为什么Java会将`long`隐式转换（无需强制转换）为`float`？

Question

为什么Java会将`long`隐式转换（无需强制转换）为`float`？

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每次我认为自己已经理解了类型转换，就会发现另一种奇怪的行为。

long l = 123456789L;
float f = l;
System.out.println(f);  // outputs 1.23456792E8

考虑到long的比特深度大于float，我会认为需要显式转换才能使其编译通过。不出所料，我们看到结果失去了精度。

为什么这里不需要转换？

- Eric Wilson

4个回答

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同样的问题也可以问在从long到double 的转换中-这两种转换都可能会丢失信息。

Java语言规范第5.1.2节表示：

扩展原始类型转换不会丢失有关数字值总体大小的信息。实际上，从整数类型到另一个整数类型的扩展转换根本不会丢失任何信息；该数字值完全保留。在strictfp表达式中从float到 double的扩展转换也精确地保留了数字值；但是，不是strictfp的这种转换可能会丢失有关转换值总体大小的信息。
将int或long值转换为float，或将long值转换为double，可能会导致精度损失-即结果可能会失去一些最低有效位的值。在这种情况下，使用IEEE 754舍入到最近模式（§4.2.4）将得出正确四舍五入的浮点值。

换句话说，即使您可能会丢失信息，但仍然知道该值仍将在目标类型的总体范围内。

当然可以选择要求所有隐式转换不丢失任何信息-因此int 和long到float 将是显式的，而long 到double 将是显式的。（int 到 double 可以； double 具有足够的精度来准确表示所有 int 值。）

在某些情况下，这将非常有用-在某些情况下则不会。语言设计是一种妥协；你无法赢得全部胜利。我不确定我会做出什么决定...

- Jon Skeet

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是的，double类型具有52位小数位，这已经足够精确地表示32位整数了。 - starblue

补充一下，float 的最大值约为 3E38，而 int 在相同位数下的最大值为 2147483647。如果你将这个最大值传递给一个 int，然后打印它，再将它传递给一个 float 并再次打印它；两个值可能会不同，即“你可能会丢失信息”。long 大约是 9E18。 - Ced

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虽然长整型在内部使用的比浮点数更多位，但Java语言运作在扩展路径上：

byte -> short -> int -> long -> float -> double

从左到右进行转换（即扩展转换）时，不需要强制类型转换（这就是为什么允许将long转换为float的原因）。从右到左进行转换（即缩小转换）时则需要显式强制类型转换。

- Peter

这个回答实际上回答了问题。 - Humpity

5

我听说过这个。浮点数可以以指数形式存储，就像我们写的那样。'23500000000' 存储为 '2.35e10'。因此，浮点数有足够的空间来容纳长整型的值范围。以指数形式存储也是精度损失的原因。

- george

考虑到这个问题已经超过五年了，并且有几个得到赞同的答案，加上大量的讨论，似乎你应该解释一下你是如何提供新信息和/或其他答案不足的。 - Eric Wilson

3

其他答案似乎没有谈到为什么一个4字节的浮点数可以存储一个8字节的长整型的幅度，但会牺牲精度。这个答案也没有完全回答这个问题，但是增加了讨论。它可能更适合作为一条评论。要真正理解这是如何可能的，需要参考和理解IEEE浮点标准。 - crush

@crush 真是惊人的是，六年前（明天）一个毫无实际意义的问题今天还能引起兴趣。 - Eric Wilson

2

正如Jon Skeet所说，“这些是有损转换，可能会让开发人员感到惊讶”。这个问题今天仍然引起了开发人员的兴趣，因为它会让他们感到惊讶。 - crush

@crush 我的观点是，真正的答案是“这就是Java的做法。”这就是为什么我看到这里有活动感到惊讶。 - Eric Wilson

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可以查看英文原文，
原文链接

- cletus · Accepted Answer

《Java语言规范，第5章：转换和提升》（Java Language Specification, Chapter 5: Conversion and Promotion）讨论了这个问题：

5.1.2 拓宽原始类型转换

以下19种特定的原始类型转换称为拓宽原始类型转换：

byte 转成 short、int、long、float 或 double

short 转成 int、long、float 或 double

char 转成 int、long、float 或 double

int 转成 long、float 或 double

long 转成 float 或 double

float 转成 double

拓宽原始类型转换不会丢失有关数值总体大小的信息。

...

将 int 或 long 值转换为 float，或将 long 值转换为 double，可能会导致精度损失-也就是说，结果可能会丢失一些最低有效位的值。在这种情况下，生成的浮点值将是整数值的正确舍入版本。

换句话说，JLS 区分了数值总体大小的丢失和精度的丢失。

例如将 int 转成 byte 是（潜在的）数值总体大小的丢失，因为你不能将 500 存储在 byte 中。

将 long 转成 float 是潜在的精度损失但不是数值总体大小的丢失，因为浮点数的值范围大于 long 的值范围。

所以规则是：

数值总体大小的丢失：需要显式转换；
精度的丢失：不需要转换。

有点微妙？当然。但我希望这能解决问题。