Какие данные мы рискуем потерять при явных приведениях

Какие данные мы рискуем потерять при явных приведениях

Каждый базовый тип данных занимает определенное количество байт памяти. Это накладывает ограничение на операции, в которые вовлечены различные типы данных. Рассмотрим следующий пример:

В данном коде мы столкнемся с ошибкой. Хотя и тип byte, и тип int представляют целые числа. Более того, значение переменной a, которое присваивается переменной типа byte, вполне укладывается в диапазон значений для типа byte (от -128 до 127). Тем не менее мы сталкиваемся с ошибкой на этапе компиляции. Поскольку в данном случае мы пытаемся присвоить некоторые данные, которые занимают 4 байта, переменной, которая занимает всего один байт.

Тем не менее в программе может потребоваться, чтобы подобное преобразование было выполнено. В этом случае необходимо использовать операцию преобразования типов (операция () ):

Операция преобразования типов предполагает указание в скобках того типа, к которому надо преобразовать значение. Например, в случае операции (byte)a , идет преобразование данных типа int в тип byte. В итоге мы получим значение типа byte.

Явные и неявные преобразования

Когда в одной операции вовлечены данные разных типов, не всегда необходимо использовать операцию преобразования типов. Некоторые виды преобразований выполняются неявно, автоматически.

Автоматические преобразования

Стрелками на рисунке показано, какие преобразования типов могут выполняться автоматически. Пунктирными стрелками показаны автоматические преобразования с потерей точности.

Автоматически без каких-либо проблем производятся расширяющие преобразования (widening) — они расширяют представление объекта в памяти. Например:

В данном случае значение типа byte, которое занимает в памяти 1 байт, расширяется до типа int, которое занимает 4 байта.

Расширяющие автоматические преобразования представлены следующими цепочками:

byte -> short -> int -> long

short -> float -> double

Автоматические преобразования с потерей точности

Некоторые преобразования могут производиться автоматически между типами данных одинаковой разрядности или даже от типа данных с большей разрядностью к типа с меньшей разрядностью. Это следующие цепочки преобразований: int -> float , long -> float и long -> double . Они производятся без ошибок, но при преобразовании мы можем столкнуться с потерей информации.

Явные преобразования

Во всех остальных преобразованиях примитивных типов явным образом применяется операция преобразования типов. Обычно это сужающие преобразования (narrowing) от типа с большей разрядностью к типу с меньшей разрядностью:

Потеря данных при преобразовании

При применении явных преобразований мы можем столкнуться с потерей данных. Например, в следующем коде у нас не возникнет никаких проблем:

Число 5 вполне укладывается в диапазон значений типа byte, поэтому после преобразования переменная b будет равна 5. Но что будет в следующем случае:

Результатом будет число 2. В данном случае число 258 вне диапазона для типа byte (от -128 до 127), поэтому произойдет усечение значения. Почему результатом будет именно число 2?

Число a, которое равно 258, в двоичном системе будет равно 00000000 00000000 00000001 00000010 . Значения типа byte занимают в памяти только 8 бит. Поэтому двоичное представление числа int усекается до 8 правых разрядов, то есть 00000010 , что в десятичной системе дает число 2.

Усечение рациональных чисел до целых

При преобразовании значений с плавающей точкой к целочисленным значениям, происходит усечение дробной части:

Здесь значение числа b будет равно 56, несмотря на то, что число 57 было бы ближе к 56.9898. Чтобы избежать подобных казусов, надо применять функцию округления, которая есть в математической библиотеке Java:

Преобразования при операциях

Нередки ситуации, когда приходится применять различные операции, например, сложение и произведение, над значениями разных типов. Здесь также действуют некоторые правила:

если один из операндов операции относится к типу double , то и второй операнд преобразуется к типу double

если предыдущее условие не соблюдено, а один из операндов операции относится к типу float , то и второй операнд преобразуется к типу float

если предыдущие условия не соблюдены, один из операндов операции относится к типу long , то и второй операнд преобразуется к типу long

иначе все операнды операции преобразуются к типу int

Так как в операции участвует значение типа double, то и другое значение приводится к типу double и сумма двух значений a+b будет представлять тип double.

Две переменных типа byte и short (не double, float или long), поэтому при сложении они преобразуются к типу int , и их сумма a+b представляет значение типа int. Поэтому если затем мы присваиваем эту сумму переменной типа byte, то нам опять надо сделать преобразование типов к byte.

Pro Java

Преобразование типов в Java это достаточно большая тема, но мы постараемся рассмотреть ее как можно более полно и вместе с тем компактно. Частично мы уже касались этой темы когда рассматривали примитивные типы Java.

В Java возможны преобразования между целыми значениями и значениями с плавающей точкой. Кроме того, можно преобразовывать значения целых типов и типов с плавающей точкой в значения типа char и наоборот, поскольку каждый символ соответствует цифре в кодировке Unicode. Фактически тип boolean является единственным примитивным типом в Java, который нельзя преобразовать в другой примитивный тип. Кроме того, любой другой примитивный тип нельзя преобразовать в boolean.

Преобразование типов в Java бывает двух видов: неявное и явное.

