摘要：所有變量的類型在編譯時已知在程序運行之前，因此編譯器也可以推導出所有表達式的類型。像變量的類型一樣，這些聲明是重要的文檔，對代碼讀者很有用，并由編譯器進行靜態檢查。對象類型的值對象類型的值是由其類型標記的圓。

1.編程語言中的數據類型
2.靜態與動態數據類型
3.類型檢查
4.易變性和不變性
5.快照圖
6.復雜的數據類型：數組和集合
7.有用的不可變類型
8.空引用
9.總結

類型和變量

類型是一組值，以及可以對這些值執行的操作。
變量：存儲一個特定類型值的命名位置

Java中的類型

Java有幾種基本類型，例如：

int（對于像5和-200這樣的整數，但限于±2 ^ 31或大約±20億的范圍）

長（對于大于±2 ^ 63的整數）

布爾值（對于true或false）

雙精度浮點數（代表實數的一個子集）

char（單個字符，如"A"和"$"）

Java也有對象類型，例如：

字符串表示一系列字符。

BigInteger表示一個任意大小的整數。

按照Java約定，基本類型是小寫字母，而對象類型以大寫字母開頭。

對象類型的層次結構

根是Object（所有非基元都是對象）

除Object以外的所有類都有一個父類，使用extends子句指定

class Guitar extends Instrument { ... }
如果省略了子句，則默認為Object
一個類是其所有超類的一個實例

從其超類繼承可見的字段和方法

可以覆蓋（Override）方法來改變他們的行為

包裝的基本類型

用于原始類型的不變容器
– Boolean, Integer, Short, Long, Character, Float, Double
典型用例是集合
除非你必須使用包裝的基本類型！
語言自動包裝和自動解包裝

運算符

運算符：執行簡單計算的符號

賦值：=

加法：+

減法： -

乘法：*

除法：/

操作順序：遵循標準的數學規則

1.括號

2.乘法和除法

3.加法和減法

字符串連接（+）

操作

操作是獲取輸入和生成輸出的函數（有時會自行更改值）。

作為中綴，前綴或后綴運算符。 例如，a + b調用操作+：int×int→int。

作為一個對象的方法。 例如，bigint1.add（bigint2）調用操作add：BigInteger×BigInteger→BigInteger。

作為一項功能。 例如，Math.sin（theta）調用sin：double→double操作。 在這里，數學不是一個對象。 這是包含sin函數的類。

重載操作符/操作

一些操作被重載，因為相同的操作名稱用于不同的類型
對于Java中的數字基本數據類型，算術運算符+， - ，*，/會嚴重重載。
方法也可以重載。 大多數編程語言都有一定程度的重載。
（將在3.3節OOP中討論）

靜態輸入與動態輸入

Java是一種靜態類型的語言。

所有變量的類型在編譯時已知（在程序運行之前），因此編譯器也可以推導出所有表達式的類型。

如果將a和b聲明為int，則編譯器得出結論a + b也是int。

在編寫代碼時，Eclipse環境會執行此操作，事實上，您仍然可以在輸入時了解許多錯誤。

在編譯階段進行類型檢查

在像Python這樣的動態類型語言中，這種檢查被推遲到運行時（程序運行時）。

3.類型檢查

靜態檢查和動態檢查

一種語言可以提供的三種自動檢查：

靜態檢查：在程序運行之前會自動發現錯誤。

動態檢查：執行代碼時會自動發現錯誤。

不檢查：語言根本無助于您找到錯誤。 你必須親自觀察，否則最終會得到錯誤的答案。

不用說，靜態捕獲一個bug比動態捕獲它要好，動態捕獲它比根本沒有捕獲它要好。

靜態檢查

靜態檢查意味著在編譯時檢查錯誤。
錯誤是編程的禍根。
靜態類型可以防止大量的錯誤感染程序：準確地說，通過對錯誤類型的參數應用操作而導致的錯誤。
如果你寫了一行代碼，如：“5”*“6”，它試圖乘以兩個字符串，那么靜態類型在編程時會捕獲這個錯誤，而不是等到執行過程中到達該行。

