Java核心技术 笔记——第3章
第3章 Java的基本程序设计结构
概述
- 简单Java程序
- 注释
- 数据类型
- 变量和常量
- 运算符
- 字符串
- 输入与输出
- 控制流程
- 大数
- 数组
一、 一个简单的Java程序
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
/* println方法输出后换行，print方法输出后不换行 */
System.out.println("Hello World!");
}
}
知识点：
第一行，public称为访问修饰符（access modifier），用于控制程序的访问级别。class称为类
，类是所有Java应用构建模块。
源代码的文件名必须与公共类的类名相同
Java虚拟机总是从指定类中的main方法开始执行，且main方法必须声明为public。
Java程序中main方法的声明格式：
public class ClassName {
public static void main(String[] args) {
//program statements
}
}
二、注释
注释分为三种：
- 单行注释：// ...
- 多行注释：/*... */
- 文档注释 /** ... */
// this is a single-line comment
/* this is a multi-line comment */
/**
* @date 2023/5/10 上午12:56
* @description
* this is a document comment
* @param
*/
注意
注释是不能够嵌套使用的
三、数据类型
Java是强类型语言。
补充
强类型语言即强制类型定义的语言，一旦某变量类型已经定义，那么如果不经强制转换，那么它永远都是该数据类型。例如：C++、Java
与之相反的弱类型语言则是某一个变量被定义类型，该变量可以根据环境变化自动进行转换，不需要经过强制转换。例如：JavaScript、PHP
Java中共有8中基本类型（primitive type），4中整型、2种浮点型、1中字符型char和一种用于表示真值的boolean类型。
相较于C++“见机行事”的基本数据类型大小，Java明确规定具体的大小：
| 类型名称 | 存储需求 | 取值范围 |
|---|---|---|
| int | 4字节 | -2 147 483 648到2 147 483 647（略高于20亿） |
| short | 2字节 | -32 768到32 767 |
| long | 8字节 | -9 223 372 036 854 775 808到9 223 372 036 854 775 807 |
| byte | 1字节 | -128到127 |
一般常用到int类型，其基本能够满足需求，byte和short类型主要运用在特定的应用环境下，比如：底层的文件处理或存储空间较小的数组中。
前文提到，Java中基本类型是固定的，所以很好解决了整型等基本数据类型溢出的问题，因为其数据类型范围与执行Java代码的机器无关。
补充
- 长整型拥有后缀L或l，例如：4000000000000L
- 十六进制数拥有前缀0x或0X，例如：0x1P-7
- 八进制数拥有前缀-1，例如：033（但是由于此表示方法易混淆，所以很少使用八进制数）
- 二进制数拥有前缀0b或0B，例如：0b10110101，还可以写成0b1011_0101（下画线仅帮助阅读，javac会去除这些下画线）
注意
Java并不存在无符号（unsigned）形式的数据类型
浮点型用于表示含有小数部分数值，Java中的浮点型有：
| 类型名称 | 存储需求 | 取值范围 |
|---|---|---|
| float | 4字节 | -3.40E+38到3.40E+38（6~8位有效数字） |
| double | 8字节 | -1.797 693E+308到1.797 693E308 （15位有效数字） |
在大多数情况下，float类型并不能够满足日常需求，所以在大多数情况下都是使用double类型。
补充
float类型具有后缀f或F，若没有此后缀默认为double类型
double类型具有后缀d或D，当然没有后缀也是可以的
特殊的字符和转义序列
| 转义序列 | 名称 |
|---|---|
| \b | 退格 |
| \t | 制表 |
| \n | 换行 |
| \r | 回车 |
| \f | 换页 |
| " | 双引号 |
| ' | 单引号 |
| \ | 反斜杠 |
| \s | 空格 |
| \newline | 只在文本块中使用：连接上一行和下一行 |
建议
由于在Java中，char类型描述为UTF-16编码的一个代码单元
所以强烈建议不要在程序中使用char类型，除非确实需要处理UTF-16代码单元，最好的方式是将字符串作为抽象数据类型来处理
