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。

表   基本数据类型的占用空间和取值范围

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: Int(), count: 5) let decimals = Array(repeating: Double(), count: 5) let characters = Array(repeating: Character("a"), count: 5) let bools = Array(repeating: Bool(), 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];

• "Zig"

  ```zig title=""

  ```