java基础概念（二）----变量（附练习题）

在 Java 语言中，变量是程序中存储数据的基本单元，它是内存中的一块存储空间，用于存放可以变化的值。以下是关于 Java 变量的详细知识：

一、变量的内存分配细节

1. 基本数据类型变量：

   • 直接存储数据值，分配在栈内存中（局部变量）或堆内存中（成员变量，作为对象的一部分）。
   • 例如：int a = 10; 中，a 直接存储 10 这个值。

2. 引用数据类型变量：

   • 变量本身存储的是对象在堆内存中的地址（引用），变量名和引用存放在栈内存（局部变量）或堆内存（成员变量）。
   • 例如：String s = new String("test"); 中，s 存储的是堆中字符串对象的地址，而非 "test" 本身。
   • 多个引用可以指向同一个对象，修改对象内容会影响所有引用该对象的变量。

二、变量的默认值深入解析

只有成员变量（实例变量）和类变量（静态变量） 有默认值，局部变量必须显式初始化：

数据类型	默认值
byte, short, int, long	0
float, double	0.0
char	'\u0000'（空字符）
boolean	false
引用类型	null

示例：

class DefaultValues {
    // 成员变量 - 有默认值
    int num;          // 默认0
    boolean flag;     // 默认false
    String text;      // 默认null
    
    // 静态变量 - 有默认值
    static double pi; // 默认0.0
    
    public void method() {
        // 局部变量 - 无默认值，必须初始化
        int localVar;
        // System.out.println(localVar); // 编译错误：可能尚未初始化变量
    }
}

三、变量的作用域与生命周期

1. 局部变量：

   • 声明在方法、构造器、循环、条件语句等代码块中。
   • 作用域：从声明处到包含它的最近一对{}结束。
   • 生命周期：进入作用域时创建，离开作用域时销毁。

2. 实例变量：

   • 声明在类中，方法之外，无static修饰。
   • 作用域：整个类（所有非静态方法均可访问）。
   • 生命周期：随对象创建而存在，随对象被垃圾回收而销毁。

3. 静态变量：

   • 声明在类中，方法之外，有static修饰。
   • 作用域：整个类（静态方法和非静态方法均可访问）。
   • 生命周期：随类的加载而初始化，随类的卸载而销毁（通常是程序结束时）。

示例：

public class VariableLifecycle {
    // 静态变量 - 类加载时初始化
    static int staticVar = 10;
    
    // 实例变量 - 对象创建时初始化
    int instanceVar = 20;
    
    public void method() {
        // 局部变量 - 方法调用时创建
        int localVar = 30;
        
        if (true) {
            // 局部变量 - 仅在该代码块内有效
            int blockVar = 40;
            System.out.println(blockVar); // 有效
        }
        // System.out.println(blockVar); // 无效，已超出作用域
    }
}

四、变量的命名细节与惯例

1. 硬性规则：

   • 必须以字母、_或$开头，后续可跟字母、数字、_或$。
   • 长度无限制，但不宜过长。
   • 区分大小写（age和Age是两个不同变量）。
   • 不能使用 Java 关键字（如int、class、for等）和保留字（如goto、const）。

2. 软性惯例：

   • 变量名采用小驼峰式命名（lowerCamelCase）：第一个单词首字母小写，后续单词首字母大写，如studentName、maxValue。
   • 避免使用单字母命名（除了循环变量如i、j、k）。
   • 避免使用拼音或拼音与英文混合，推荐使用英文单词。
   • 布尔类型变量通常以is、has、can等前缀开头，如isValid、hasPermission。

五、类型转换的深入理解

1. 自动类型转换（拓宽转换）：

   • 规则：从低精度 / 小范围类型向高精度 / 大范围类型转换，无需显式声明。
   • 转换顺序（基本类型）：
     byte → short → int → long → float → double
char → int → long → float → double
   • 注意：char类型可以自动转换为int（因为字符在 Java 中对应 Unicode 编码值），但byte/short不能自动转换为char（可能为负数）。

   示例：

   char c = 'A'; // 'A'的Unicode值是65
   int num = c;  // 自动转换，num的值为65
   
   byte b = 10;
   short s = b;  // 自动转换
   // char ch = b; // 编译错误，byte不能自动转char

2. 强制类型转换（缩窄转换）：

   • 规则：从高精度 / 大范围类型向低精度 / 小范围类型转换，必须显式声明，可能导致精度丢失或溢出。
   • 语法：目标类型 变量 = (目标类型)源值;

   示例 1（精度丢失）：

   double d = 3.14159;
   int i = (int)d; // 结果为3，小数部分被截断

   示例 2（数值溢出）：

   int bigNum = 2147483647; // int的最大值
   int overflow = (int)(bigNum + 1); // 结果为-2147483648（溢出）

