Java 11 中角色的奇怪延迟投射行为

Question

有人可以解释一下我在下面说明的转换行为吗？

代码

char charo = (char) -1;
System.out.println(charo);
System.out.println((short) charo);
System.out.println((int) charo);

预期输出

?
-1
-1

实际输出

?
-1
65535

正如观察到的那样，当 -1 被转换为 char 并返回到 short 时，它会记住它是什么（即 -1），而当转换为 int 时它是 65535。我预计 charo 是 65535，因为在投射到 char 时下溢，因为 char 只包含正值。

我是否遗漏了某种懒惰的投射行为？引擎盖下发生了什么？

编辑 1：添加预期输出以说明我的误解

Answer 1

我找到原因了。事实证明，虽然看起来是这样，但并没有这样的行为。

charo 是 65535 的内幕。当它被转换为 short 时它仍然是 -1 不是因为它记得它是什么而是溢出的结果。

shorts 的最大值为 32767。65535 - 32767 = 32768。通过从 -32768 开始并包括 32768 步数，我们再次到达 -1。因此，它似乎记得它是什么，但事实并非如此。这都是引擎盖下的正常投射行为。

感谢 Johannes Kuhn 的评论。

Answer 2

int 值 -1 等同于 Two’s Complement 表示中的 0xFFFF_FFFF。将其转换为 char 时，您将切断高位，以 0xFFFF 或更确切地说 '\uFFFF'.

结尾

请务必记住，当您执行 System.out.println(charo); 时，您将以不同于其他打印语句的方法结束，因为 char 不仅具有不同的值范围比 short 或 int，但语义也不同。

当您将 0xFFFF 转换为 short 时，值不会改变，但 0xFFFF 在 16 位 Two’s Complement 表示中恰好是 -1 .另一方面，当您将其转换为 int 时，该值将零扩展为 0x0000_FFFF，等于 65535.

这是根据 short、char 和 int 数据类型来解释它的方式，但由于您还问了“幕后发生了什么？”，值得指出的是，这并不是 Java 实际工作的方式。

在Java中，所有涉及byte、short、char或int的算术都是使用int完成的。即使是任何这些类型的局部变量实际上都是 int 字节码级别的变量。事实上，这同样适用于 boolean 变量，但是 Java 语言不允许我们利用它进行算术运算。

所以代码

char charo = (char)-1;
System.out.println(charo);
System.out.println((short)charo);
System.out.println((int)charo);

实际上编译为与

相同

int charo = (char)-1;
System.out.println(charo); // but invoking println(char)
System.out.println((short)charo);
System.out.println(charo);

或

int charo = 0x0000_FFFF;
System.out.println(charo); // but invoking println(char)
System.out.println((short)charo);
System.out.println(charo);

A开头说的，第一个println结束在不同的方法，负责不同的语义。变量的 compile-time 类型仅在它使编译器 select 不同的方法时才重要。

当始终保持一个值的所有 32 位时，转换为 char 的效果是将高 16 位设置为零。所以 (char)-1 的结果是 0x0000_FFFF 并且这个操作甚至已经在 compile-time 完成了。所以第一条语句将常量0xFFFF赋给一个变量。

下一条语句调用 println(char) 方法。调用方不涉及任何转换。

另外两个调用在 println(int) 处结束，在这里，转换为 short 实际上是在修改值。它具有 sign-extending short 值到 int 值的效果，这意味着第 15 位被复制到高 16 位。所以对于 0x...._FFFF，第 15 位是 1，所以所有高位都设置为 1，最终在 0xFFFF_FFFF，这是 int 值 -1 当使用 Two’s Complement.

最后的结果和上面给出的第一个解释一致，推理出char、short、int的取值范围。对于很多场景，该级别的解释就足够了。但是您可能会注意到没有 println(short) 方法，因此要理解为什么 println(int) 足以打印 short（或 byte）值，有必要了解实际情况上。

Java 11 中角色的奇怪延迟投射行为

Weird Lazy Casting Behaviour for character in Java 11

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casting

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twos-complement