Неявное преобразование типов выполняется в случае если выполняются условия:

1. Оба типа совместимы
2. Длина целевого типа больше или равна длине исходного типа

Во всех остальных случаях должно использоваться явное преобразование типов.

Так же существуют два типа преобразований:

1. Расширяющее преобразование (widening conversion)
2. Сужающее преобразование (narrowing conversion)

Расширяющее преобразование (widening conversion) происходит, если значение одного типа преобразовывается в более широкий тип, с большим диапазоном допустимых значений. Java выполняет расширяющие преобразования автоматически, например, если вы присвоили литерал типа int переменной типа double или значение пепременной типа char переменной типа int. Неявное преобразование всегда имеет расширяющий тип .

Но у тут могут быть свои небольшие грабельки. Например если преобразуется значение int в значение типа float. И у значения int в двоичном представлении больше чем 23 значащих бита, то возможна потеря точности, так как у типа float под целую часть отведено 23 бита. Все младшие биты значения int, которые не поместятся в 23 бита мантиссы float, будут отброшены, поэтому хотя порядок числа сохраниться, но точность будет утеряна. То же самое справедливо для преобразования типа long в тип double.

Расширяющее преобразование типов Java можно изобразить еще так:

Сплошные линии обозначают преобразования, выполняемые без потери данных. Штриховые линии говорят о том, что при преобразовании может произойти потеря точности.

Стоит немного пояснить почему, к примеру тип byte не преобразуется автоматически (не явно) в тип char, хотя тип byte имеет ширину 8 бит, а char 16, тоже самое касается и преобразования типа short в char. Это происходит потому, что byte и short знаковые типы данных, а char без знаковый. Поэтому в данном случае требуется использовать явное приведение типов, поскольку компилятору надо явно указать что вы знаете чего хотите и как будет обрабатываться знаковый бит типов byte и short при преобразовании к типу char.

Поведение величины типа char в большинстве случаев совпадает с поведением величины целого типа, следовательно, значение типа char можно использовать везде, где требуются значения int или long. Однако напомним, что тип char не имеет знака, поэтому он ведет себя отлично от типа short, несмотря на то что диапазон обоих типов равен 16 бит.

short s = ( short ) 0xffff ; // Данные биты представляют число –1
char c = ‘\uffff’ ; // Те же биты представляют символ юникода
int i1 = s ; // Преобразование типа short в int дает –1
int i2 = c ; // Преобразование char в int дает 65535

Сужающее преобразование (narrowing conversion) происходит, если значение преобразуется в значение типа, диапазон которого не шире изначального. Сужающие преобразования не всегда безопасны: например, преобразование целого значения 13 в byte имеет смысл, а преобразование 13000 в byte неразумно, поскольку byte может хранить только числа от −128 до 127. Поскольку во время сужающего преобразования могут быть потеряны данные, Java компилятор возражает против любого такого преобразования, даже если преобразуемое значение укладывается в более узкий диапазон указанного типа:

int i = 13 ;
byte b = i ; // Компилятор не разрешит это выражение

Единственное исключение из правила – присвоение целого литерала (значения типа int) переменной byte или short, если литерал соответствует диапазону переменной.

Сужающее преобразование это всегда явное преобразование типов .

Явное преобразование примитивных типов

Оператором явного преобразования типов или точнее говоря приведения типов являются круглые скобки, внутри которых указан тип, к которому происходит преобразование – (type). Например:

int i = 13 ;
byte b = ( byte ) i ; // Принудительное преобразование int в byte
i = ( int ) 13.456 ; // Принудительное преобразование литерала типа double в int 13

Приведение примитивных типов чаще всего используют для преобразования значений с плавающей точкой в целые числа . При этом дробная часть значения с плавающей точкой просто отбрасывается (то есть значение с плавающей точкой округляется по направлению к нулю, а не к ближайшему целому числу). По существу берется только целочисленная часть вещественного типа и она уже приводится к целевому типу целочисленного числа.

При приведении более емкого целого типа к менее емкому старшие биты просто отбрасываются . По существу это равнозначно операции деления по модулю приводимого значения на диапазон целевого типа (например для типа byte это 256).

Слишком большое дробное число при приведении к целому превращается в MAX_VALUE или MIN_VALUE .

Слишком большой double при приведении к float превращается в Float.POSITIVE_INFINITY или Float.NEGATIVE_INFINITY .

Таблица представленная ниже представляет собой сетку, где для каждого примитивного типа указаны типы, в которые их можно преобразовать, и способ преобразования. Буква N в таблице означает невозможность преобразования. Буква Y означает расширяющее преобразование, которое выполняется автоматически. Буква С означает сужающее преобразование, требующее явного приведения. Наконец, Y* означает автоматическое расширяющее преобразование, в процессе которого значение может потерять некоторые из наименее значимых разрядов. Это может произойти при преобразовании int или long во float или double. Типы с плавающей точкой имеют больший диапазон, чем целые типы, поэтому int или long можно представить посредством float или double. Однако типы с плавающей точкой являются приближенными числами и не всегда могут содержать так много значащих разрядов в мантиссе, как целые типы.