語法錯誤，如額外的標點符號或假詞。 即使是像Python這樣的動態類型語言也可以進行這種靜態檢查。

錯誤的名字，如Math.sine（2）。 （正確的名字是sin）

錯誤的參數數量，如Math.sin（30,20）。

錯誤的參數類型，如Math.sin（“30”）。

錯誤的返回類型，如返回“30”; 從聲明的函數返回一個int。

動態檢查

非法的參數值。 例如，當y實際上為零時，整數表達式x / y只是錯誤的; 否則它將運行。 所以在這個表達式中，除零不是一個靜態錯誤，而是一個動態錯誤。

不具有代表性的返回值，即特定返回值無法在類型中表示時。

超出范圍的索引，例如，在字符串上使用負值或太大的索引。

在空對象引用上調用方法。

靜態與動態檢查

靜態檢查往往是關于類型的，與變量具有的特定值無關的錯誤。

靜態類型保證了一個變量會從該集合中獲得一些值，但是我們直到運行時才知道它具有哪個值。

所以如果錯誤只會被某些值引起，比如被零除或索引超出范圍，那么編譯器不會引發關于它的靜態錯誤。

相比之下，動態檢查往往是由特定值引起的錯誤。

原始數據類型不是真正的數字

Java中的一個陷阱 - 以及其他許多編程語言 - 就是它的原始數字類型具有不像我們習慣的整數和實數那樣的特例。
結果，真正應該動態檢查的一些錯誤根本不被檢查。

整數除法：5/2不返回分數，它返回一個截斷的整數。

整數溢出。 如果計算結果過于積極或過于消極而無法適應該有限范圍，則會悄然溢出并返回錯誤答案。 （沒有靜態/動態檢查！）例如，int big = 200000 * 200000;

浮點類型中的特殊值。 NaN（“不是數字”），POSITIVE_INFINITY和NEGATIVE_INFINITY。 例如，double a = 7/0;

4可變性和不變性

賦值

使用“=”給變量賦值
賦值可以和變量聲明結合使用

更改變量或其值

改變變量和改變數值有什么區別？

當你分配給變量時，你正在改變變量的箭頭指向的地方。 您可以將其指向不同的值。

當分配給可變值的內容時（例如數組或列表），您將在該值內改變引用。

變化是必要的罪惡。
好的程序員可以避免變化的事情，因為它們可能會意外地改變。

不變性

不變性是一個主要的設計原則。
不可變類型是一種類型，它們的值一旦創建就永遠不會改變。
Java也為我們提供了不可變的引用：一次賦值且永不重新賦值的變量。

為了使引用不可變，用關鍵字final聲明它。

如果Java編譯器不確定最終變量只會在運行時分配一次，那么它將產生編譯器錯誤。 所以最終給你靜態檢查不可變引用。

最好使用final來聲明方法的參數和盡可能多的局部變量。
像變量的類型一樣，這些聲明是重要的文檔，對代碼讀者很有用，并由編譯器進行靜態檢查。
注意：

fianl的類聲明意味著它不能被繼承。

final變量意味著它始終包含相同的值/參考，但不能最終更改

final方法意味著它不能被子類覆蓋

可變性和不變性

對象是不可變的：一旦創建，它們總是表示相同的值。
對象是可變的：它們具有改變對象值的方法。

字符串作為不可變類型

字符串是不可變類型的一個例子。
一個String對象總是表示相同的字符串。
由于String是不可變的，一旦創建，String對象始終具有相同的值。
要將某些內容添加到字符串的末尾，您必須創建一個新的String對象：

StringBuilder作為一個可變類型

StringBuilder是一個可變類型的例子。
它具有刪除字符串部分，插入或替換字符等的方法
該類具有更改對象值的方法，而不僅僅是返回新值：

可變類型的優點

使用不可變的字符串，這會產生大量的臨時副本

獲得良好的性能是我們使用可變對象的一個原因。

另一個是方便共享：通過共享一個常見的可變數據結構，您的程序的兩個部分可以更方便地進行通信。
“全局變量”
但是你必須知道全局變量的缺點......

5快照圖作為Code-level，Run-time，Moment視圖

快照圖

為了理解微妙的問題，我們可以繪制運行時發生的事情的圖片。
快照圖在運行時表示程序的內部狀態 - 其堆棧（正在進行的方法及其局部變量）及其堆（當前存在的對象）。
為什么我們使用快照圖表？