   示例 3（引用类型的强制转换）：

   Object obj = "Hello";
   String str = (String)obj; // 正确，obj实际指向String对象
   
   Object numObj = 100;
   // String str2 = (String)numObj; // 运行时错误：ClassCastException

六、变量的特殊情况

1. final 变量：

   • 用final修饰的变量一旦赋值就不能再修改（常量）。
   • 声明时可以不初始化，但必须在使用前初始化（称为 "空白 final 变量"）。
   • 局部变量、实例变量、静态变量均可被final修饰。

   示例：

   final int MAX_SIZE = 100; // 声明时初始化
   // MAX_SIZE = 200; // 编译错误：不能修改final变量
   
   class FinalExample {
       final int blankFinal; // 空白final变量
       
       // 必须在构造器中初始化空白final变量
       public FinalExample(int value) {
           blankFinal = value;
       }
   }

2. 参数变量：

   • 方法或构造器的参数本质上是局部变量，其值由调用者传入。
   • 作用域：整个方法或构造器体内。

   示例：

   public void printMessage(String message) { // message是参数变量
       System.out.println(message);
   }

3. 数组元素作为变量：

   • 数组中的每个元素都是一个变量，类型与数组类型一致。
   • 数组元素的访问通过索引实现，索引从 0 开始。

   示例：

   int[] numbers = new int[3];
   numbers[0] = 10; // 数组元素变量赋值
   numbers[1] = 20;

七、变量使用的最佳实践

1. 最小作用域原则：变量应在尽可能小的作用域内声明，减少命名冲突和内存占用。

   // 推荐
   if (condition) {
       int temp = calculate();
       System.out.println(temp);
   }
   
   // 不推荐（扩大了作用域）
   int temp;
   if (condition) {
       temp = calculate();
       System.out.println(temp);
   }

2. 避免未使用的变量：未使用的变量会浪费内存，且降低代码可读性。

3. 初始化后再使用：尤其是局部变量，避免因未初始化导致的编译错误。

4. 合理选择数据类型：根据实际需求选择合适的类型，避免内存浪费或精度问题。

   • 例如：存储年龄用byte即可（范围 - 128~127，足够表示人类年龄），无需用int。
   • 存储货币金额时，避免用float/double（存在精度误差），推荐用BigDecimal或int（以分为单位）。

八、课后习题

一、选择题（每题只有一个正确答案）

1. 以下哪种 Java 变量声明中，正确的是（ ）

   A. int 1num = 10;

   B. String my-name = "test";

   C. double $price = 99.5;

   D. float value = 3.14;

2. 关于 Java 局部变量的描述，错误的是（ ）

   A. 局部变量声明在方法或代码块中

   B. 局部变量必须初始化后才能使用

   C. 局部变量有默认值

   D. 局部变量的作用域仅限于声明它的代码块内

3. 以下代码的运行结果是（ ）

   public class Test {
   static int a = 10;
   int b = 20;

    public static void main(String[] args) {
        Test t = new Test();
        System.out.println(a + t.b);
    }

   }

A. 编译错误

B. 30

C. 1020

D. 运行时错误

1. 下列类型转换中，需要强制转换的是（ ）

   A. byte → short

   B. int → long

   C. double → float

   D. char → int

2. 关于final修饰的变量，以下说法正确的是（ ）

   A. final变量必须在声明时初始化

   B. final变量的值可以被多次修改

   C. final局部变量可以先声明后初始化

   D. final只能修饰成员变量

二、填空题

1. Java 中，基本数据类型char占用______字节，默认值是______。

2. 变量根据作用域可分为局部变量、和______。

3. 以下代码中，变量x的数据类型是______，变量y的数据类型是______。

   long x = 10000000000L;
   float y = 3.14F;

4、执行以下代码后，变量result的值是______。

int a = 10;
double b = 3.5;
int result = (int)(a * b);

5、以下代码中，变量str是______（填 "基本类型" 或 "引用类型"）变量，它存储的是______。

String str = new String("Java");

答案及解析（做完后可对照）：

1. C

   解析：A 选项不能以数字开头；B 选项不能包含连字符；D 选项float赋值需加F/f。

2. C

   解析：局部变量没有默认值，必须显式初始化后才能使用。

3. B

   解析：a是静态变量，可直接访问；b是实例变量，需通过对象访问，两者相加结果为 30。

4. C

   解析：double范围大于float，从大范围到小范围需要强制转换。

5. C

   解析：final变量可以先声明后初始化（空白 final 变量），但一旦赋值就不能修改，可修饰局部变量、成员变量等。

6. 2；'\u0000'（空字符）

7. 实例变量（成员变量）；类变量（静态变量）

8. long；float

9. 35

   解析：10 * 3.5 = 35.0，强制转换为int后截断小数部分，结果为 35。

10. 引用类型；字符串对象在堆内存中的地址（引用）