Автоматическое расширение типов в выражениях

Так же стоит еще раз упомянуть об автоматическом повышении (расширении) типов в выражениях. Мы с этим уже сталкивались когда рассматривали целочисленные типы данных и операции над ними, но все же стоит и тут напомнить, чтобы усвоилось еще лучше и к тому же это имеет непосредственное отношение к данной теме. В примере ниже знак @ означает любой допустимый оператор, например +, –, *, / и т.п.

То есть, все целочисленные литералы в выражениях, а так же типы byte, short и char расширяются до int . Если, как описано выше, в выражении не присутствуют другие, более большие типы данных (long, float или double). Поэтому приведенный выше пример вызовет ошибку компиляции, так как переменная c имеет тип byte, а выражение b+1, в результате автоматического повышения имеет тип int.

Неявное приведение типов в выражениях совмещенного присваивания

Хоть данный раздел и относится к неявному преобразованию (приведению) типов, его объяснение мы привели тут, поскольку в данном случае так же работает и автоматическое расширение типов в выражениях, а затем уже неявное приведение типов. Вот такой кордебалет. Пример ниже я думаю все разъяснит. Так же как и в предыдущем объяснении знак @ означает любой допустимый оператор, например +, –, *, / и т.п.

Это стоит пояснить на простом примере:

byte b2 = 50 ;
b2 = b2 * 2 ; // не скомпилируется
b2 *= 2 ; //скомпилируется, хотя и равнозначна b2 = b2 * 2

Вторя строка, приведенная в примере не скомпилируется из-за автоматического расширения типов в выражениях, так как выражение b2*2 имеет тип int, так как происходит автоматическое расширение типа (целочисленные литералы в выражении всегда int). Третья же строка спокойно скомпилируется, так как в ней сработает неявное приведение типов в совмещенном выражении присваивания.

Boxing/unboxing – преобразование примитивных типов в объекты обертки

Boxing и unboxin – это тоже достаточно большая тема, но она достаточно простая.

По существу boxing и unboxing это преобразование примитивных типов в объекты обертки и обратно .

Для объектов оберток примитивных типов применимо все что было сказано выше.

Об классах обертках упоминалось в таблицах, при разборе каждого из примитивных типов. Но тогда это было лишь упоминание в таблице.

Так вот, для каждого примитивного типа есть его старший брат, и он совсем не примитивный, а является настоящим классом, с полями и методами. И для каждой такой парочки возможно автоматическое преобразование.

Обычно, если в программе есть много математических вычислений, то лучше пользоваться примитивными типами, так как это быстрее и экономнее с точки зрения ресурсов, но иногда бывает необходимость преобразовать примитивный тип в объект.

Приведу простой пример:

int i3 ;
byte b2 = 3 ;
Byte myB ;
myB = b2 ;
myB ++;
b2 = myB ;
i3 = myB ;

Если пока не понятно зачем это нужно, то это не страшно, просто завяжите узелок на память.

Преобразование типов в Java

Преобразование типов — это тема, которая может показаться сложной начинающим программировать на Java. Однако, заверим Вас, на самом деле всё просто. Главное понять по каким законам происходит взаимодействие между переменными и помнить об этом при написании программ. Итак, давайте разбираться.

В Java существует 2 типа преобразований — картинка Вам в помощь:

Напомним, что вся «Вселенная Java» состоит из:

• примитивных типов (byte, short, int, long, char, float, double, boolean)
• объектов

В данной статье мы:

• рассмотрим преобразование типов для примитивных типов переменных
• преобразование объектов (String, Scanner и др.) в этой статье не рассматривается, поскольку с объектами происходит отдельная «магия» — это тема для отдельной статьи.

Автоматическое преобразование

Ну, что ж, давайте попробуем разобраться что такое «автоматическое преобразование».

Помните, когда мы рассматривали типы переменных (в статье «Переменные в Java. Создание переменной»), мы говорили, что переменная — это некоторый «контейнер» , в котором может храниться значение для дальнейшего использования в программе. Также мы говорили о том, что каждый тип переменной имеет свой диапазон допустимых значений и объем занимаемой памяти. Вот она табличка, где это все было расписано:

Так вот, к чему мы, собственно говоря, клоним. К тому, что совсем не просто так Вам давались диапазоны допустимых значений и объем занимаемой памяти ��

Давайте, сравним, например:

1. byte и short. byte имеет меньший диапазон допустимых значений, чем short. То есть byte это как бы коробочка поменьше, а short — это коробочка побольше. И значит, мы можем byte вложить в short.

2. byte и int . byte имеет меньший диапазон допустимых значений, чем int. То есть byte это как бы коробочка поменьше, а int — это коробочка побольше. И значит, мы можем byte вложить в int.

3. int и long. int имеет меньший диапазон допустимых значений, чем long. То есть int это как бы коробочка поменьше, а long — это коробочка побольше. И значит, мы можем int вложить в long.

Это и есть пример автоматического преобразования. Это можно схематически изобразить в виде вот такой картинки:

Давайте рассмотрим как это работает на практике.

Пример №1

Код №1 — если Вы запустите это код на своем компьютере, в консоли будет выведено число 15