3.2 基本資料型別¶

3.2 基本資料型別¶

當談及計算機中的資料時，我們會想到文字、圖片、影片、語音、3D 模型等各種形式。儘管這些資料的組織形式各異，但它們都由各種基本資料型別構成。

基本資料型別是 CPU 可以直接進行運算的型別，在演算法中直接被使用，主要包括以下幾種。

整數型別 byte、short、int、long 。

浮點數型別 float、double ，用於表示小數。

字元型別 char ，用於表示各種語言的字母、標點符號甚至表情符號等。

布林型別 bool ，用於表示“是”與“否”判斷。

基本資料型別以二進位制的形式儲存在計算機中。一個二進位制位即為 \(1\) 位元。在絕大多數現代作業系統中，\(1\) 位元組（byte）由 \(8\) 位元（bit）組成。

基本資料型別的取值範圍取決於其佔用的空間大小。下面以 Java 為例。

整數型別 byte 佔用 \(1\) 位元組 = \(8\) 位元 ，可以表示 \(2^{8}\) 個數字。

整數型別 int 佔用 \(4\) 位元組 = \(32\) 位元 ，可以表示 \(2^{32}\) 個數字。

表 3-1 列舉了 Java 中各種基本資料型別的佔用空間、取值範圍和預設值。此表格無須死記硬背，大致理解即可，需要時可以透過查表來回憶。

表 3-1 基本資料型別的佔用空間和取值範圍

型別

符號

佔用空間

最小值

最大值

預設值

整數

byte

1 位元組

\(-2^7\) (\(-128\))

\(2^7 - 1\) (\(127\))

\(0\)

short

2 位元組

\(-2^{15}\)

\(2^{15} - 1\)

\(0\)

int

4 位元組

\(-2^{31}\)

\(2^{31} - 1\)

\(0\)

long

8 位元組

\(-2^{63}\)

\(2^{63} - 1\)

\(0\)

浮點數

float

4 位元組

\(1.175 \times 10^{-38}\)

\(3.403 \times 10^{38}\)

\(0.0\text{f}\)

double

8 位元組

\(2.225 \times 10^{-308}\)

\(1.798 \times 10^{308}\)

\(0.0\)

字元

char

2 位元組

\(0\)

\(2^{16} - 1\)

\(0\)

布林

bool

1 位元組

\(\text{false}\)

\(\text{true}\)

\(\text{false}\)

請注意，表 3-1 針對的是 Java 的基本資料型別的情況。每種程式語言都有各自的資料型別定義，它們的佔用空間、取值範圍和預設值可能會有所不同。

在 Python 中，整數型別 int 可以是任意大小，只受限於可用記憶體；浮點數 float 是雙精度 64 位；沒有 char 型別，單個字元實際上是長度為 1 的字串 str 。

C 和 C++ 未明確規定基本資料型別的大小，而因實現和平臺各異。表 3-1 遵循 LP64 資料模型，其用於包括 Linux 和 macOS 在內的 Unix 64 位作業系統。

字元 char 的大小在 C 和 C++ 中為 1 位元組，在大多數程式語言中取決於特定的字元編碼方法，詳見“字元編碼”章節。

即使表示布林量僅需 1 位（\(0\) 或 \(1\)），它在記憶體中通常也儲存為 1 位元組。這是因為現代計算機 CPU 通常將 1 位元組作為最小定址記憶體單元。

那麼，基本資料型別與資料結構之間有什麼關聯呢？我們知道，資料結構是在計算機中組織與儲存資料的方式。這句話的主語是“結構”而非“資料”。

如果想表示“一排數字”，我們自然會想到使用陣列。這是因為陣列的線性結構可以表示數字的相鄰關係和順序關係，但至於儲存的內容是整數 int、小數 float 還是字元 char ，則與“資料結構”無關。

換句話說，基本資料型別提供了資料的“內容型別”，而資料結構提供了資料的“組織方式”。例如以下程式碼，我們用相同的資料結構（陣列）來儲存與表示不同的基本資料型別，包括 int、float、char、bool 等。

PythonC++JavaC#GoSwiftJSTSDartRustCKotlinRubyZig

# 使用多種基本資料型別來初始化陣列

numbers: list[int] = [0] * 5

decimals: list[float] = [0.0] * 5

# Python 的字元實際上是長度為 1 的字串

characters: list[str] = ['0'] * 5

bools: list[bool] = [False] * 5

# Python 的串列可以自由儲存各種基本資料型別和物件引用

data = [0, 0.0, 'a', False, ListNode(0)]

// 使用多種基本資料型別來初始化陣列

int numbers[5];

float decimals[5];

char characters[5];

bool bools[5];

// 使用多種基本資料型別來初始化陣列

int[] numbers = new int[5];

float[] decimals = new float[5];

char[] characters = new char[5];

boolean[] bools = new boolean[5];

// 使用多種基本資料型別來初始化陣列

int[] numbers = new int[5];

float[] decimals = new float[5];

char[] characters = new char[5];

bool[] bools = new bool[5];

// 使用多種基本資料型別來初始化陣列

var numbers = [5]int{}

var decimals = [5]float64{}

var characters = [5]byte{}

var bools = [5]bool{}

// 使用多種基本資料型別來初始化陣列

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 的陣列可以自由儲存各種基本資料型別和物件

const array = [0, 0.0, 'a', false];

// 使用多種基本資料型別來初始化陣列

const numbers: number[] = [];

const characters: string[] = [];

const bools: boolean[] = [];

// 使用多種基本資料型別來初始化陣列

List numbers = List.filled(5, 0);

List decimals = List.filled(5, 0.0);

List characters = List.filled(5, 'a');

List bools = List.filled(5, false);

// 使用多種基本資料型別來初始化陣列

let numbers: Vec = vec![0; 5];

let decimals: Vec = vec![0.0; 5];

let characters: Vec = vec!['0'; 5];

let bools: Vec = vec![false; 5];

// 使用多種基本資料型別來初始化陣列

int numbers[10];

float decimals[10];

char characters[10];

bool bools[10];

// 使用多種基本資料型別來初始化陣列

val numbers = IntArray(5)

val decinals = FloatArray(5)

val characters = CharArray(5)

val bools = BooleanArray(5)

# Ruby 的串列可以自由儲存各種基本資料型別和物件引用

data = [0, 0.0, 'a', false, ListNode(0)]

const hello = [5]u8{ 'h', 'e', 'l', 'l', 'o' };

// 以上程式碼展示了定義一個字面量陣列的方式，其中你可以選擇指明陣列的大小或者使用 _ 代替。使用 _ 時，Zig 會嘗試自動計算陣列的長度

const matrix_4x4 = [4][4]f32{

[_]f32{ 1.0, 0.0, 0.0, 0.0 },

[_]f32{ 0.0, 1.0, 0.0, 1.0 },

[_]f32{ 0.0, 0.0, 1.0, 0.0 },

[_]f32{ 0.0, 0.0, 0.0, 1.0 },

};

// 多維陣列（矩陣）實際上就是巢狀陣列，我們很容易就可以建立一個多維陣列出來

const array = [_:0]u8{ 1, 2, 3, 4 };

// 定義一個哨兵終止陣列，本質上來說，這是為了相容 C 中的規定的字串結尾字元\0。我們使用語法 [N:x]T 來描述一個元素為型別 T，長度為 N 的陣列，在它對應 N 的索引處的值應該是 x

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3.3 數字編碼 *

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