Java'da 32 bit bir integer memoryde slotlar halinde nasıl tutulur? Peki String nasıl tutulur? Ali kelimesi bellekte nasıl yer alır? Peki double nasıl tutulur? double ile tutabileceğim en yüksek ve en düşük sayılar nelerdir?

Java'da 32 bit bir integer memoryde slotlar halinde nasıl tutulur?

Java'da bir integer (veya int), 32 bit (4 byte) yer kaplar ve işaretsiz (unsigned) değil, işaretli (signed) bir tamsayıdır. Bu, sayının pozitif veya negatif olabileceği anlamına gelir. İşaretli integer'lar, işaret biti olarak bilinen ekstra bir bit kullanırlar. İşaret biti, sayının işaretini (pozitif veya negatif) belirler. Java'da int için kullanılan 32 bitin dağılımı şöyledir:

En önemli bit (MSB - Most Significant Bit): İşaret biti olarak kullanılır. Eğer bu bit 0 ise sayı pozitif, 1 ise negatif olarak kabul edilir.

Kalan 31 bit: Sayının mutlak değerini (magnitude) temsil eder.

Bu 32 bitlik yapıda, sayılar ikili (binary) formatta saklanır. Pozitif sayılar doğrudan ikili karşılıkları olarak saklanırken, negatif sayılar iki'nin tümleyeni (two's complement) yöntemiyle saklanır. İki'nin tümleyeni, bir sayının negatifini almak için, sayının tüm bitlerini tersine çevirip (0'lar 1 olur, 1'ler 0 olur) sonuca 1 eklemek demektir. Bu yöntem, toplama ve çıkarma işlemlerinin hem pozitif hem de negatif sayılar için aynı donanım işlemleriyle gerçekleştirilmesine olanak tanır.

Örneğin, 5 ve -5 sayılarının 32-bit ikili temsilleri şöyle olacaktır:

5'in ikili temsili: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101

-5'in ikili temsili (iki'nin tümleyeni): 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011

Java'da bir int veri tipinin bellekte nasıl saklandığı temel olarak budur. Her bir bit, belleğin bir "slot"u olarak düşünülebilir ve her bir int değeri, bu 32 bitlik yapı içerisinde saklanır.

Her bir slotun 1 byte olduğu yapılar var mıdır?

Evet, bazı durumlarda veriler bellekte byte cinsinden slotlar halinde saklanır. Bu, özellikle byte dizileri (byte[]), karakter dizileri ve diğer veri tipleri için geçerlidir. Her bir byte 8 bitlik bir veri birimidir ve bellekte tek bir slot olarak düşünülebilir. Ancak, Java'da int gibi 32 bitlik bir veri tipi söz konusu olduğunda, bu tip dört adet 8-bitlik byte'lık alan kaplar ve her bir byte bellekte ardışık bir slotu işgal eder.

Bir int'in her bir byte'ı ayrı ayrı ele alındığında, Java bellek modeli büyük endian (big-endian) veya küçük endian (little-endian) olabilir. Bu, bir sayının byte'larının bellekteki sıralamasını etkiler:

Büyük endian: En önemli byte (MSB), belleğin en düşük adresinde saklanır. Örneğin, 0x12345678 sayısı 0x12 0x34 0x56 0x78 olarak sıralanır.

Küçük endian: En az önemli byte (LSB), belleğin en düşük adresinde saklanır. Yani 0x12345678 sayısı 0x78 0x56 0x34 0x12 olarak sıralanır.

Java sanal makinesi (JVM) platforma bağlıdır, yani bir int'in bellekte nasıl saklandığı (büyük endian veya küçük endian) çalıştığı işletim sistemi ve işlemci mimarisine bağlıdır. Ancak, Java dili bu ayrıntıyı geliştiriciden gizler ve byte düzeyinde işlemler genellikle ByteBuffer gibi sınıflar aracılığıyla explicit olarak yönetilir.

Özetle, Java'da her bir slotun 1 byte olduğu yapılar vardır, örneğin byte dizileri. Ancak, int gibi 32 bitlik veri tipleri dört byte kaplar ve bu byte'lar, bellekte ardışık slotları işgal eder. Bellekteki byte sıralaması (endianness) platforma bağlıdır.

Yani Java'da bir integer ardıık 4 byte slotunda saklanır?

Evet, Java'da bir int veri tipi, 32 bitlik bir yapıdır ve bu 32 bit, bellekte ardışık dört byte olarak saklanır. Her bir byte, 8 bitlik bir veri birimidir, dolayısıyla bir int toplamda 4 byte yer kaplar. Bu byte'lar, belleğin ardışık slotlarında tutulur, ve bir int değerinin tamamını temsil ederler.

Bir int değerinin bellekte nasıl saklandığı (endianness) işlemci mimarisine bağlıdır:

Büyük endian (big-endian) sistemlerde, en önemli byte (en yüksek değere sahip byte) belleğin en düşük adresine yazılır.

Küçük endian (little-endian) sistemlerde ise en az önemli byte (en düşük değere sahip byte) belleğin en düşük adresine yazılır.

