重新学习Java——Java基本的程序设计结构（一）

最近在实验室看到各位学长忙于找工作的面试与笔试，深感自己的不足，决定重新好好学习一下《Java核心技术》这本书，曾经靠这本书走入Java的世界，但是也有很多的地方被我疏漏过去了，因此也是作为一个整理，重新再仔细的学习一遍。

1. 简单的Java应用程序

public class FirstSample {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("Hello, World!");    
  }
}

这个程序很简单，但是说明了Java中最重要的一些基础知识：

1. Java对大小写敏感；
2. Java程序中全部的内容都包含在类中；
3. 类名必须以字母开头，后面可以跟字母和数字，不可以使用Java保留字；
4. 源代码的文件必须与类名相同；
5. main方法必须是public，每一个Java程序都必须有一个main方法；

如果正确的命名了这个文件，并且源代码中没有任何错误，编译这段源代码之后，会得到一个包含了这个类字节码的文件。Java编译器会自动命名为文件名.class。

2. Java中的注释

Java的注释并不会出现在可执行程序中。因此，可以添加任意多的注释而不用担心可执行代码会膨胀。Java中，有三种注释的书写方式：

1. 最常用的方法是使用//，注释内容从//开始到本行结束;
2. 当需要长篇的注释的时候，可以在每行前都加上//，也可以使用/*和*/将一段比较长的注释括起来。在Java中，/* */注释不能够嵌套；
3. 第三种注释以/**开始，以*/结束，这种注释可以自动化的生成文档；

System.out.println("Hello, World!");  // 这样写就可以注释了

3. Java数据类型

Java是强类型语言，这就说明必须为某一个变量声明一种类型。共有8中基本类型，其中4种整型，2种浮点，1中表示Unicode编码的char和1种表示真值的boolean类型。

3.1 整型

类    型	存 储 需 求	取 值 范 围
int	4字节	-2147483648——2147483647（约等于20亿）
short	2字节	-32768——32767
long	8字节	-9223372036854775808——923337203685477807
byte	1字节	-128——127

通常情况下，int型即可满足我们大部分的要求。byte和short用于诸如底层的文件处理或者需要控制占用字符空间量的大数组。Java中，整型的范围与运行Java代码的机器无关，这就解决了跨平台移植的问题。长整形数值后有一个L（如40000000000L），十六进制前缀0x（如0xCAFE），八进制前缀0（如010）。建议不适用八进制常数，因为容易混淆。并且Java中没有任何无符号类型。

3.2 浮点类型

类    型	存 储 需 求	取 值 范 围
float	4字节	大约±3.40282347E+38F（有效位数为6-7位）
double	8字节	大约±1.79769313486231570E+308（有效位数为15位）

绝大部分应用程序都应该采用double类型，只有很少的情况使用float类型，如需要快速的处理单精度数据，或者需要存储大量数据。float有后缀F（如3.402F），double可以加后缀D也可以不加。在JDK5.0中，可以使用十六进制表示浮点数值。浮点数不适合用于禁止出现舍入误差的金融计算中，原因是浮点数采用二进制，无法精确的表示分数1/10。需要的话，应当使用BigDecimal类进行计算。

有三个特殊的，用于表示一处和出错情况的浮点数值：

• 正无穷大Double.POSITIVE_INFINITY
• 负无穷大Double.NEGATIVE_INFINITY
• NaN（不是一个数字）Double.NaN

if (x == Double.NaN) // 这样做是不对的，所有的非数值的值都认为是不相等的

if (Double.isNaN(x)) // 这样可以用来检测x是不是不是一个数

3.3 char类型

char表示单个字符，常用来表示字符常量。'A'是编码65对应的字符常量。“A”是一个包含了字符A的字符串。Unicode编码表示为十六进制从u0000到Uffff。在Java中，char类型采用UTF-16编码描述一个代码单元，建议不在程序中使用char。

特殊字符的转移序列如下：表示退格， 表示指标， 表示换行， 表示回车，“表示双引号，‘表示单引号，\表示反斜杠。

3.4 boolean类型

boolean类型有两个值，false和true，用来进行逻辑判断。整型值和布尔型之间不能够进行相互转换（C++可以，但Java不行）

4. Java变量

在Java中，每一种变量属于一种类型（可以是基本类型，也可以是结构，或者是类）变量名必须以字幕开头的由数字和字母构成的序列（任何Unicode字符，+和①这样的不行，空格也不行），也不能使用Java保留字，变量对大小写敏感。

int i, j; // 可以在一行中声明多个变量，但是不提倡这么使用，降低了程序的可读性

4.1 变量的初始化

在声明一个变量之后，必须使用赋值语句对变量进行显示的初始化

int vacationDays;
System.out.println(vacationDays); // 这样写是不对的，变量没有初始化，编译器会报错

Java中的代码声明可以放在任何地方。C++区分变量的声明与定义，Java不区分。

4.2 常量

Java中，利用关键字final声明常量（C++使用const，但是Java中设置const为保留字，但不使用），一旦被复制之后，就不能够再更改了。习惯上，常量名使用大写。如果希望常量在一个类的多个方法中使用，可以使用关键字static fianl设置，这样，这个常量就属于整个类的静态成员。

// 可以在别的地方通过Constants.PI调用这个常量
public class Constants {
  public static final double PI = 3.14;
}

