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# 3.2 基本数据类型

当谈及计算机中的数据时，我们会想到文本、图片、视频、语音、3D 模型等各种形式。尽管这些数据的组织形式各异，但它们都由各种基本数据类型构成。

基本数据类型是 CPU 可以直接进行运算的类型，在算法中直接被使用，主要包括以下几种。

- 整数类型 `byte`、`short`、`int`、`long` 。
- 浮点数类型 `float`、`double` ，用于表示小数。
- 字符类型 `char` ，用于表示各种语言的字母、标点符号甚至表情符号等。
- 布尔类型 `bool` ，用于表示“是”与“否”判断。

基本数据类型以二进制的形式存储在计算机中。一个二进制位即为 \(1\) 比特。在绝大多数现代操作系统中，\(1\) 字节（byte）由 \(8\) 比特（bit）组成。

基本数据类型的取值范围取决于其占用的空间大小。下面以 Java 为例。

- 整数类型 `byte` 占用 \(1\) 字节 = \(8\) 比特 ，可以表示 \(2^{8}\) 个数字。
- 整数类型 `int` 占用 \(4\) 字节 = \(32\) 比特 ，可以表示 \(2^{32}\) 个数字。

表 3-1 列举了 Java 中各种基本数据类型的占用空间、取值范围和默认值。此表格无须死记硬背，大致理解即可，需要时可以通过查表来回忆。

表 3-1 基本数据类型的占用空间和取值范围

类型 | 符号 | 占用空间 | 最小值 | 最大值 | 默认值
--- | --- | --- | --- | --- | ---
整数 | `byte` | 1 字节 | \(-2^7\) (\(-128\)) | \(2^7 - 1\) (\(127\)) | \(0\)
| `short` | 2 字节 | \(-2^{15}\) | \(2^{15} - 1\) | \(0\)
| `int` | 4 字节 | \(-2^{31}\) | \(2^{31} - 1\) | \(0\)
| `long` | 8 字节 | \(-2^{63}\) | \(2^{63} - 1\) | \(0\)
浮点数 | `float` | 4 字节 | \(1.175 \times 10^{-38}\) | \(3.403 \times 10^{38}\) | \(0.0\text{f}\)
| `double` | 8 字节 | \(2.225 \times 10^{-308}\) | \(1.798 \times 10^{308}\) | \(0.0\)
字符 | `char` | 2 字节 | \(0\) | \(2^{16} - 1\) | \(0\)
布尔 | `bool` | 1 字节 | \(\text{false}\) | \(\text{true}\) | \(\text{false}\)

请注意，表 3-1 针对的是 Java 的基本数据类型的情况。每种编程语言都有各自的数据类型定义，它们的占用空间、取值范围和默认值可能会有所不同。

- 在 Python 中，整数类型 `int` 可以是任意大小，只受限于可用内存；浮点数 `float` 是双精度 64 位；没有 `char` 类型，单个字符实际上是长度为 1 的字符串 `str` 。
- C 和 C++ 未明确规定基本数据类型的大小，而因实现和平台各异。表 3-1 遵循 LP64 数据模型，其用于包括 Linux 和 macOS 在内的 Unix 64 位操作系统。
- 字符 `char` 的大小在 C 和 C++ 中为 1 字节，在大多数编程语言中取决于特定的字符编码方法，详见“字符编码”章节。
- 即使表示布尔量仅需 1 位（\(0\) 或 \(1\)），它在内存中通常也存储为 1 字节。这是因为现代计算机 CPU 通常将 1 字节作为最小寻址内存单元。

那么，基本数据类型与数据结构之间有什么联系呢？我们知道，数据结构是在计算机中组织与存储数据的方式。这句话的主语是“结构”而非“数据”。

如果想表示“一排数字”，我们自然会想到使用数组。这是因为数组的线性结构可以表示数字的相邻关系和顺序关系，但至于存储的内容是整数 `int`、小数 `float` 还是字符 `char` ，则与“数据结构”无关。

换句话说，基本数据类型提供了数据的“内容类型”，而数据结构提供了数据的“组织方式”。例如以下代码，我们用相同的数据结构（数组）来存储与表示不同的基本数据类型，包括 `int`、`float`、`char`、`bool` 等。

Python C++Java C#Go Swift JS TS Dart Rust C Kotlin Ruby

    # 使用多种基本数据类型来初始化数组
    numbers: list[int] = [0] * 5
    decimals: list[float] = [0.0] * 5
    # Python 的字符实际上是长度为 1 的字符串
    characters: list[str] = ['0'] * 5
    bools: list[bool] = [False] * 5
    # Python 的列表可以自由存储各种基本数据类型和对象引用
    data = [0, 0.0, 'a', False, ListNode(0)]

    // 使用多种基本数据类型来初始化数组
    int numbers[5];
    float decimals[5];
    char characters[5];
    bool bools[5];

    // 使用多种基本数据类型来初始化数组
    int[] numbers = new int[5];
    float[] decimals = new float[5];
    char[] characters = new char[5];
    boolean[] bools = new boolean[5];

    // 使用多种基本数据类型来初始化数组
    int[] numbers = new int[5];
    float[] decimals = new float[5];
    char[] characters = new char[5];
    bool[] bools = new bool[5];

    // 使用多种基本数据类型来初始化数组
    var numbers = [5]int{}
    var decimals = [5]float64{}
    var characters = [5]byte{}
    var bools = [5]bool{}

    // 使用多种基本数据类型来初始化数组
    let numbers = Array(repeating: 0, count: 5)
    let decimals = Array(repeating: 0.0, count: 5)
    let characters: [Character] = Array(repeating: "a", count: 5)
    let bools = Array(repeating: false, count: 5)

    // JavaScript 的数组可以自由存储各种基本数据类型和对象
    const array = [0, 0.0, 'a', false];

    // 使用多种基本数据类型来初始化数组
    const numbers: number[] = [];
    const characters: string[] = [];
    const bools: boolean[] = [];

    // 使用多种基本数据类型来初始化数组
    List<int> numbers = List.filled(5, 0);
    List<double> decimals = List.filled(5, 0.0);
    List<String> characters = List.filled(5, 'a');
    List<bool> bools = List.filled(5, false);

    // 使用多种基本数据类型来初始化数组
    let numbers: Vec<i32> = vec![0; 5];
    let decimals: Vec<f32> = vec![0.0; 5];
    let characters: Vec<char> = vec!['0'; 5];
    let bools: Vec<bool> = vec![false; 5];

    // 使用多种基本数据类型来初始化数组
    int numbers[10];
    float decimals[10];
    char characters[10];
    bool bools[10];

    // 使用多种基本数据类型来初始化数组
    val numbers = IntArray(5)
    val decinals = FloatArray(5)
    val characters = CharArray(5)
    val bools = BooleanArray(5)

    # Ruby 的列表可以自由存储各种基本数据类型和对象引用
    data = [0, 0.0, 'a', false, ListNode(0)]

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