注意
在C++中可以使用数值或指针来代替布尔值，例如：值0表示false，但是在Java中则不会。
四、变量和常量
Java声明变量和变量的规则与C++类似。需要注意的是：Java对“字母”、“数字”等其他符号的范围更大，例如：在Java中可以使用中文作为变量名，但是在C++下不行。但是，强烈建议
不要使用中文作为变量名。
补充
想要知道哪些Unicode字符可以作为标识符，可以使用
Character.isJavaIdentifierStart
和Character.isJavaIdentifierPart方法检查
区别
从Java 10开始，对于局部变量可以通过关键字var声明作为变量的“类型”，编译器会通过其变量的初始值推断出它的类型，而无需声明类型。
例如：
var test_variable=12; /* this variable type is int */同时Java并不会像C++一样区分声明和定义，在C++中：
int i ; /* 这是一个定义 */ extern int j ; /* 这是一个声明 */
在Java中使用final关键词来只是常量。若某个常量需要在一个类中多个方法中使用，则需要创建类常量
，关键词为：static final。
五、运算符
常见的+、-、*、/就不必说，注意点：①、当除数与被除数都为整数时，进行整数除法，其余都进行浮点除法；②、当除数为零时，将会得到无穷大或NaN的结果。
@startuml
left to right direction
[byte] --> [short]
[short] --> [int]
[int]->[long]
[char]->[int]
[int] -> [float] #line.dashed;
[int]->[double]
[float]->[double]
[long]->[float] #line.dashed;
[long]->[double] #line.dashed;
@enduml
总体上，从小到大数据是不会丢失的，特殊为：int -> float、long->float、long->
double。其次，若使用二元运算符连接两个数，总体上遵守转换为精度更高的数。
强制类型转换通过截断方式进行，例如：
double number=9.997;
int number_1=(int)number; /* number_1 is 9 */
int number_2=Math.round(number); /* number_2 is 10 */
若想通过舍入的方式获取更为精确的值，可以使用Math.round方法，其返回类型为long。
注意
不要将boolean类型进行强制类型转换，如有要求请使用：
b?1:0
赋值其实是一个表达式（expression），所以以下赋值正确的：
int x=1;
int y=x+=3; /* y is 4 */
当然，这样的方式颇具恶趣味，O(∩_∩)O哈哈~
为了帮助理解赋值是表达式这个观念，上述的方式赋值无疑是冗余的，勿模仿。🐱
六、字符串
从概念上讲：Java字符串就是Unicode字符序列，例如：“Java\u2122”由“J”、“a”、“v”、“a”和“™”组成。
子串
String string="Hello!";
String substring=string.substring(0,3); /* the result is Hel */
substring(x,y)方法用于生成子串，其x表示开始复制的第一个索引，y表示第一个不想复制的索引。
注意
Java字符串大致类似与char*指针，而非char数组
比较两字符串可以使用equals方法，若不区分大小写，则可以使用equalsIgnoreCase方法
String string_1="this is good!";
String string_2="this is Good!";
boolean result_1=string_1.equals(string_2); /* false */
boolean result_2=string_1.equalsIgnoreCase(string_2); /* true */
区别
在C++中比较两个字符串使用
strcmp函数，当然Java也有类似的方法：compareTo，但是equals方法显得更为清晰
在Java中字符串的空串和Null串是两个概念，空串是一个Java对象，有自己的串长度（0）和内容（空）但是Null串则表示没有任何对象与该变量关联。
Java在Java 15新增了文本块（text block）特性：
String text_block="""
This is a block of text.
and It wraps automatically.\
cool!
"""
实现效果：
This is a block of text.
and It wraps automatically.cool!
