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在 Java 中将 int 转换成 short

984 2024-05-06 22:35:00

1. 概述

使用 Java 时，我们经常会遇到需要转换数据类型以适应特定需求的场景。一种常见的转换是从 int 转换成 short。

本教程中，我们将探讨如何将 int 转换为 short，以及需要注意的潜在陷阱。

2. 问题介绍

Java 提供了几种基本数据类型来存储数值，每种类型都有其范围和精度。例如，int 数据类型是一个 32 位有符号整数，其值范围从 -2 ^ 31 到 2 ^ 31 – 1。另一方面，short 数据类型是一个 16 位有符号整数，可容纳 -2 ^ 15 到 2 ^ 15 – 1 之间的值。

由于 int 的范围比 short 的范围更广，将 int 转换为 short 可能会有潜在的陷阱，我们将在下面的部分中详细讨论。

接下来，让我们探讨一下在 Java 中将 int 转换为 short。

3. 将 int 强制转换成 short

将 int 转换为 short 最简单的方法是强制转换。一个例子可以清楚地说明它是如何工作的：

short expected = 42;
int i = 42;
short result = (short) i;
assertEquals(expected, result);

在 Java 中，整数有两种类型：基元 int 和 Integer。接下来，让我们看看如何将 Integer 实例转换为 short。

4. 使用 Integer.shortValue() 方法

Integer 类提供了 shortValue() 方法。顾名思义，shortValue() 用于将给定的 Integer 转换成 short 值：

short expected = 42;
Integer intObj = 42;
short result = intObj.shortValue();
assertEquals(expected, result);

然而，如果我们看看 shortValue() 方法的实现，就会发现它在内部将 Integer 值强制转换为 short 值：

public short shortValue() {
    return (short)value;
}

我们已经注意到，在 Java 中，int 范围大于 short。因此，我们可能会想：如果给定的整数超过了 short 范围，会发生什么？接下来，让我们详细研究一下这一点。

5. 潜在的陷阱

将一个值超过 short 范围的整数强制转换，可能会产生“意外”的结果。接下来，让我们检查几个转换示例：

int oneMillion = 1_000_000;
short result = (short) oneMillion;
assertEquals(16960, result);

本例中，整数值为一百万，超过了 short 的最大值(32767)。强制转换后，它变成了 16960 的 short 值。

此外，如果我们将整数更改为 200 万，我们甚至会得到一个负数(-31616)：

int twoMillion = 2_000_000;
result = (short) twoMillion;
assertEquals(-31616, result);

接下来，我们将探讨为什么会出现这些意外的数值。

为了解决这个问题，让我们首先了解在 Java 中，short 是如何表示为二进制数的。

5.1. short: 16 位有符号整数

我们已了解到，short 在 Java 中是一个 16 位有符号整数。最高有效位(MSB)表示整数的符号：0 表示正数，1 表示负数。例如，short 值 42 以这种方式存储：

short 42:
    00000000 00101010
    ^
    MSB

按照这个规则，有些人可能会认为 -42 可以表示为 “10000000 00101010”。然而，事实并非如此：

short -42:
    11111111 11010110
    ^
    MSB

这是因为 Java 使用 2 的补码来表示负数。简单地说，在二的补码计算中，有两个步骤：首先，将每个位反转，然后将反转的二进制数加一。

接下来，让我们了解一下为什么 -42 可以表示为“1111111111010110”：

Binary          : 11111111 11010110 (MSB: 1 -> Negative)
Invert bits     : 00000000 00101001
+ 1             : 00000000 00101010
Decimal         : 42
Result          : -42

现在我们知道了 short 是如何存储的，让我们了解一下如果我们将 int 强制转换为 short 会发生什么。

5.2. 强制转换的工作原理

在 Java 中，int 是一个 32 位有符号整数，比 short 多提供 16 位。因此，当我们将 int 强制转换为 short 时，int 的 16 个高阶位会被截断。

一个例子可以很快阐明这一点。让我们看看当我们将 int 值 42 强制转换为 short 时它是如何工作的：

42 (int)      : 00000000 00000000 00000000 00101010
cast to short :                   00000000 00101010
Result        : 42

现在，我们可以理解为什么当我们将一百万的整数转换为 short 时会得到“意外”的结果。由于 short 的范围比 int 窄，因此在强制转换过程中会丢弃超过 short 容量的高阶位，从而在产生的 short 中产生意外值：

1 million (int)  : 00000000 00001111 01000010 01000000
Cast to short    :                   01000010 01000000
Decimal          :                   16960

在“强制转换两百万的整数”示例中，我们得到了一个负数，因为截断高阶位后 MSB 为 1：

2 million (int)  : 00000000 00011110 10000100 10000000
Cast to short    :                   10000100 10000000
MSB: 1 -> Negative
Invert bits      :                   01111011 01111111
+ 1              :                   01111011 10000000 
Decimal          :                   31616
Result           :                   -31616

5.3. 创建 intToShort() 函数

将 int 强制转换为 short 时必须谨慎，因为如果 int 值超出 short 的范围，可能会导致数据丢失或意外行为。我们应该始终在强制转换之前，检查 int 值是否在 Short.MIN_VALUE 和 Short.MAX_VALUE 之间：

short intToShort(int i) {
    if (i < Short.MIN_VALUE || i > Short.MAX_VALUE) {
        throw new IllegalArgumentException("Int is out of short range");
    }
    return (short) i;
}

然后，当输入整数超出 short 的范围时，它抛出一个异常：

short expected = 42;
int int42 = 42;
assertEquals(expected, intToShort(int42));
 
int oneMillion = 1_000_000;
assertThrows(IllegalArgumentException.class, () -> intToShort(oneMillion));

6. 结论

本文中，我们探讨了如何在 Java 中将 int 转换为 short，并讨论了转换一个值超出 short 范围的 int 时可能存在的陷阱。

 

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