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2.2.1 Primitive Javatypen

(Lizenz)

Ganzzahlige Datentypen

Ganzzahlige Datentypen
Datentyp Bits Wertebereich Wertebereiche Konstante min. Konstante max.
byte 8=1 byte -27 bis 27-1 -128 bis +127

Byte.MIN_VALUE

Byte.MAX_VALUE

short 16=2 byte -215 bis 215-1 -32768 bis +32767

Short.MIN_VALUE

Short.MAX_VALUE

char 16=2 byte 0 bis 216-1 0 bis +65535 (Sonderfall!)

Character.MIN_VALUE

Character.MAX_VALUE

int 32=4 byte -231bis 231-1 -2147483648 bis +2147483647

Integer.MIN_VALUE

Integer.MAX_VALUE

long 64=8 byte -263 bis 263-1 −9,223,372,036,854,775,808 to +9,223,372,036,854,775,807

Long.MIN_VALUE

Long.MAX_VALUE

Die maximalen und minimalen Werte der Ganzzahltypen ergeben sich aus der Anzahl der Bits und der internen binären Präsentation. Dies ist am Beispiel des 8-Bit Typen Byte aufgeführt:

Java verwendet für die Darstellung negativer Ganzzahlen das Zweierkomplement. Der Vorteil des Zweierkomplement besteht in der einfacheren Implementierung von Arithmetikeinheiten in Prozessoren. Durch das Zweierkomplement kann das Vorzeichenbit bei Additionen und Subtraktion wie ein regulärers Bit des Wertebereichs behandelt werden.

Dies kann man gut am Beispiel der Zahl -1 erkennen. Addiert man zur Zahl -1 (Binärdarstellung 11111111) eine 1 (Binärdarstellung 00000001) so ergibt durch den Übertrag eine 0 (Binärdarstellung 00000000).

Das Applet zur Rechten ist in der Lage alle Ganzzahltypen in die Binärdarstellung umzuwandeln.

Das Vorzeichenbit wird in Rot dargestellt. Bei allen Typen die mehr als 16 Bit erfordern wird die Ausgabe nach 16 Bit umgebrochen. Das Bit mit der höchsten Ordnung wird zuerst ausgegeben. Das Bit mit der niedrigsten Ordnung wird am Ende ausgegeben.

Hinweis

Der Typ char ist ein Zahlentyp. Man muss jedoch genau ein beliebiges Zeichen (Buchstabe) im Eingabefenster eingeben. Der Typ char unterscheidet sich vom Typ short in der Benutzereingabe und im Wertebereich.

 

Quellcode des Applets und Anleitung zum Starten als Javaprogramm von der Konsole.

Fließkomma-Standarddatentypen

Die Zahlendarstellung der Fließkommazahlen geschieht nach der Norm IEEE 754 getrennt nach Bits für Vorzeichen (V), Mantisse und Exponent mit unterschiedlicherAnzahl von Bits abhängig vom Typ nach der Regel:

z= (-1)V*Mantisse*2Exponent

Fließkomma-Standarddatentypen
Datentyp Bits V
(bits)
Mantisse
(bits)
Exponent
(bits)
Zahlenbereich Dezimalstellen in Mantisse
float 32=4 Byte 1 23 8 ≈-3.4*1038 bis +3,4*1038 7
double 64=8 Byte 1 52 11 ≈-1.7*10308 bis +1.7*10308 15

Die Minimal- und Maximalwerte als Konstanten können über die Attribute MIN_VALUE und MAX_VALUE der Klassen Float und Double abgerufen werden.

Die Berechnung der dezimalen Werte ist für den menschlichen Betrachter nicht so einfach wie die Umwandlung von Ganzzahlen.

  • Der Exponent ist um 127 verschoben um auch negative Zahlen darstellen zu können.
  • Bei der Mantisse wurde im Diagramm eine symbolische (rote) Eins eingefügt, die nicht Teil der 32 Bit Muster ist. Jede Mantisse muss mit einer führenden 1 beginnen damit sie normalisiert ist. Da dieser Wert immer konstant ist muss man ihn nicht extra im 32 bit Wort speichern.

Der IEEE 754 Standard ist recht anschaulich in Wikipedia beschrieben.

Eine 32 Bit Fließkommazahl berechnet sich nach IEEE 754 wie folgt:

= (-1)Vorzeichen*2(Exponent-127)*Mantisse

Für den 32 Bit Typ float ergibt sich so nach dem Standard IEEE 754 das folgende Bitmuster für verschiedene Werte:

 

Das Applet zur Rechten ist in der Lage 32 Bit Fließkommazahlen in die Binärdarstellung umzuwandeln.

Die Knöpfe auf der rechten Seite erlauben die Eingabe von Extremwerten wie

  • NaN: Not a Number (z,Bsp das Ergebnis der Wurzel von -1
  • positiv, negativ unendlich
  • Größter Wert
  • Kleinster Wert der noch größer als Null ist

 

 

Quellcode des Applets und Anleitung zum Starten als Javaprogramm von der Konsole

Wahrheitswerte

Wahrheitswerte
Datentyp Bits Wertebereich Werte Konstante
boolean 8 wahr oder falsch true,false Boolean.FALSE, Boolean.TRUE

Zeichen

Java behandelt einzelne Zeichen intern als ganze Zahlen. Man kann auf den Typ char alle Operationen anwenden die auch für Zahlen erlaubt sind. Der wesentliche Unterschied zum Typ short besteht in der Eingabe und Ausgabe, sowie im Wertebereich. Hier werden lexikalische Zeichen ein- oder ausgegeben. 

Wichtiger Sonderfall: Der Typ char benutzt 16 Bit zum kodieren wie auch der Typ short. Die Wertebereiche unterscheiden sich jedoch. Der Typ char kodiert nur positive Werte. Im englischen wird ein solcher typ "unsigned" gennannt. Es ist ein Typ ohne Vorzeichenbit.

Zeichen
Datentyp Bits Wertebereich Werte  Kommentar 
char 16 UC='\u0000' bis '\uffff' 16 Bit Unicode 4.0 Basic Multilingual Plane (BMP)   "supplementary character" Unterstützung seit JDK 1.5

Comments

Speicherplatz für boolean

Wieso werden für den Datentyp boolean 8 Bits benötigt? Eigentlich würde doch 1 Bit ausreichen.

Sinnvolle Überlegung

Sie haben recht.
Alle Prozessoren auf denen man Java ausführen kann haben Registergrößen zum Rechnen von 32 oder 64 Bit.
Selbst alte oder einfache Prozessoren haben Registergrößen von 8 oder 16 Bit.
Das Laden und Speichern eines beliebigen Datums aus dem Speicher erfolgt auch immer in Blöcken die ein Vielfaches von 8 Bit (1 Byte) sind.
Die Prozessoren werden nicht effektiver wenn Sie auf kleineren Datenstrukturen arbeiten müssen.
Noch schlimmer:
Wenn man 8 Boolean in ein einzelnes Byte stecken würde, könnte es sein, dass an acht Stellen mit den acht Variablen gleichzeitig gearbeitet werden müsste. 7 Ausführungseinheiten müssten dann immer auf die achte warten die gerade das entsprechende Byte in ihrem Register bearbeitet.
Platzverschwendung: Boolean werden nicht so häufig wie andere Typen verwendet. Es macht bei den heutigen Hauptspeichergrößen für die meissten Anwendungen keinen Unterschied beim Hauptspeicherverbrauch.



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