第三章 Java基本程序设计结构

java java核心技术 卷I
SOFTWARE
发布日期:   2022-04-07
更新日期:   2022-05-12
文章字数:   4.2k
阅读时长:   16 分

第三章 Java基本程序设计结构

3.1 一个简单的Java应用程序

public class FirstSample
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println("We will not use 'Hello, World!"') ;
    }
}
  • Java区分大小写，main拼写成Main会报错；
  • 关键字public称为访问修饰符（第五章），用于控制程序的其他部分对这段代码的访问级别；
  • 关键字class表明Java程序中的全部内容都包含在类（第四章）中；类可以看做一个加载程序逻辑的容器，程序逻辑定义了应用程序的行为；
  • 关键字class后面紧跟类名。 Java中定义类名必须以字母开头，后面可以跟字母和数字的任意组合。长度基本上没有限制。但是不能使用Java保留字（例如，public或class) 作为类名；

标准的命名规范为（类名 FirstSample 就遵循了这个规范）：类名是以大写字母开头的名词。 如果名字由多个单词组成，每个单词的第一个字母都应该大写（这种在一个单词中间使用大写字母的方式称为骆驼命名法。

  • 源代码的文件名必须与公共类的名字相同，并用.java 作为扩展名。 因此，存储这段源代码的文件名必须为FirstSample.java；
  • 在编译成功之后会得到一个包含这个类字节码的文件：FirstSamlpe.class，并与源文件存储在同一目录下。然后运行这个程序：java FirstSample

运行已编译的程序时，Java 虚拟机将从指定类中的 main 方法开始执行（这里的“ 方法”就是C中所说的“ 函数”）， 因此为了代码能够执行， 在类的源文件中必须包含一个 main方法。（根据Java语言规范，main方法必须声明为public）

3.2 注释

三种：

  1. // 单行
  2. / /
  3. /* / 可以用来自动生成文档

3.3 数据类型

在Java中，一共有8中基本类型，其中有4种整型、2种浮点类型、1种用于表示Unicode编码的字符单元的字符类型char和1中用于表示真值的boolean类型。

3.3.1 整型

4种整型在通常情况下，int类型最常用。但如果表示星球上的居住人数，就需要使用long类型了。byte和short类型主要用于特定的应用场合，例如，底层的文件处理或者需要控制占用存储空间量的大数组。

长整型数值有一个后缀 L 或 1 ( 如 4000000000L)。 十六进制数值有一个前缀 0x 或 0X (如OxCAFEL 八进制有一个前缀 0 , 例如， 010 对应八进制中的 8。 很显然， 八进制表示法比较容易混淆， 所以建议最好不要使用八进制常数。 0b或0B可以写二进制数，比如0b1001就是9。

另外可以位数字字面量加下划线，如1_000_000表示一百万，来让人更易读。Java编译器会去除这些下划线。

3.3.2 浮点类型

2种浮点型

double 表示这种类型的数值精度是 float 类型的两倍（有人称之为双精度数值)。绝大部分应用程序都采用 double 类型。 double 表示这种类型的数值精度是 float 类型的两倍（有人称之为双精度数值)。绝大部分应用程序都采用 double 类型。

float 类型的数值有一个后缀 F 或 f (例如， 3.14F)。没有后缀 F 的浮点数值（如 3.14 ) 默认为 double 类型。当然，也可以在浮点数值后面添加后缀 D 或 d (例如，3.14D)。

是用于表示溢出和出错情况的三个特殊的浮点数值： 正无穷大、负无穷大、NaN（不是一个数字）。

3.3.3 char类型

char 类型用于表示字符。

char 类型的字面量值要用单引号括起来。 例如： W 是编码值为 65 所对应的字符常量。它与 “A” 不同，”A” 是包含一个字符 A 的字符串, char 类型的值可以表示为十六进制值，范围为\u0000-\uffff，\u是转义字符。

特殊字符的转义序列

3.3.4 boolean类型

boolean (布尔）类型有两个值：false 和 true, 用来判定逻辑条件 整型值和布尔值之间不能进行相互转换。

3.4 变量

在 Java 中， 每个变量都有一个类型 （type)。 在声明变量时， 变量的类型位于变量名之前。 

double salary;
int vacationDays;
long earthPopulation;
boolean done;