Java sanal makinesi (JVM) bu ayrıntıyı geliştiriciden gizler, bu yüzden Java programlama diliyle çalışırken byte sıralaması hakkında endişelenmenize gerek kalmaz. Ancak, ağ üzerinden veri iletişimi veya farklı sistemler arasında veri transferi gibi durumlarla uğraşırken, byte sıralamasının önemi ortaya çıkar. Bu tür durumlarda, Java'nın ByteBuffer sınıfı gibi araçları, byte sıralamasını açıkça yönetmenize olanak tanır.

Peki String nasıl tutulur?

Java'da bir String nesnesi, karakter dizilerini saklamak için kullanılır. Stringler, char dizileri olarak bellekte saklanır, ancak Java 5'ten itibaren karakter kodlaması UTF-16 kullanılarak yapılmaktadır. Bu, her karakterin genellikle 2 byte (16 bit) yer kapladığı anlamına gelir. Ancak, UTF-16, bazı Unicode karakterlerini temsil etmek için surrogate çiftleri kullanır, bu da bu karakterlerin 4 byte yer kapladığı anlamına gelir.

Bir String nesnesinin bellekte nasıl saklandığını daha ayrıntılı anlamak için, String nesnesinin kendisi ve içeriği arasındaki farkı bilmek önemlidir:

Nesne Başlığı (Object Header): Her Java nesnesi gibi, String nesnesi de bir nesne başlığına sahiptir. Bu başlık, nesnenin sınıfını, hash kodunu, kilitleme durumunu vb. gibi meta verileri içerir.

Karakter Dizisi (Character Array): String nesnesinin içeriği, aslında bir char dizisidir. Java 9'dan itibaren, bu char dizisi yerine byte dizisi ve bir kodlama şeması kullanılarak daha verimli bir hafıza kullanımı sağlanmıştır. Bu değişiklik, String nesnelerinin bellek kullanımını azaltmayı amaçlar. Karakterler UTF-16 kodlaması kullanılarak saklanır, ancak ASCII gibi daha basit karakter setleri için kullanılan karakterler sadece 1 byte yer kaplayabilir.

Ek Alanlar: String nesnesi ayrıca, dizinin uzunluğunu ve hash kodunu önbelleğe almak için ek alanlar içerebilir.

Stringler Java'da değiştirilemez (immutable) olduğundan, bir Stringe yapılan her değişiklik yeni bir String nesnesi oluşturur. Bu değiştirilemezlik, Stringlerin güvenli, verimli ve thread-safe (eş zamanlılık sorunları olmadan kullanılabilir) olmasını sağlar.

Özetlemek gerekirse, Java'da bir String nesnesi, karakterlerin bir byte dizisi olarak ve karakter kodlama şeması bilgisiyle birlikte saklandığı karmaşık bir yapıdır. Java 9 ve sonrasında yapılan optimizasyonlarla, Stringler daha az bellek kullanacak şekilde saklanır, bu da uygulamaların performansına olumlu etki eder.

Ali kelimesi bellekte nasıl yer alır?

"Ali" kelimesi Java'da bir String olarak temsil edildiğinde, bellekte birkaç bileşen içerecek şekilde saklanır. Java'nın kullanımına bağlı olarak (Java 9 öncesi ve sonrası değişiklikler dahil), String nesnesinin temsilinde bazı farklılıklar olabilir. Java 9'dan önce, String nesneleri karakter dizileri (char[]) olarak saklanırken, Java 9 ve sonrasında Stringler, byte dizileri (byte[]) ve bir kodlama bayrağı kullanılarak saklanmaya başlanmıştır. Bu açıklama, her iki durumu da genel hatlarıyla ele alacaktır.

Java 9 Öncesi

Nesne Başlığı: Her Java nesnesi gibi, String nesnesinin de JVM tarafından yönetilen ve nesnenin tipi, durumu ve diğer sistem bilgilerini içeren bir başlığı vardır.

Karakter Dizisi (char[]): Ali kelimesi, UTF-16 kodlamasında char dizisi olarak saklanır. Her char 2 byte yer kaplar. Böylece A, l, i karakterleri için toplam 6 byte yer kaplar.

Uzunluk: String nesnesi, dizinin uzunluğunu bir int olarak saklar. Ali için bu değer 3'tür.

Java 9 ve Sonrası

Java 9'dan itibaren, Stringler daha verimli bir şekilde saklanmak üzere tasarlanmıştır. Karakter dizisi artık bir byte[] olarak saklanır ve bir bayrak, kullanılan kodlamanın (Latin-1 veya UTF-16) ne olduğunu belirtir. Bu durumda:

Byte Dizisi (byte[]): Eğer Ali tamamen Latin-1 karakter setinde temsil edilebilecek karakterler içeriyorsa, her karakter 1 byte olarak saklanabilir. Ancak, genel olarak UTF-16 kodlaması kullanıldığında ve karakterlerin tamamı bu kodlama setinde olduğunda, her biri 2 byte yer kaplayacaktır.

