【Java SE 基础学习打卡】03 计算机中数据的表示、存储与处理

前言

刚开始学编程的小伙伴，可能会疑惑：“我写的代码里有数字、字母，电脑是怎么存这些东西的呀？” 其实电脑很 “笨”，它只认 0 和 1 这两个数字！这一节咱们就用大白话，聊聊电脑里的数据是咋用 0 和 1 表示的、存在哪儿，还有不同数字形式咋转换，最后再说说文字是咋变成电脑能认的 “密码” 的 —— 这些知识，以后写代码处理数据时肯定用得上。

一、数据的表示：搞懂电脑 “认数据” 的规则

1.1 先分清：数据和信息不是一回事

咱们平时总说 “数据”“信息”，其实它们俩不一样：

• 数据：就是没经过处理的 “原材料”，比如一串数字 “100”、一个字母 “A”，单独看不知道啥意思；

• 信息：是数据经过处理后有意义的结果，比如 “考试成绩 100 分”，这就知道是考得好啦。

在电脑里，数据和信息的界限有时很模糊 —— 比如你写代码时定义的变量 “score=95”，对电脑来说是数据，但对你来说就是 “分数 95” 这个信息。不用纠结太细，知道 “电脑先存数据，再处理成你能懂的信息” 就行。

1.2 关键知识点：电脑只认二进制（0 和 1）

为啥电脑只认 0 和 1？其实是因为电脑硬件的 “特性”—— 比如电路要么通电（用 1 表示）、要么断电（用 0 表示），用 0 和 1 最容易实现。这个规则是冯・诺依曼提出来的（不过最早想出二进制的是德国数学家莱布尼茨）。

简单说：电脑里所有东西，不管是数字、字母，还是图片、代码，最终都会变成一串 0 和 1 来存储和处理。比如你在代码里写的数字 “5”，电脑里其实是 “101”；字母 “A”，也会变成特定的 0 和 1 组合。

1.3 别搞混：数据的单位有哪些？

咱们说 “电脑内存 8G”“硬盘 512G”，这些 “G”“M” 就是数据单位。就像买水用 “升”、买米用 “斤”，电脑存数据也有自己的 “计量单位”，重点记这几个常用的：

单位	说明	换算关系
位（Bit）	电脑最小的数据单位，只有 0 或 1 两种状态	-
字节（Byte）	电脑存数据、传数据的基本单位	1Byte = 8Bit
千字节（KB）	存小文件（比如简单的代码文件）常用	1KB= 1024Byte
兆字节（MB）	存中等文件（比如图片、编程软件安装包）	1MB=1024KB
吉字节（GB）	描述内存、硬盘容量常用	1GB=1024MB
太字节（TB）	大硬盘、服务器存储常用	1TB=1024GB

这里要注意：数据单位是按 “1024 倍” 换算的，不是 10 倍哦！比如 1GB 不是 1000MB，而是 1024MB。

还有个词叫字长，简单说就是 CPU 一次能处理的二进制位数。比如 64 位 CPU，一次能处理 64 个 0 或 1 —— 字长越长，CPU 处理数据的速度越快，能算的数也越大。

二、数据的存储：知道数据 “放哪儿” 才不丢

2.1 数据存在哪儿？分 “临时存” 和 “长期存”

你写的代码、处理的文件，在电脑里存的地方不一样，主要分两种：

• 内存（RAM，临时存储）：相当于电脑的 “临时工作台”—— 你打开编程软件、运行代码时，数据会临时存在这里，方便 CPU 快速调取。缺点是 “一断电就没”：比如你写代码没保存就突然关机，内存里的代码就丢了，所以一定要记得随时保存！

• 外存（长期存储）：相当于电脑的 “储物柜”—— 你保存的代码文件、安装的软件，都会存在这里，就算关了电脑也不会丢。常见的外存有：固态硬盘（SSD，速度快，推荐）、机械硬盘（HDD，价格便宜）、U 盘、光盘这些。

简单总结：运行中的数据放内存，要长期保存的放外存—— 以后写代码时，“保存文件” 就是把内存里的临时数据，转到外存里长期存着。

2.2 存储的核心逻辑

数据在电脑里存储时，不管是内存还是外存，最终都会以二进制的形式排列。比如一个字节（8 位）的空间，能存储从 “00000000” 到 “11111111” 的二进制数据，对应十进制就是 0 到 255—— 这也是为啥早期 ASCII 码能表示 128 个字符（用 7 位二进制），因为 1 个字节的空间完全够用。

三、数据的处理：搞懂 “进制” 和 “转换” 不懵圈

3.1 先懂 “进制”：电脑和咱们的 “数字语言” 差异

咱们平时用的是 “十进制”（0-9，逢 10 进 1），但电脑用 “二进制”（0-1，逢 2 进 1）。有时候还会用到 “八进制”“十六进制”（比如写代码时表示颜色、内存地址），咱们不用学太复杂，先认清楚这几种进制的基本规则：