通過圖片相互交流。

為了說明基本類型與對象類型，不可變值與不可變引用，指針別名，堆棧與堆，抽象與具體表示等概念。

幫助解釋您的團隊項目設計（彼此之間以及與您的技術援助相關）。

為后續課程中豐富的設計符號鋪平道路。

可變值與重新分配變量

快照圖給我們提供了一種可視化更改變量和更改值之間區別的方法：

當您分配給變量或字段時，您將更改變量的箭頭指向的位置。 您可以將其指向不同的值。

當分配給可變值的內容時（例如數組或列表），您將在該值內改變引用。

快照圖中的基本類型和對象類型

基本類型的值

基本類型的值由裸常量表示。 傳入的箭頭是對來自變量或對象字段的值的引用。

對象類型的值

對象類型的值是由其類型標記的圓。

當我們想要顯示更多細節時，我們在其中寫入字段名稱，箭頭指向它們的值。 有關更詳細的信息，這些字段可以包含它們的聲明類型。

重新分配和不可變的值

例如，如果我們有一個字符串變量s，我們可以將其從“a”值重新分配給“ab”
String s =“a”;
s = s +“b”;?
字符串是不可變類型的一個例子，一種類型的值一旦創建就永遠不會改變。?
不變對象（它們的設計者打算始終表示相同的值）在快照圖中用雙邊框表示，就像我們圖中的String對象一樣。

可變的值

相比之下，StringBuilder（一個內置的Java類）是一個可變對象，表示一串字符，并且它具有更改對象值的方法：
StringBuilder sb = new StringBuilder（“a”）;
sb.append（ “B”）;
這兩個快照圖看起來非常不同，這是很好的：可變性和不可變性之間的差異將在使代碼免受bug影響方面發揮重要作用。

不變的引用

Java也為我們提供了不可變的引用：一次賦值且永不重新賦值的變量。 為了使引用不可變，用關鍵字final聲明它：
final int n = 5;
如果Java編譯器不確定最終變量只會在運行時分配一次，那么它將產生編譯器錯誤。 所以最終給出了對不可變引用的靜態檢查。
在快照圖中，不可變引用（final）由雙箭頭表示。

6復雜的數據類型：數組和集合

數組

數組是另一個類型T的固定長度序列。例如，下面是如何聲明一個數組變量并構造一個數組值以分配給它：
int [] a = new int [100];
int []數組類型包含所有可能的數組值，但是一旦創建了特定的數組值，永遠不會改變其長度。
數組類型的操作包括：

索引：a [2]

賦值：a [2] = 0

長度：a.length

列表

我們使用List類型來代替固定長度的數組。
列表是另一個類型T的可變長度序列。 List list = new ArrayList （）;
其部分操作：

索引：list.get（2）

賦值：list.set（2，0）

長度：list.size（）

注1：列表是一個接口
注2：列表中的成員必須是一個對象。

集合

Set是零個或多個唯一對象的無序集合。
一個對象不能多次出現在一個集合中。 要么它在或它不在。

s1.contains（e）測試集合是否包含元素

s1.containsAll（s2）測試是否s1?s2

s1.removeAll（s2）從s1移除s2

Set是一個抽象接口

地圖

地圖類似于字典（key）

map.put（key，val）添加映射key→val

map.get（key）獲取一個key的值

map.containsKey（key）測試地圖是否有key

map.remove（key）刪除映射

地圖是一個抽象界面

聲明List，Set和Map變量

使用Java集合，我們可以限制集合中包含的對象的類型。
當我們添加一個項目時，編譯器可以執行靜態檢查，以確保我們只添加適當類型的項目。
然后，當我們取出一個對象時，我們保證它的類型將是我們所期望的。

創建List，Set和Map變量

Java有助于區分

一種類型的規范 - 它有什么作用？ 抽象接口 - 實現

代碼是什么？ 具體類

List，Set和Map都是接口：

他們定義了這些相應的類型是如何工作的，但他們不提供實現代碼。

優點：用戶有權在不同情況下選擇不同的實施方式。

List，Set和Map的實現：

列表：ArrayList和LinkedList

集合：HashSet

地圖：HashMap

迭代器是一個可變類型的迭代器

迭代器是一個對象，它遍歷一組元素并逐個返回元素。
當你使用for（...：...）循環遍歷一個List或數組時，迭代器在Java中被使用。
迭代器有兩種方法：

next（）返回集合中的下一個元素---這是一個可變的方法！

hasNext（）測試迭代器是否已到達集合的末尾。

7有用的不可變類型

原始類型和原始包裝都是不可變的。

如果你需要用大數來計算，BigInteger和BigDecimal是不可變的。

不要使用可變日期，根據您需要的計時粒度，使用java.time或java.time.ZonedDateTime中適當的不可變類型。
Java的集合類型（List，Set，Map）的通常實現都是可變的：ArrayList，HashMap等
Collections實用程序類具有獲取這些可變集合的不可修改視圖的方法：