Kodlama Bayrağı: Ali ASCII uyumlu olduğundan ve Latin-1 ile temsil edilebilen karakterler içerdiğinden, bu durumda 1 byte per karakter kullanılabilir. Ancak, genel kullanımda UTF-16'nın kullanımı nedeniyle 2 byte per karakter beklenir.

Bellekteki temsili şöyle olacaktır:

Nesne başlığı ve sistem için gerekli diğer meta veriler.

Karakterler için ayrılan byte dizisi (Java 9 ve sonrasında kodlama durumuna bağlı olarak ya 3 byte Latin-1 veya 6 byte UTF-16).

Dizinin uzunluğunu tutan bir alan.

Bu açıklama, bellekteki saklama mekanizmasının basitleştirilmiş bir özetidir. Gerçekte, String nesnelerinin bellek üzerindeki ayak izi JVM'nin iç yapısına, Garbage Collector'ün davranışına ve diğer JVM optimizasyonlarına bağlı olarak değişiklik gösterebilir.

Peki double nasıl tutulur?

Java'da bir double veri tipi, IEEE 754 standartlarına uygun olarak 64 bit (8 byte) olarak saklanır. Bu standard, kayan nokta sayılarının (floating-point numbers) bilgisayar belleğinde nasıl temsil edileceğini tanımlar. double veri tipi, gerçek sayıları temsil etmek için kullanılır ve geniş bir aralıkta sayıları kesinlikle (ancak tam olarak değil) temsil edebilir.

Bir double değerinin 64 bitlik yapısı şu şekilde bölünebilir:

Sign bit (1 bit): Sayının işaretini belirler. 0 pozitif sayıları, 1 ise negatif sayıları temsil eder.

Exponent (11 bit): Sayının üssünü (2 tabanında) temsil eder. Exponent değeri, önceden belirlenmiş bir "bias" değerine sahiptir (IEEE 754 standartında double için 1023). Gerçek üs değeri, exponent değerinden bias'ın çıkarılmasıyla hesaplanır.

Fraction (mantissa veya significand olarak da bilinir, 52 bit): Sayının anlamlı kısmını (mantissasını) temsil eder. Bu bölüm, 1.xxxxx... şeklinde bir sayıyı temsil eder, burada "1." sabittir ve genellikle gösterilmez (implicit).

Bu yapı, double veri tipinin hem çok büyük hem de çok küçük sayıları temsil edebilmesini sağlar. Ancak, kayan nokta aritmetiği tam olmadığı için, bazı kesirli sayılar double ile tam olarak temsil edilemez ve yaklaşık değerler kullanılır. Bu, özellikle finansal uygulamalar gibi kesinlik gerektiren durumlarda dikkate alınmalıdır.

double veri tipi, bilimsel ve mühendislik hesaplamalarında yaygın olarak kullanılır çünkü geniş bir değer aralığını ve yüksek hassasiyeti destekler. Ancak, bellekte 8 byte yer kapladığı için, çok büyük sayıda double değeri saklamak gerektiğinde bellek kullanımı önemli bir faktör haline gelebilir.

double ile tutabileceğim en yüksek ve en düşük sayılar nelerdir?

Java'da double veri tipi ile tutabileceğiniz en yüksek ve en düşük değerler, IEEE 754 kayan nokta sayıları standardına göre belirlenir. double veri tipi için, bu değerler sırasıyla Double.MAX_VALUE ve -Double.MAX_VALUE olarak tanımlanmıştır.

En Yüksek Değer (Double.MAX_VALUE): Bu, double ile temsil edilebilen en büyük pozitif sayıdır. Yaklaşık olarak 

1.7976931348623157×10  308

'dir.

En Düşük Değer (-Double.MAX_VALUE): Bu, double ile temsil edilebilen en küçük (en büyük negatif) sayıdır ve 

3

−1.7976931348623157×10  308

  olarak ifade edilir.

Bununla birlikte, double veri tipi ayrıca pozitif sonsuzluk (Double.POSITIVE_INFINITY), negatif sonsuzluk (Double.NEGATIVE_INFINITY) ve tanımsız değer (NaN, Not a Number) gibi özel değerleri de temsil edebilir. Bu özel değerler, hesaplamalarda özel durumları temsil etmek için kullanılır. Örneğin, bir sayının sıfıra bölünmesi durumunda sonsuzluk değerleri ortaya çıkabilir.

İşte bir double veri tipinin temsil edebileceği bazı özel değerler ve anlamları:

Pozitif Sonsuzluk (Double.POSITIVE_INFINITY): Sınırsız büyük pozitif değerleri temsil eder.

Negatif Sonsuzluk (Double.NEGATIVE_INFINITY): Sınırsız büyük negatif değerleri temsil eder.

NaN (Double.NaN): Tanımsız veya hesaplanamaz bir sonucu temsil eder.

Double.MIN_VALUE ise, 0'dan büyük double ile temsil edilebilen en küçük pozitif değeri belirtir ve yaklaşık olarak 

4.9×10−324

 'dır. Bu, en düşük değer değil, sıfıra en yakın pozitif değerdir.