变量名必须是一个以字母开头并由字母或数字构成的序列。 变量名中所有的字符都是有意义的，并且大小写敏感。变量名的长度基本上没有限制。

3.4.1 变量初始化

声明一个变量之后，必须用赋值语句对变量进行显式初始化 。例如，Java编译器认为下面的语句是错误的：

int vacationDays;
System.out.println(vacationDays): // ERROR variable not initialized

初始化如下情况：

int a;
a = 1;

或

int a = 1;

在 Java 中可以将声明放在代码中的任何地方。例如，下列代码的书写形式在 Java中是完全合法的：

double salary = 65000.0;
System,out.println(salary);
int vacationDays = 12; // OK to declare a variable here

在Java中，变量的声明尽可能靠近变量第一次使用的地方，是一种良好的程序编写风格。

C和C++区分变量的声明（extern int i;）和定义（int i = 10;），Java不区分。

3.4.2 常量

在 Java 中， 利用关键字 final 指示常量。例如： 

final double A = 2.45;

关键字 final 表示这个变量只能被赋值一次。 一旦被赋值之后， 就不能够再更改了。习惯上, 常量名使用全大写。

在Java中，希望常量可以在一个类的多个方法中使用，这种常量称为类常量，用关键字static final设置：

public class test
{
    public static final double A = 2.45;
    public static void main(String[] args)
    {
        ...
    }
}

类常量的定义位于main方法的外部。所以在同一个类中的其它方法也可以使用这个常量。而且如果一个类常量被声明为public，那么其它类的方法也可以使用。

3.5 运算符

在 Java 中，使用算术运算符 +、-、 *、/ 表示加、减、 乘、 除运算。 当参与 / 运算的两个操作数都是整数时， 表示整数除法；否则， 表示浮点除法。 整数的求余操作（有时称为取模）用 ％ 表示。 例如， 15/2 等于7， 15%2 等于 1, 15.0/2 等于 7.5。

整数被 0 除将会产生一个异常， 而浮点数被 0 除将会得到无穷大或 NaN 结果。

3.5.1 数学函数与常量

在Math类中，包含了各种各样的数学函数方便调用。比如平方根Math.sqrt方法、求幂pow方法、三角函数（Math.sin、Math.cos、Math.tan、Math.atan、Math.atan2）以及以10为底的对数（Math.exp、Math.log、Math.log10），和两个用于表示π和e常量的近似值Math.PI、Math.E.

3.5.2 数值类型之间的转换

下图给出了数值类型之间的合法转换，其中实心箭头表示无信息丢失的转换；虚箭头表示可能有精度损失的转换。

两个不同类型的数值之间运算，需要转换为同一种类型：

  • 如果两个操作数中有一个是 double 类型， 另一个操作数就会转换为 double 类型。
  • 否则， 如果其中一个操作数是 float 类型， 另一个操作数将会转换为 float 类型。
  • 否则， 如果其中一个操作数是 long 类型， 另一个操作数将会转换为 long 类型。
  • 否则， 两个操作数都将被转换为 int 类型。

数值类型之间的合法转换

3.5.3 强制类型转换

即不合法的转换，会丢失精度。强制类型转换的语法格式是在圆括号中给出想要转换的目标类型，后面紧跟待转换的变量名。如：

double x = 9.997;
int nx = (int) x; // 这样nx=9，是通过截断小数部分将浮点值转换为整型

如果想对浮点数进行舍人运算， 以便得到最接近的整数（在很多情况下， 这种操作更有用）, 那就需要使用 Math.round 方法： 

double x = 9.997;
int nx = (int) Math.round(x);

3.5.4 结合赋值和运算符

例如：x+=4; 等价于 x=x+4；（还有*=或%=等）

如果运算符得到一个值，类型与左侧操作数不同，就会发生强制类型转换。

3.5.5 自增与自减运算符

包括“前缀”n++和“后缀”++n“两种形式。前缀形式会先完成加1；而后缀形式会使用变量原来的值。

int m = 7;
int n = 7;
int a = 2 * ++m; // now a is 16, m is 8
int b = 2 * n++; // now b is 14, n is 8

建议不要在表达式中使用++，这样的代码容易让人困惑，而且会有麻烦的bug

3.5.6 关系和boolean运算符

等于=、不等于!=、小于<、大于>、小于等于<=、大于等于>=

逻辑“与”&&、逻辑“或”||、逻辑非!

