基本数据类型

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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。

下表列举了 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。

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，上表针对的是 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。上表遵循 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"

```python title=""
# 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)]
```

=== "C++"

```cpp title=""
// 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];
```

=== "Java"

```java title=""
// 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];
```

=== "C#"

```csharp title=""
// 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];
```

=== "Go"

```go title=""
// 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{}
```

=== "Swift"

```swift title=""
// 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)
```

=== "JS"

```javascript title=""
// 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];
```

=== "TS"

```typescript title=""
// 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[] = [];
```

=== "Dart"

```dart title=""
// 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);
```

=== "Rust"

```rust title=""
// 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];
```

=== "C"

```c title=""
// 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];
```

=== "Kotlin"

```kotlin title=""
// 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"

```ruby title=""
# 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)]
```

=== "Zig"

```zig title=""

```

??? pythontutor "可视化运行"