиссе, как целые типы.

JavaBasics_ImplicitTypeCastingPrimitivesDetailedTable

Автоматическое расширение типов в выражениях

Так же стоит еще раз упомянуть об автоматическом повышении (расширении) типов в выражениях. Мы с этим уже сталкивались когда рассматривали целочисленные типы данных и операции над ними, но все же стоит и тут напомнить, чтобы усвоилось еще лучше и к тому же это имеет непосредственное отношение к данной теме. В примере ниже знак @ означает любой допустимый оператор, например +, , *, / и т.п.

С0001

То есть, все целочисленные литералы в выражениях, а так же типы byte, short и char расширяются до int. Если, как описано выше, в выражении не присутствуют другие, более большие типы данных (long, float или double). Поэтому приведенный выше пример вызовет ошибку компиляции, так как переменная c имеет тип byte, а выражение b+1, в результате автоматического повышения имеет тип int.

Неявное приведение типов в выражениях совмещенного присваивания

Хоть данный раздел и относится к неявному преобразованию (приведению) типов, его объяснение мы привели тут, поскольку в данном случае так же работает и автоматическое расширение типов в выражениях, а затем уже неявное приведение типов. Вот такой кордебалет. Пример ниже я думаю все разъяснит. Так же как и в предыдущем объяснении знак @ означает любой допустимый оператор, например +, , *, / и т.п.

С0002

Это стоит пояснить на простом примере:

byte b2 = 50;
b2 = b2 * 2; // не скомпилируется
b2 *= 2; //скомпилируется, хотя и равнозначна b2 = b2 * 2

Вторя строка, приведенная в примере не скомпилируется из-за автоматического расширения типов в выражениях, так как выражение b2*2 имеет тип int, так как происходит автоматическое расширение типа (целочисленные литералы в выражении всегда int). Третья же строка спокойно скомпилируется, так как в ней сработает неявное приведение типов в совмещенном выражении присваивания.

Boxing/unboxing – преобразование примитивных типов в объекты обертки

Boxing и unboxin – это тоже достаточно большая тема, но она достаточно простая.

По существу boxing и unboxing это преобразование примитивных типов в объекты обертки и обратно.

Для объектов оберток примитивных типов применимо все что было сказано выше.

Об классах обертках упоминалось в таблицах, при разборе каждого из примитивных типов. Но тогда это было лишь упоминание в таблице.

Так вот, для каждого примитивного типа есть его старший брат, и он совсем не примитивный, а является настоящим классом, с полями и методами. И для каждой такой парочки возможно автоматическое преобразование.

С0003

Обычно, если в программе есть много математических вычислений, то лучше пользоваться примитивными типами, так как это быстрее и экономнее с точки зрения ресурсов, но иногда бывает необходимость преобразовать примитивный тип в объект.

Приведу простой пример:

int i3;
byte b2=3;
Byte myB;
myB=b2;
myB++;
b2=myB;
i3=myB;

Если пока не понятно зачем это нужно, то это не страшно, просто завяжите узелок на память.

8 комментариев:

  1. Очень подробно и по существу. Спасибо за статью!

    ОтветитьУдалить
  2. Замечательная статья! Спасибо!

    ОтветитьУдалить
  3. Очень хорошая статья, добавил в закладки

    ОтветитьУдалить
  4. На счет граблей.

    int a = 0b1000_0001; (0x81)
    int b = (byte) 0b1000_0001; (0xFFFFFF81)

    при этом
    int c = 0b0000_0001; (0x1)
    int d = (byte) 0b0000_0001; (0x1)

    ОтветитьУдалить