Collections.unmodifiableList

Collections.unmodifiableSet

Collections.unmodifiableMap

可變數據類型的不可變包裝
Java集合類提供了一個有趣的折衷：不可變的包裝器。

Collections.unmodifiableList（）需要一個（可變的）List，并且用一個看起來像List的對象封裝它，但是其禁用的mutator - set（），add（），remove（）等會拋出異常。 所以你可以構造一個使用mutator的列表，然后用一個不可修改的包裝器來封裝它（并且拋棄你對原始可變列表的引用，并且得到一個不變的列表。

缺點是你在運行時獲得了不變性，但不是在編譯時。

如果你嘗試排序（）這個不可修改的列表，Java在編譯時不會發出警告。

你會在運行時得到一個異常。

但這還是比沒有好，所以使用不可修改的列表，地圖和集合可以是降低錯誤風險的一種非常好的方法。

不可修改的包裝

不可修改的包裝器通過攔截所有修改集合并拋出UnsupportedOperationException的操作來取消修改集合的能力。
不可修改的包裝有兩個主要用途，如下所示：

一旦建立一個集合就不可變。 在這種情況下，最好不要保留對后備集合的引用。 這絕對保證了不變性。

允許某些客戶端只讀訪問您的數據結構。 您保留對后備集合的引用，但請分發引用。 這樣，客戶可以看，但不能修改，而你保持完全訪問。

8空引用

空引用
在Java中，對對象和數組的引用也可以采用特殊值Null，這意味著引用不指向對象。 空值是Java類型系統中的一個不幸的漏洞。
基元不能為null，編譯器會拒絕這種帶有靜態錯誤的嘗試：
int size = null; //非法
可以將null分配給任何非原始變量，并且編譯器在編譯時高興地接受這些代碼。 但是你會在運行時遇到錯誤，因為你不能調用任何方法或者使用帶有這些引用之一的任何字段（拋出NullPointerExceptions）：
String name = null;
name.length（）;
int [] points = null;
points.length;
null與空字符串“”或空數組不同。

空引用

非基元和像List這樣的集合的數組可能是非空的，但包含null作為值
只要有人試圖使用集合的內容，這些空值就可能導致錯誤。
空值是麻煩和不安全的，所以你最好建議將它們從你的設計詞匯表中刪除。
空值在參數和返回值中被隱式禁止。

來自Guava（Google）

不小心使用null會導致各種各樣的錯誤。
研究谷歌代碼庫，我們發現像95％的集合不應該有任何空值，并且讓這些快速失敗而不是默默接受空值會對開發人員有所幫助。
另外，null很不明確。
很少有人明白空返回值應該是什么意思 - 例如，Map.get（key）可以返回null，因為map中的值為null，或者該值不在map中。 空可能意味著失敗，可能意味著成功，幾乎意味著任何事情。
使用除null之外的其他內容可以明確您的意思。

總結

靜態類型檢查：

減少錯誤保證安全。 靜態檢查通過在運行時捕獲類型錯誤和其他錯誤來幫助安全。

容易明白。 它有助于理解，因為類型在代碼中已明確說明。

準備改變。 靜態檢查通過識別需要一起更改的其他位置來更容易地更改代碼。 例如，當您更改變量的名稱或類型時，編譯器會立即在使用該變量的所有位置顯示錯誤，并提醒您更新它們。

可變性對于性能和便利性很有用，但它也會通過要求使用對象的代碼在全范圍內表現良好而造成bug的風險，這極大地增加了我們必須做的推理和測試，以確保其正確性。?
確保你了解不可變對象（如String）和不可變引用（如final變量）之間的區別。?
快照圖可以幫助理解。

對象是由快照圖中的圓圈表示的值，而不可變的對象是具有雙邊框的值，表示它永遠不會更改其值。

引用是一個指向對象的指針，用快照圖中的箭頭表示，不可變引用是帶有雙線的箭頭，表示不能將箭頭移動到指向不同的對象。

關鍵的設計原則是不變性：盡可能使用不可變對象和不可變引用。

減少錯誤保證安全。 不可變對象不容易出現鋸齒引起的錯誤。 不可變引用總是指向同一個對象。

容易明白。 因為不可變的對象或引用總是意味著相同的事物，所以代碼讀者推理起來更簡單 - 他們不必追蹤所有代碼以找到可能更改對象或引用的所有位置，因為 它不能改變。

準備好改變。 如果在運行時不能更改對象或引用，那么當程序更改時，不需要修改依賴于該對象或引用的代碼。