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
| 类型 | 符号 | 占用空间 | 最小值 | 最大值 | 默认值 |
|---|---|---|---|---|---|
| 整数 | byte |
1 字节 | $-2^7$ ($-128$) | $2^7 - 1$ ($127$) | $0$ |
short |
2 字节 | $-2^{15}$ | $2^{15} - 1$ | $0$ | |
int |
4 字节 | $-2^{31}$ | $2^{31} - 1$ | $0$ | |
long |
8 字节 | $-2^{63}$ | $2^{63} - 1$ | $0$ | |
| 浮点数 | float |
4 字节 | $1.175 \times 10^{-38}$ | $3.403 \times 10^{38}$ | $0.0\text{f}$ |
double |
8 字节 | $2.225 \times 10^{-308}$ | $1.798 \times 10^{308}$ | $0.0$ | |
| 字符 | char |
2 字节 | $0$ | $2^{16} - 1$ | $0$ |
| 布尔 | bool |
1 字节 | $\text{false}$ | $\text{true}$ | $\text{false}$ |
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: 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)
```
=== "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];
```
=== "Kotlin"
```kotlin title=""
// 使用多种基本数据类型来初始化数组
val numbers = IntArray(5)
val decinals = FloatArray(5)
val characters = CharArray(5)
val bools = BooleanArray(5)
```
=== "Ruby"
```ruby title=""
# Ruby 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)]
```
=== "Zig"
```zig title=""
```
可视化运行
https://pythontutor.com/render.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%B1%BB%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%90%8E%E7%BB%A7%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E4%BD%BF%E7%94%A8%E5%A4%9A%E7%A7%8D%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E6%95%B0%E6%8D%AE%E7%B1%BB%E5%9E%8B%E6%9D%A5%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20numbers%20%3D%20%5B0%5D%20%205%0A%20%20%20%20decimals%20%3D%20%5B0.0%5D%20%205%0A%20%20%20%20%23%20Python%20%E7%9A%84%E5%AD%97%E7%AC%A6%E5%AE%9E%E9%99%85%E4%B8%8A%E6%98%AF%E9%95%BF%E5%BA%A6%E4%B8%BA%201%20%E7%9A%84%E5%AD%97%E7%AC%A6%E4%B8%B2%0A%20%20%20%20characters%20%3D%20%5B'0'%5D%20%205%0A%20%20%20%20bools%20%3D%20%5BFalse%5D%20%205%0A%20%20%20%20%23%20Python%20%E7%9A%84%E5%88%97%E8%A1%A8%E5%8F%AF%E4%BB%A5%E8%87%AA%E7%94%B1%E5%AD%98%E5%82%A8%E5%90%84%E7%A7%8D%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E6%95%B0%E6%8D%AE%E7%B1%BB%E5%9E%8B%E5%92%8C%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%20%20%20%20data%20%3D%20%5B0,%200.0,%20'a',%20False,%20ListNode%280%29%5D&cumulative=false&curInstr=12&heapPrimitives=nevernest&mode=display&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false