三元操作符?: ——condition ? expression1 : expression2；若条件为true ,则就为第一个表达式的值。

&& 和||运算符是按照“ 短路” 方式来求值的： 如果第一个操作数已经能够确定表达式的值，第二个操作数就不必计算了。

3.5.7 位运算符

处理整型类型时，可以直接对组成整型数值的各个位完成操作。

位运算符包括：&（“and”）、|（”or”）、^（“xor”）、~（”not”）

&和|不采用“短路”的方式来求值，即得到结果之前的两个操作数都需要计算。

另外，还有>>和<<运算符将位模式左移或右移。

int n = 1<<2; n="4" int m="1">>2; //m=0

3.5.8 括号与运算符级别

如果不使用圆括号， 就按照给出的运算符优先级次序进行计算。同一个级别的运算符按照从左到右的次序进行计算 （除了表中给出的右结合运算符外）。例如a&&b||c等价于（a&&b）||c

运算符优先级

续

3.5.9 枚举类型

枚举类型包括有限个命名的值。 例如：

enum Size {SMALL, MEDIUM, LARGE, EXTRA_LARGE};

现在，可以声明这种类型的变量：

Size s = Size.MEDIUM

Size 类型的变量只能存储这个类型声明中给定的某个枚举值， 或者 null 值，null 表示这个变量没有设置任何值。

枚举类型详细内容见第5章。

3.6 字符串

Java字符串就是Unicode字符序列。Java没有内置的字符串类型，而是在标准Java类库中提供了一个预定义类String。每个用双引号括起来的字符串都是String类的一个实例。

String a = "Hello";

3.6.1 子串

String 类的 substring 方法可以从一个较大的字符串提取出一个子串。 例如：

String greeting = "Hello";
String s = greeting.substring(0,3); // 创建了一个由字符"Hel"组成的字符串。

substring 方法的第二个参数是不想复制的第一个位置。 （0,3）即包括第0、1、2个字符。

3.6.2 拼接

Java语言允许使用+号连接两个字符串。

String expletive = "Expletive";
String PC13 = "deleted";
String message = expletive + PC13; //message = Expletivedeleted

当将一个字符串和一个非字符串的值进行拼接时，后者被转换成字符串。

int age = 13;
String rating = "PG" + age; //rating = PG13

这种特性常用于输出语句中，例如：

System.out.println("The answer is " + answer) ;

如果需要把多个字符串放在一起， 用一个定界符分隔，可以使用静态 join 方法： 

String all = String.join(" / ", "S", "M", "L", "XL");// all = S / M / L / XL

3.6.3 不可变字符串

由于不能修改 Java 字符串中的字符， 所以在 Java 文档中将 String 类对象称为不可变字符串，可以修改字符串变量 greeting， 让它引用另外一个字符串， 这就如同可以将存放 3 的数值变量改成存放 4 一样。

不可变字符串的优点：编译器可以让字符串共享。

3.6.4 检测字符串是否相等

用equals方法检测两个字符串是否相等。

s.equals(t);//字符串s与t相等，则返回true，否则返回false
"Hello".equals(greeting);//s与t也可以是字符串字面量
"Hello".equalsIgnoreCase("hel1o")//不区分大小写的比较

注：不能用==来判断字符串是否相等！

3.6.5 空串与Null串

空串是一个 Java 对象， 有自己的串长度（0 ) 和内容（空）。不过，String 变量还可以存放一个特殊的值， 名为null, 这表示目前没有任何对象与该变量关联（null更多信息见第四章）。要检查一个字符串是否为null，需要一下条件：

if (str == null)

