資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：?jiǎn)栴}描述遇到一個(gè)題目經(jīng)過(guò)強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換以后，變量，的值分別為多少答案是這涉及到的，打算借此稍稍研究一下。分為兩種，一是擴(kuò)展型基本數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換，二是窄化型基本數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換。需要注意的是是有可能丟失數(shù)值的整體信息以及損失精度和范圍的。
問(wèn)題描述
遇到一個(gè)題目：
經(jīng)過(guò)強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換以后，變量a，b的值分別為多少？
short a = 128;
byte b = (byte) a;
a = ?, b = ?
答案是：a = 128, b = -128
這涉及到 Java primitive type 的 conversion，打算借此稍稍研究一下。
分析過(guò)程下面分析中會(huì)涉及到一些與題目無(wú)關(guān)的細(xì)節(jié)，想直接看題目解答的請(qǐng)?zhí)?"題目中的數(shù)值在內(nèi)存中的表示"
明確 Java 中的 ConversionJava 的 conversion 有多種，這里我們只討論 primitive conversion。
primitive conversion 分為兩種，一是 Widening Primitive Conversion（擴(kuò)展型基本數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換），二是 Narrowing Primitive Conversion（窄化型基本數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換）。
ps: 翻譯成中文還是感覺(jué)怪怪的，下面還是用英文表示吧。
JLS 定義了 19 種 widening pc，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是位數(shù)低的向高的轉(zhuǎn)換，如下
byte to short, int, long, float, or double
short to int, long, float, or double
char to int, long, float, or double
int to long, float, or double
long to float or double
float to double
widening pc 不會(huì)丟失數(shù)值的整體大小信息
這個(gè)問(wèn)題涉及到的 int -> short 和 short -> byte 的轉(zhuǎn)換就包含在 JLS 定義的 22 種 narrowing pc 之中。
short to byte or char
char to byte or short
int to byte, short, or char
long to byte, short, char, or int
float to byte, short, char, int, or long
double to byte, short, char, int, long, or float
需要注意的是 narrowing pc 是有可能丟失數(shù)值的整體信息以及損失精度和范圍的。
可能有人會(huì)注意到，上面的 widening pc 和 narrowing pc 都沒(méi)有包含 byte -> char 的轉(zhuǎn)換
Chapter 5. Conversions and Promotions
The following conversion combines both widening and narrowing primitive conversions:
byte to char
First, the byte is converted to an int via widening primitive conversion (§5.1.2), and then the resulting int is converted to a char by narrowing primitive conversion (§5.1.3).
這是因?yàn)檫@是一種特殊地、同時(shí)結(jié)合了 widening pc 和 narrowing pc 的轉(zhuǎn)換，byte 會(huì)先轉(zhuǎn)換成 int（widening pc），然后將這個(gè) int 結(jié)果轉(zhuǎn)換成 char（narrowing pc）。
具體分析那么我們還是回到這個(gè)問(wèn)題
short a = 128;
byte b = (byte) a;
首先，在 Java 中，整數(shù)默認(rèn)為 int 類(lèi)型，也就是說(shuō)，在 short a = 128; 中，會(huì)發(fā)生 int -> short 的 narrowing pc，是有可能損失精度的，由于 int 是高位（32位），short 是低位（16位），所以在轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì) truncate。同樣，對(duì)于 byte b = (byte) a; 也有可能因?yàn)?truncate 而損失精度。
先回顧原碼、反碼、補(bǔ)碼的概念在 Java 中數(shù)值是用補(bǔ)碼表示的，在這里回顧一下原碼、反碼、補(bǔ)碼的概念（以 3 為例吧）：
原碼（第一個(gè)為符號(hào)位，1 表示負(fù)數(shù)，0 表示正數(shù)）
3 的原碼：0000 0011
-3 的原碼：1000 0011
反碼（就是反過(guò)來(lái)，注意符號(hào)位不變）：
3 的反碼：1111 1100
-3 的反碼：1111 1100
補(bǔ)碼（正數(shù)的補(bǔ)碼 = 原碼，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼 = 反碼 + 1）
3 的補(bǔ)碼：0000 0011
-3 的補(bǔ)碼：1111 1101
題目中的數(shù)值在內(nèi)存中的表示二進(jìn)制表示：
int a = 128 00000000 00000000 10000000 00000000
short a = 128 00000000 10000000 （強(qiáng)轉(zhuǎn)后前面 16 位被截?cái)啵?/p>
可以看出來(lái)，a 的值輸出應(yīng)該還是 128
那么對(duì)于 byte b = (byte) a;
二進(jìn)制表示：
short a = 128 00000000 10000000
byte b = 128 10000000 （強(qiáng)轉(zhuǎn)后前面 8 位被截?cái)啵?/p>
但是，輸出的 b 的值為什么不是 128 而是 -128 呢
Primitive Data Types (The Java? Tutorials > Learning the Java Language > Language Basics)
byte: The byte data type is an 8-bit signed two"s complement integer. It has a minimum value of -128 and a maximum value of 127 (inclusive). The byte data type can be useful for saving memory in large arrays, where the memory savings actually matters. They can also be used in place of int where their limits help to clarify your code; the fact that a variable"s range is limited can serve as a form of documentation.
這是因?yàn)?byte 是一個(gè) 8 位有符號(hào)二進(jìn)制補(bǔ)碼整數(shù)，它包含的值的范圍是 [-128, 127]，因此 byte 類(lèi)型的值是無(wú)法表示 128 的
那么在發(fā)生截?cái)嗪螅?000 0000 表示的就是一個(gè)補(bǔ)碼，從這個(gè)補(bǔ)碼可以看出來(lái)它的原碼肯定是一個(gè)負(fù)數(shù)，那么我們根據(jù)這個(gè)補(bǔ)碼反推得到它的反碼：1111 1111，從而得到它的原碼：1000 0000，可以看出這個(gè)值就是 -0，但是在我們的生活中是沒(méi)有 -0 的，所以在計(jì)算機(jī)中就把它識(shí)別成 -128，因此這就是為什么 b 的值的輸出是 -128 的原因。
ps: 關(guān)于 -0 對(duì)應(yīng)于 -128 的具體解釋，我懶得寫(xiě)了，因?yàn)楦杏X(jué)取決于個(gè)人的理解，不想細(xì)究，如果有人還有疑問(wèn)，可以看看這個(gè)人的解釋 byte類(lèi)型取值范圍為什么是127到-128？ - 知乎
那么到這里，問(wèn)題就基本解釋清楚了，感覺(jué)自己還是很啰嗦，不過(guò)其實(shí)是為了回顧一些基礎(chǔ)的知識(shí)，也希望對(duì)其他人有所幫助啦~
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