该特性特别适合用于包含其他语言编写的代码（例如：HTML、SQL）。
注意
在文本块中一般不需要对引号转义（除非：①、文本块以一个引号结尾；②、文本块中包含三个及以上的引号）
注意：所有的反斜杠都需要转义（😕）,若在文本块行尾添加“\”,则表示将上下两行连接起来。
七、输入与输出
首先介绍更简单的输出：“标准输出流”System.out.println，这很简单：
/* 会自动换行 */
System.out.println("Hello World!");
/* 不会换行 */
System.out.print("Hello World!");
😄，是不是很简单？
相较于输出，输入就复杂一些。
想要实现读取控制台的输入，必须先构造一个与“标准输入流”System.in关联的Scanner对象。
Scanner in=new Scanner(System.in);
第3章 Java的基本程序设计结构
概述
- 简单Java程序
- 注释
- 数据类型
- 变量和常量
- 运算符
- 字符串
- 输入与输出
- 控制流程
- 大数
- 数组
一、 一个简单的Java程序
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
/* println方法输出后换行，print方法输出后不换行 */
System.out.println("Hello World!");
}
}
知识点：
第一行，public称为访问修饰符（access modifier），用于控制程序的访问级别。class称为类
，类是所有Java应用构建模块。
源代码的文件名必须与公共类的类名相同
Java虚拟机总是从指定类中的main方法开始执行，且main方法必须声明为public。
Java程序中main方法的声明格式：
public class ClassName {
public static void main(String[] args) {
//program statements
}
}
二、注释
注释分为三种：
- 单行注释：// ...
- 多行注释：/*... */
- 文档注释 /** ... */
// this is a single-line comment
/* this is a multi-line comment */
/**
* @date 2023/5/10 上午12:56
* @description
* this is a document comment
* @param
*/
注意
注释是不能够嵌套使用的
三、数据类型
Java是强类型语言。
补充
强类型语言即强制类型定义的语言，一旦某变量类型已经定义，那么如果不经强制转换，那么它永远都是该数据类型。例如：C++、Java
与之相反的弱类型语言则是某一个变量被定义类型，该变量可以根据环境变化自动进行转换，不需要经过强制转换。例如：JavaScript、PHP
Java中共有8中基本类型（primitive type），4中整型、2种浮点型、1中字符型char和一种用于表示真值的boolean类型。
相较于C++“见机行事”的基本数据类型大小，Java明确规定具体的大小：
| 类型名称 | 存储需求 | 取值范围 |
|---|---|---|
| int | 4字节 | -2 147 483 648到2 147 483 647（略高于20亿） |
| short | 2字节 | -32 768到32 767 |
| long | 8字节 | -9 223 372 036 854 775 808到9 223 372 036 854 775 807 |
| byte | 1字节 | -128到127 |
一般常用到int类型，其基本能够满足需求，byte和short类型主要运用在特定的应用环境下，比如：底层的文件处理或存储空间较小的数组中。
前文提到，Java中基本类型是固定的，所以很好解决了整型等基本数据类型溢出的问题，因为其数据类型范围与执行Java代码的机器无关。
补充
- 长整型拥有后缀L或l，例如：4000000000000L
- 十六进制数拥有前缀0x或0X，例如：0x1P-7
- 八进制数拥有前缀-1，例如：033（但是由于此表示方法易混淆，所以很少使用八进制数）
- 二进制数拥有前缀0b或0B，例如：0b10110101，还可以写成0b1011_0101（下画线仅帮助阅读，javac会去除这些下画线）
注意
Java并不存在无符号（unsigned）形式的数据类型
浮点型用于表示含有小数部分数值，Java中的浮点型有：
| 类型名称 | 存储需求 | 取值范围 |
|---|---|---|
| float | 4字节 | -3.40E+38到3.40E+38（6~8位有效数字） |
| double | 8字节 | -1.797 693E+308到1.797 693E308 （15位有效数字） |
在大多数情况下，float类型并不能够满足日常需求，所以在大多数情况下都是使用double类型。
补充
float类型具有后缀f或F，若没有此后缀默认为double类型
double类型具有后缀d或D，当然没有后缀也是可以的
特殊的字符和转义序列
| 转义序列 | 名称 |
|---|---|
| \b | 退格 |
| \t | 制表 |
| \n | 换行 |
| \r | 回车 |
| \f | 换页 |