5. 运算符

在Java中，使用+，-，*，/。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。%用来进行求余操作。整数被0处将产生异常，浮点数被0除将会得到无穷大或NaN的结果。

可以使用简化的格式书写二元算术运算符：x+=4;等价于x = x + 4;

同一运算在不同的虚拟机上运行，得到相同的结果对于浮点计算来说是困难的。原因是double使用64位存储，而有的处理器用80位浮点寄存器，增加了中间过程的计算精度。可以使用strictfp关键字标记方法或类，这样该方法必须使用严格的浮点计算来产生理想的记过。

5.1 自增运算符与自减运算符

由于程序语言中，加1，减1是数值变量最常见的操作，因此提供了自增与自减运算符：n++将变量的当前值加1，n--将当前值减1。自增自减分为前缀（++n）和后缀（n++）两种形式。如果在表达式中出现，后缀先对变量进行加1处理，再运行表达式，而前缀先进行表达式运算，再进行加1处理。

int m = 7;
int n = 7;
int a = 2 * ++m; // 结果a的值是16，m是8
int b = 2 * n++; // 结果b的值是14，n是8
// 建议不要在表达式内部使用++符号，会造成迷惑，并产生意外的BUG

5.2 关系运算符与boolean运算符

Java包含各种关系运算符。==检测是否相等，！+检测是否不相等，以及<，>，<=，>=。

&&表示逻辑”与“，||表示逻辑”或“，!表示逻辑”非“。Java的逻辑运算采用”短路“方式求值，如果第一个操作数已经能够确定值，则不计算第二个操作符

boolean a = false;
int b = 1;

if (a && (--b < 1) == true) {} // 该语句执行完之后，b的值仍然为1，因为a的值既可以确定表达式，所以后面的表达式短路了，不运行

Java支持三元操作符?:。condition ? expression1 : expression2;

return x < y ? x : y; // 返回x和y中较小的一个

5.3 位运算符（我自己也弄不清楚）

在处理整型数值时，可以直接对各个位进行操作。位运算符包括：&（与），|（或），^（异或），~（非）。&和|用于布尔值，不按短路方式计算。使用”>>“和'<<"可以进行右移或左移操作。”>>>“用0填充高位，">>"用符号位填充高位。对移位运算符右侧的参数要进行模32的操作，左边是long型则模64，所以1<<35和1<<3是相同的。

C++中，无法确定>>是算式移位还是逻辑移位，执行中会自动选择效率高的一种。>>实际上只是为非负数定义的。Java消除了这种含糊性。

5.4 数学函数与常量

在Math类中，包含了各种各样的数学函数。可以方便的进行数学计算。

// 计算一个数值的平方根
double y = Math.sqrt(x); 

// 计算x的a次方
double y = Math.pow(x, a);

// Math类还提供了一些常用的三角函数，指数等，还提供了PI和E的近似值
Math.PI
Math.E

// 从JDK 5.0开始，只需要通过静态导入，即可不加Math.来操作函数
import static java.lang.Math.*;
double y = pow(x, a);

Math类同样具有浮点计算中跨平台的问题，如果希望在每一个不同的平台上能够得到相同的结果，应当使用StrictMath类进行操作。

5.5 数值类型之间的转换

在程序运行时，经常需要将一种数值类型转换成另一种数值类型。

无信息丢失的转换：byte到short，short到int，char到int，int到long，int到double；

可能有精度损失的转换：int到float，long到float，long到double；

int n = 123456789;
float f = n; // 这时f=1.23456792E8
// 当用两个不同的数做二元操作时，会自动进行转换
// 有一个是double，另一个也会转成double
// 否则有一个是float，另一个也会转成float
// 否则有一个是long，另一个也会转成long
// 否则都会被转成int

5.6 强制类型转换

上一段介绍的数值类型之间的转换属于自动转换。但有时候我们需要将double转换成int类型，Java允许这种转换，但可能会丢失一些信息，需要通过强制转换操作实现

double x = 9.997;
int nx = (int) x; // x=9，强制转换通过截断小数部分将浮点值转换为整形

double x = 9.997;
int nx = (int) Math.round(x); // 通过这个方法，可以对浮点值进行舍入操作，此时nx=10

如果试图将一个数值从一种类型强制转换到另一种类型，却又超出了目标类型的表示范围，结果就会变成一个完全不同的值，如(byte) 300的值是44

5.7 枚举类型

有时候，变量的取值旨在一个有限的集合内。例如，衣服的尺码S，M，L，X等，如果用普通的字符串或者基本类型来保存，则存在着一定的隐患，例如传送进去了一个错误的值。

class Size {
 public static final String SMALL = "SMALL";
 public static final String MEDIUM= "MEDIUM";
 public static final String LARGE= "LARGE";
 public static final String EXTRA_LARGE= "EXTRA_LARGE";
}

// 我们应当这么使用Size对象
clothe.setSize(Size.SMALL);

// 但是我们也可以这么使用，带来未知的错误，因为一些拼写的意外等
clothe.setSize("Small");

从JDK5.0开始，针对这样一种情况，可以自定义枚举类型，例如

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

// 这样就不会出现问题，因为setSize方法需要接受一个Size的枚举类型
clothe.setSize(Size.MEDIUM);