3.6.6 码点和代码单元

Java 字符串由 char 值序列组成。 char 数据类型是一个采用 UTF-16 编码表示 Unicode 码点的代码单元。大多数的常用 Unicode 字符使用一个代码单元就可以表示，而辅助字符需要一对代码单元表示。

length 方法将返回采用 UTF-16 编码表示的给定字符串所需要的代码单元数量：

String greeting = "Hello";
int n = greeting.length():// is 5

要想得到实际的长度，即码点数量，可以调用： 

int cpCount = greeting.codePointCount(0, greeting.lengthQ);

3.7 输入输出

3.7.1 读取输入

要想通过控制台进行输人，首先需要构造一个 Scanner 对象，并与“ 标准输人流” System.in 关联。 

Scanner in = new Scanner(System.in);

（构造函数和new操作符在第4张介绍）

nextLine方法将输入一行。使用nextLine方法是因为在输入行中可能包含空格。要想读取一个单词（以空白符作为分隔符），就调用：

String firstName = in.next();

要想读取一个整数，就调用nextInt方法：

System.out.print("How old are you? ")；
int age = in.nextlnt();

Scanner类定义在java.util包中，所以要在程序开始添加上一行：import java.util.*;

从控制台读取密码，需要让输入不可见，引入Console类实现这个目的。

Console cons = System.console();
String username = cons.readLine("User name: ")；
char[] passwd = cons.readPassword("Password: ");

3.7.2 格式化输出

double x = 10000.0 / 3.0;
System.out.print(x); //打印3333.33333333335

可以用8个字符的宽度和小数点后两个字符的精度打印x。即打印输出一个空格和7个字符，即3333.33。是通过调用printf方法。

System.out.printf("%8.2f", x);

在printf中，可以使用多个参数，如：

System.out.printf("\n Hello, %s. Next year, you'll be %d", name, age) ;

每一个以 ％字符开始的格式说明符都用相应的参数替换。 格式说明符尾部的转换符将指示被格式化的数值类型：f 表示浮点数，s 表示字符串，d 表示十进制整数。

用于printf的转换符

另外，还可以给出控制格式化输出的各种标志。

用于printf的标志

3.7.3 文件输入与输出

对文件进行读取要一个用File对象构造一个Scanner对象：

Scanner in = new Scanner(Paths.get("myflle.txt") , "UTF-8") ;

对文件进行写入需要构造一个PrintWriter对象。在构造器中，只需要提供文件名：

PrintWriter out = new PrintWriter("myfile.txt", "UTF-8") ;

如果用一个不存在的文件构造一个 Scanner, 或者用一个不能被创建的文件名构造一个 PrintWriter，那么就会发生异常。Java 编译器认为这些异常比“ 被零除” 异常更严重。 应该告知编译器：已经知道有可能出现“输入/输出”异常。需要在main方法中用throws子句标记：

public static void main(String[] args) throws IOException
{
    Scanner in = new Scanner(Paths.get("myfi1e.txt"), "UTF-8") ;
    ...
}

3.8 控制流程

与任何程序设计语言一样， Java 使用条件语句和循环结构确定控制流程。

3.8.1 快作用域

块（即复合语句）是指由一对大括号括起来的若干条简单的 Java 语句。块确定了变量的作用域。一个块可以嵌套在另一个块中。 

public static void main(String[] args)
{
    int n;
    ...
    {
    int k;
    ...
      } // k is only defined up to here
}

不能在嵌套的两个块中声明同名的变量。

3.8.2 条件语句

格式： 

if (condition) statement;
if (condition) statement1 else statement2

3.8.3 循环

格式：

while (condition) statement;
do statement while (condition); //至少执行一次

3.8.4 确定循环

用程序将数字1-10打印出来：

for (int i = 1;i <= 10; i++) system.out.println(i); < code>

for语句的第1部分通常用于对计数器初始化；第2部分给出每次新一轮循环执行前要检测的循环条件；第3部分指示如何更新计数器。

3.8.5 多重选择：switch语句

例子：

Scanner in = new Scanner(System.in);
System.out.printC'Select an option (1, 2, 3, 4) ");
int choice = in.nextlnt();
switch (choice)
{
case 1:
break;
case 2:
break;
case 3:
break;
case 4:
break;
default:
// bad input
break;
}
文章作者: Mat Jenin
文章链接: http://matjenin.xyz
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