JAVA中整数类型数据溢出问题研究

ゝ一纸荒年。 2022-06-18 09:15 228阅读 0赞

Java中的数值类型都是有符号类型，最高位表示符号位。这里我们以byte类型为例，探讨整型的数据溢出问题。

基本数据类型 对应的包装类 所占bit位 取值范围  
byte Byte  8 \-2^7 ~ 2^7-1  
short Short  16 \-2^15 ~ 2^15-1  
int Integer  32 \-2^31 ~ 2^31-1  
long Long  64 \-2^63 ~ 2^63-1

为啥取值范围是这样呢？下面我们慢慢来看下。

package com.lcx.datatype;
    /**
     * 
     * @author
     *
     */
    public class ByteTest {
    
    	public static void main(String[] args) {
    		bypeM();
    	}
    	public static void bypeM(){
    		/**
    		 * Java中的数值类型都是有符号类型，最高位表示符号位。
    		 * 这里我们以byte类型为例，探讨数据溢出问题
    		 * byte类型 占一个字节8个bit位，所以能表示的数值形式（注意不是数值范围，因为第一位是符号位）是 0 000 0000 ~ 1 111 1111 也就是可以表示2^8-1+1 = 256个数字
    		 * 由于第一位是符号位，那么 
    		 * 正数的范围是 0 000 0000 ~ 0 111 1111 --> 0 ~ 127
    		 * 负数的范围是 1 000 0000 ~ 1 111 1111 -->-128~-1
    		 * 总的范围是 1 000 0000 ~ 0 111 1111 -->-128 ~ 127（-2^7 ~ 2^7-1）
    		 * 同理 short、int、long 都是这样
    		 * 计算机中，负数使用补码形式表示，正数的原码、反码、补码都相同，负数的反码是符号位1除外其余取反，负数的补码 = 反码+1
    		 * 1 000 0001 -1的原码
    		 * 1 111 1110 -1的反码
    		 * 1 111 1111 -1的补码
    		 * 通过这种方式 我们可以反推 1 111 1111 表示 -1
    		 * 这里的-128的补码形式有点特殊，可以理解为数值包含符号位了，不知道下面这种解释对不对。
    		 * 1 1000 0000 -128的原码
    		 * 1 0111 1111 -128的反码
    		 * 1 1000 0000 -128的补码
    		 * 由于byte只能有8bit位，现在占9bit位， 多的那一位移除掉保留后面8位，-128的补码 为 1000 0000
    		 * 
    		 * 模拟数据溢出
    		 * Byte.MAX_VALUE = 0 111 1111 = 127,Byte.MAX_VALUE+1 = 1 000 0000 = -128,Byte.MAX_VALUE+2 = 1 000 0001（-->反码1 000 0000-->原码1 111 1111） = -127
    		 * Byte.MIN_VALUE = 1 000 0000 =-128,Byte.MIN_VALUE-1 = 0 111 1111 = 127,Byte.MIN_VALUE-2 = 0 111 1110 = 126
    		 */
    		Byte b_max_plus_1  = (byte) (Byte.MAX_VALUE + 1);//最大值+1 数据溢出到最小值
    		Byte b_max_plus_2  = (byte) (Byte.MAX_VALUE + 2);
    		Byte b_min_minus_1  = (byte) (Byte.MIN_VALUE - 1);//最小值-1 数据溢出到最大值
    		Byte b_min_minus_2  = (byte) (Byte.MIN_VALUE - 2);
    		System.out.println("Byte.BYTES="+Byte.BYTES);
    		System.out.println("Byte.MAX_VALUE="+Byte.MAX_VALUE);
    		System.out.println("Byte.MIN_VALUE="+Byte.MIN_VALUE);
    		System.out.println("b_max_plus_1="+b_max_plus_1+","+"b_max_plus_2="+b_max_plus_2);
    		System.out.println("b_min_minus_1="+b_min_minus_1+","+"b_min_minus_2="+b_min_minus_2);
    		//Byte没有打印二进制的工具函数，Integer有打印二进制的工具函数
    		System.out.println("Byte.MAX_VALUE的二进制 = "+Integer.toBinaryString(Byte.MAX_VALUE));//前面为0的bit位没有打印
    		System.out.println("Byte.MIN_VALUE的二进制 = "+Integer.toBinaryString(Byte.MIN_VALUE));
    		System.out.println("Integer.MAX_VALUE的二进制 = "+Integer.toBinaryString(Integer.MAX_VALUE));//第一位 符号位0 没有打印
    		System.out.println("Integer.MIN_VALUE的二进制 = "+Integer.toBinaryString(Integer.MIN_VALUE));
    	}
    }

测试结果  
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