进制类型	数字范围	进位规则	代码中常用标识（可选）
二进制	0、1	逢 2 进 1	无（默认根据上下文判断）
十进制	0-9	逢 10 进 1	无（日常默认）
八进制	0-7	逢 8 进 1	数字前加 “0”，如 012
十六进制	0-9、A-F（A=10）	逢 16 进 1	数字前加 “0x”，如 0x1A

给大家列几个常用的对应关系，记不住也没关系，知道有这个对应就行：

二进制	十进制	八进制	十六进制
0	0	0	0
1	1	1	1
10	2	2	2
11	3	3	3
100	4	4	4
101	5	5	5
1111	15	17	F
10000	16	20	10

3.2 进制转换：重点学 “二进制与十进制互转”

咱们不用强迫自己手动算复杂的转换（以后写代码时电脑会自动处理），但得懂基本方法，遇到简单情况能反应过来：

（1）二进制转十进制：按权展开求和

举个例子：把二进制 “11001” 转成十进制。

• 第一步：给二进制的每一位标上 “权”（从右往左，从 0 开始数）：二进制数字：1（第 4 位）、1（第 3 位）、0（第 2 位）、0（第 1 位）、1（第 0 位）。

• 第二步：算 “每一位数字 × 2 的权次方”，然后把结果加起来：$1\times 2^4+1\times 2^3+0\times 2^2+0\times 2^1+1\times 2^0=25$。

• 结论：二进制 “11001” 对应的十进制就是 25。

（2）十进制转二进制：除 2 取余，逆序排列

举个例子：把十进制 “53” 转成二进制。

• 第一步：用 53 不断除以 2，把每次的余数记下来（直到商为 0）：

  • $\sqrt[2]{53}=\mathrm{26...1}$（用 2 除 53 得 26 余 1）

  • $\sqrt[2]{26}=\mathrm{13...0}$（再用 2 除 26 得 13 余 0）

  • $\sqrt[2]{13}=\mathrm{6...1}$（用 2 除 13 得 6 余 1）

  • $\sqrt[2]{6}=\mathrm{3...0}$（用 2 除 6 得 3 余 0）

  • $\sqrt[2]{3}=\mathrm{1...1}$（用 2 除 3 得 1 余 1）

  • $\sqrt[2]{1}=\mathrm{0...1}$（用 2 除 1 得 0 余 1）

• 第二步：把余数从后往前排（逆序）：1 1 0 1 0 1

• 结论：十进制 “53” 对应的二进制就是 “110101”。

四、字符编码：让电脑 “读懂” 文字的关键

4.1 文字咋存？靠 “字符编码” 当 “翻译官”

咱们写代码时会用到字母、汉字，比如变量名 “student”、注释 “这是成绩变量”，这些文字电脑咋用 0 和 1 表示呢？靠的是 “字符编码”—— 相当于给每个文字编一个 “数字密码”，电脑存储时存这个密码（再转成二进制），显示时再把密码转成文字，就像 “翻译官” 一样。

4.2 常见的字符编码：重点记 UTF-8

有三种常见的编码，咱们不用深入研究原理，重点记清楚 “为啥编程要选 UTF-8”：

• ASCII 码：最早的编码，只支持英文字母、数字和标点（比如 “A” 对应 65，“a” 对应 97），但完全不支持中文 —— 现在基本只在老系统里用。

• Unicode：为了解决 “多语言显示问题”，把中文、英文、日文等全世界的文字都编了码（比如 “中” 对应 65533），但缺点是存储时占空间大（一个字符要 2-4 个字节）。

• UTF-8：最常用的编码！基于 Unicode，但能 “按需分配空间”—— 英文字符用 1 个字节（和 ASCII 码兼容），中文字符用 3 个字节，既省空间又能支持所有语言。

4.3 编程必看：为啥一定要用 UTF-8？

新手写代码常遇到 “乱码” 问题（比如中文注释显示成一堆问号），大多是因为编码没设对。以后不管用 IDEA、VS Code 还是其他编程软件，新建文件或项目时，一定要把编码格式设为 UTF-8—— 这样不管在自己电脑还是别人电脑上运行代码，文字都能正常显示，不会出现乱码。

总结

学完这一节，你只要记住 5 个关键点：

1. 电脑只认二进制（0 和 1），所有数据最终都会转成二进制；

2. 数据单位按 1024 倍换算，内存临时存、外存长期存，写代码要随时保存；

3. 二进制和十进制有固定转换方法，电脑会自动处理，不用手动算复杂数值；

4. 文字靠字符编码存储，编程时一定要把编码设为 UTF-8，避免乱码；

5. 这些知识是以后处理数据、解决 bug 的基础，不用一次全背会，用到时回头看就行。