| " | 双引号 |
| ' | 单引号 |
| \ | 反斜杠 |
| \s | 空格 |
| \newline | 只在文本块中使用：连接上一行和下一行 |
建议
由于在Java中，char类型描述为UTF-16编码的一个代码单元
所以强烈建议不要在程序中使用char类型，除非确实需要处理UTF-16代码单元，最好的方式是将字符串作为抽象数据类型来处理
注意
在C++中可以使用数值或指针来代替布尔值，例如：值0表示false，但是在Java中则不会。
四、变量和常量
Java声明变量和变量的规则与C++类似。需要注意的是：Java对“字母”、“数字”等其他符号的范围更大，例如：在Java中可以使用中文作为变量名，但是在C++下不行。但是，强烈建议
不要使用中文作为变量名。
补充
想要知道哪些Unicode字符可以作为标识符，可以使用
Character.isJavaIdentifierStart
和Character.isJavaIdentifierPart方法检查
区别
从Java 10开始，对于局部变量可以通过关键字var声明作为变量的“类型”，编译器会通过其变量的初始值推断出它的类型，而无需声明类型。
例如：
var test_variable=12; /* this variable type is int */同时Java并不会像C++一样区分声明和定义，在C++中：
int i ; /* 这是一个定义 */ extern int j ; /* 这是一个声明 */
在Java中使用final关键词来只是常量。若某个常量需要在一个类中多个方法中使用，则需要创建类常量
，关键词为：static final。
五、运算符
常见的+、-、*、/就不必说，注意点：①、当除数与被除数都为整数时，进行整数除法，其余都进行浮点除法；②、当除数为零时，将会得到无穷大或NaN的结果。
@startuml
left to right direction
[byte] --> [short]
[short] --> [int]
[int]->[long]
[char]->[int]
[int] -> [float] #line.dashed;
[int]->[double]
[float]->[double]
[long]->[float] #line.dashed;
[long]->[double] #line.dashed;
@enduml
总体上，从小到大数据是不会丢失的，特殊为：int -> float、long->float、long->
double。其次，若使用二元运算符连接两个数，总体上遵守转换为精度更高的数。
强制类型转换通过截断方式进行，例如：
double number=9.997;
int number_1=(int)number; /* number_1 is 9 */
int number_2=Math.round(number); /* number_2 is 10 */
若想通过舍入的方式获取更为精确的值，可以使用Math.round方法，其返回类型为long。
注意
不要将boolean类型进行强制类型转换，如有要求请使用：
b?1:0
赋值其实是一个表达式（expression），所以以下赋值正确的：
int x=1;
int y=x+=3; /* y is 4 */
当然，这样的方式颇具恶趣味，O(∩_∩)O哈哈~
为了帮助理解赋值是表达式这个观念，上述的方式赋值无疑是冗余的，勿模仿。🐱
六、字符串
从概念上讲：Java字符串就是Unicode字符序列，例如：“Java\u2122”由“J”、“a”、“v”、“a”和“™”组成。
子串
String string="Hello!";
String substring=string.substring(0,3); /* the result is Hel */
substring(x,y)方法用于生成子串，其x表示开始复制的第一个索引，y表示第一个不想复制的索引。
注意
Java字符串大致类似与char*指针，而非char数组
比较两字符串可以使用equals方法，若不区分大小写，则可以使用equalsIgnoreCase方法
String string_1="this is good!";
String string_2="this is Good!";
boolean result_1=string_1.equals(string_2); /* false */
boolean result_2=string_1.equalsIgnoreCase(string_2); /* true */
区别
在C++中比较两个字符串使用
strcmp函数，当然Java也有类似的方法：compareTo，但是equals方法显得更为清晰
在Java中字符串的空串和Null串是两个概念，空串是一个Java对象，有自己的串长度（0）和内容（空）但是Null串则表示没有任何对象与该变量关联。
Java在Java 15新增了文本块（text block）特性：
String text_block="""
This is a block of text.
and It wraps automatically.\
cool!
"""
实现效果：
This is a block of text.
and It wraps automatically.cool!
