Почему в Джаве байт имеет знаковый тип? Скажем, если прочитать из файла байт 249, то при печати увидим -7. Откуда минус?

Дело в том, что в Джаве тип byte и его старший брат Byte – знаковые.

Знаковые числа – те, что тратят первый бит на признак того, есть ли впереди минус. Например, число 3 в битовом виде записано так:

00000011

А с минусом – так:

10000011

Первый бит означает, что впереди минус. Если прочитать этот набор битов как беззнаковое число, то первый бит дает 128 (два в степени 8). Итоговое число становится 128 + 2 + 1 = 131.

Это как раз случай Джавы. Она смотрит на биты 10000011 как на знаковое число, поэтому первый бит нарисует минус, а оставшиеся 0000011 – тройку.

В интернете есть цитата Гослинга:

For me as a language designer, which I don’t really count myself as these days, what “simple” really ended up meaning was could I expect J. Random Developer to hold the spec in his head. That definition says that, for instance, Java isn’t – and in fact a lot of these languages end up with a lot of corner cases, things that nobody really understands. Quiz any C developer about unsigned, and pretty soon you discover that almost no C developers actually understand what goes on with unsigned, what unsigned arithmetic is. Things like that made C complex. The language part of Java is, I think, pretty simple. The libraries you have to look up.

Кому лень переводить: причина в том, чтобы сделать проще. В языках С и С++ есть знаковые и беззнаковые типы, и когда они выступают вместе, никто не знает, что произойдет. Да, в стандартах Си описаны правила, но легко ошибиться. Поэтому проще всего исключить беззнаковые числа.

Мое мнение таково: да, беззнаковые short, int, long лучше исключить. Пусть будут только знаковые. А вот с байтом вышла ошибка.

Беда в том, что в Джаве байт считается числом: тип Byte унаследован от Number. Я не согласен. Байт – это не число. Он никогда не интересует нас в качестве числа. Когда в последний раз вы прибавляли число к байту? Или умножали байт на байт? Вычитали их?

Байт – это группа битов, элемент алфавита из 256 символов. Да, ему можно сопоставить число для удобства, но не более того. Байт – это сырые данные, на которые можно смотреть по-разному в зависимости от контекста. Это может быть знаковое число или беззнаковое; это может быть несколько битовых групп, например, первые три – тип, а остальные пять – значение.

В байте может умещаться крошечное число с плавающей запятой! Бит на знак, три на экспоненту и четыре на мантису:

1 101 1010

Такие числа называются tiny float 8 и поддерживаются видеокартами.

Факт, что отрицательные байты никем не используются, очевиден. Скажем, IP-адрес – это четыре байта через точку, но никто не записывает 192.168.0.1 как -64.-88.0.1. Ни один hex-редактор не показывает отрицательные байты, не важно в hex- или decimal режимах.

Тот же Турбо Паскаль разделял байт и знаковое 8-битное число: типы Byte и ShortInt. Первый фигурирует, когда читаешь сеть или файл. Второе – это преобразование группы бит к конкретному типу.

На примере Джавы можно вспомнить цитату Эйнштейна: вещи должны быть простыми, но не проще этого. Идея избавиться от беззнаковых типов в целом хороша, но повлияла на работу с байтами. Байты не должны трактоваться как числа, а если это допустимо, то знака не должно быть. Мы ведь не считаем буквы от -16? Так что с байтами упрощение пошло во вред.

Это была последняя заметка о числах – других заметок на эту тему в черновиках у меня нет. Надеюсь, вам понравилось, и кто-то что-то для себя извлек. Напомню, что все заметки про числа легко найти по тегу #numbers.

← Числа №15. Об играх