该特性特别适合用于包含其他语言编写的代码（例如：HTML、SQL）。
注意
在文本块中一般不需要对引号转义（除非：①、文本块以一个引号结尾；②、文本块中包含三个及以上的引号）
注意：所有的反斜杠都需要转义（😕）,若在文本块行尾添加“\”,则表示将上下两行连接起来。
七、输入与输出
首先介绍更简单的输出：“标准输出流”System.out.println，这很简单：
System.out.println("Hello World!");/* 会自动换行 */
System.out.print("Hello World!");/* 不会换行 */
😄，是不是很简单？
相较于输出，输入就复杂一些。
想要实现读取控制台的输入，必须先构造一个与“标准输入流”System.in关联的Scanner对象。
Scanner in=new Scanner(System.in);
这样我们就可以开始读取控制台的输入了：
System.out.print("Enter a line of text:");
String text=in.nextLine(); /* 读取一行输入 */
String word=in.next(); /* 读取一个单词（以空白符作为分隔 ）*/
除了读取文本外，还可以使用nextInt和nextDouble读取整数和浮点数。
补充
由于Scanner类是直接明文输入，并不适合用于输入密码等需要隐藏的信息。可以使用Console类解决：
Console console=System.console(); String user_name=console.readLine("Username: "); char[] password=console.readPassword("Password: ");注意：由于Console类会调用控制台输入，所以无法在IDE中使用它（如IDEA、Eclipse），需要自行在控制台编译运行
文件的输入与输出
若想要读取一个文件，首先需要构建一个Scanner对象：
Scanner in=new Scanner(Path.of("data.txt"),StandardCharsets.UTF_8);
注意
在上述示例中，我们指明了使用的字符编码集为UTF-8，若不添加该参数，那么Java程序会使用默认的编码（那么这可能导致程序出现不同的效果，我们应当避免）。
同时我们不能这样写：
Scanner("data.txt")，这样会将字符串解释为数据，而不是文件名。
若想要写入文件，则需要构建PrintWriter对象，类似于上述的Scanner对象写法：
PrintWriter out=new PrintWriter(Path.of("data.txt"),StandardCharsets.UTF_8);
补充
有些时候我们并不能准确的找到需要输入/输出文件的相对路径，可以通过方法
System.getProperty("user.dir")获取启动目录，从而借此找到所需文件的相对路径。除此之外，我们使用输入/输出文件需要考虑文件是否存在情况，Java编译器认为异常比“被零除”更为严重。所以，需要采用
throws或try-catch-finally语法来捕捉异常，并根据情况选择处理。当然也有可以避免此类异常的方法：通过利用shell的重定向语法将任意文件关联到输入/输出中。
java test < input.txt > output.txt
< input.txt代表重定向输入，即从input.txt文件中读入数据作为程序的输入；
> output.txt代表重定向输出，即将程序的输出存入output.txt文件；
八、控制流程
条件语句：
- ①、
if(condition) statement; - ②、
if(condition) statement1; else statement2;
循环语句：
- ①、
while(condition) statement; - ②、
do statement while(condition);
确定性循环语句：
- ①、
for(init;cond;inc) statement;init通常是对计数器的初始化；cond给出每次新一轮循环执行前要检测的循环条件；inc指定如何更新计数器。
注意
在进行两个浮点数是否相等需要格外小心（由于存在舍入误差），例如：
for(double x=0;x!=10;x+=0.1)就永远不可能达到最终值（因为0.1无法精确用二进制表示）。
总的来说，for循环仅是while循环的一种简单形式。
多重选择语句：
- ①、
switch(expr) { case value1: statement1; case value2: statement2;...; default: statementn }
补充
若使用switch语句时对每个分支不添加break语句，那么接下来的分支依旧会被执行。并且IDE会给出警告，若需要这种效果，则可以添加注解
@SuppressWarnings("fallthrough")。
Java 14新特性：case value ->和yield value。
使用switch标准方式编写代码太多的break造成代码冗余可读性不高，所以采用->代替。同样，为了可读性采用yield方式终止执行并返回表达式值。具体实现。
中断控制流程语句：
Java并未存在goto，通常程序员使用goto语句会被认为是一种拙劣的程序设计风格。但是万物皆有其存在理由。Structured Programming with goto statements
Java也存在这种设计风格：
read_data:
while(...){
for(...){
break read_data;/* 执行带标签的break会跳转到带标签的语句块的末尾 */
}
}
具体实现参照代码示例
除此之外，还可以使用continue：
while(condition){
statements;
continue; /* 越过此次循环后面部分，直接回到循环首部 */
}
当然，continue也可以带上匹配标签，将跳转到匹配标签的循环的首部。
但是无论如何，这些语句也仅是可选项，也有其他实现方式。笔者曾经在回答“是否在C++中使用goto语句”问题上一位读者告诉我不一样的答案：goto语句会导致CPU进程的混乱。
最后，存在即有道理。合理使用即可~
