第三章 Java的基本程序设计结构

3.1 一个简单的Java应用程序

Main.java

public class Main {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        System.out.println("hello world!");
    }
}

public称为访问修饰符，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中。这里，只需要将类作为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。Java应用程序中的全部内容都必须放置在类中。
关键字class后面紧跟类名。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
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.
Java编译器将字节码文件自动地命名为Main. class，并与源文件存储在同一个目录下。最后，使用下面这行命令运行这个程序：（请记住，不要添加．class扩展名。）

java Main

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。main方法必须声明为public。
Java中的所有函数都属于某个类的方法。因此，Java中的main方法必须有一个外壳类。Java中的main方法必须是静态的。
使用了System.out对象并调用了它的println方法。注意，点号（·）用于调用方法。Java使用的通用语法是

object.method(parameters);

3.2 注释

最常用的方式是使用//，其注释内容从//开始到本行结尾。
当需要长篇的注释时，既可以在每行的注释前面标记//，也可以使用/和/将一段比较长的注释括起来。
最后，第3种注释可以用来自动地生成文档。这种注释以/*开始，以/结束。

3.3 数据类型

Java是一种强类型语言。这就意味着必须为每一个变量声明一种类型。
在Java中，一共有8种基本类型（primitive type），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（请参见论述char类型的章节）和1种用于表示真值的boolean类型。

3.3.1 整型

允许是负数。
在Java中，整型的范围与运行Java代码的机器无关。
由于Java程序必须保证在所有机器上得到相同的运行结果，所以数据类型的取值范围必须固定。
在这里插入图片描述

3.3.2 浮点类型

浮点类型表示有小数部分的类型。
在这里插入图片描述
double类型的数值精读是float的两倍。
float类型的数值后缀有一个f标识。

3.3.3 char类型

char类型可用于表示单个字符和unicode字符。
char类型的字面值要用引号引起来。

3.3.5 boolean类型

boolean类型有两个值：true和false。整型值和boolean值之间不能进行转换。

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。这里列举一些声明变量的示例：

double salary;
int vacationDays;
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，千万不要使用未初始化的变量。
例如，Java编译器认为下面的语句序列是错误的：

int vacationDays;
System.out.println(vacationDays);

要想对一个已经声明过的变量进行赋值，就需要将变量名放在等号（=）左侧，相应取值的Java表达式放在等号的右侧。
也可以将变量的声明和初始化放在同一行中。

int vacationDays;
vacationDays = 12;
int days = 31;

在Java中，变量的声明尽可能地靠近变量第一次使用的地方，这是一种良好的程序编写风格。
在Java中，不区分变量的声明与定义。

3.4.2 常量

在Java中，利用关键字final指示常量。例如：

final double CM_PER_INCH = 2.54;

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，经常希望某个常量可以在一个类中的多个方法中使用，通常将这些常量称为类常量。可以使用关键字static final设置一个类常量。

static final double CM_PER_INCH = 2.54;

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。

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。在编写不同类别的程序时，可能需要的函数也不同。

// 静态导入头文件
import static java.lang.Math.*;
// 平方根
double x = 4;
double y = Math.sqrt(x);
// 幂运算
int a = 2;
double z = Math.pow(x, a);
// 
static final double CM_PER_INCH = 2.54;

3.5.2 数值类型之间的转换

经常需要将一种数值类型转换为另一种数值类型。
下图表示合理的转换。
6个实心箭头，表示无信息丢失的转换；有3个虚箭头，表示可能有精度损失的转换。
在这里插入图片描述

3.5.3 强制类型转换

在必要的时候，int类型的值将会自动地转换为double类型。但另一方面，有时也需要将double转换成int。在Java中，允许进行这种数值之间的类型转换。当然，有可能会丢失一些信息。在这种情况下，需要通过强制类型转换（cast）实现这个操作。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。

double x = 9.997;
int nx = (int)x;

如果想对浮点数进行舍入运算，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);

3.5.7 位运算符 &、|、~、^、>>、<<

位运算符包含与运算符、或运算符、取反运算符、异或运算符、左移运算符和右移运算符。
& 与运算符
规则与运算时，进行运算的两个数，从最低位到最高位，一一对应。如果某 bit 的两个数值对应的值都是 1，则结果值相应的 bit 就是 1，否则为 0.
| 运算符
与运算时，进行运算的两个数，从最低位到最高位，一一对应。如果某 bit 的两个数值对应的值只要 1 个为 1，则结果值相应的 bit 就是 1，否则为 0。
~ 取反运算符
对操作数的每一位进行操作，1 变成 0，0 变成 1。
^ 异或运算符
两个操作数进行异或时，对于同一位上，如果数值相同则为 0，数值不同则为 1。
值得注意的是 3 ^ 5 = 6,而 6 ^ 5 = 3。
针对这个特性，我们可以将异或运算作为一个简单的数据加密的形式。比如，将一个mp4文件所有数值与一个种子数值进行异或得到加密后的数据，解密的时候再将数据与种子数值进行异或一次就可以了。

所以说异或运算可以作为简单的加解密运算算法。
>> 右移运算符
a >> b = a / ( 2 ^ b ) ,所以 5 >> 1= 5 / 2 = 2,11 >> 2 = 11 / 4 = 2。
<< 左移运算符
如果某个数值右移 n 位，就相当于拿这个数值去除以 2 的 n 次幂。如果某个数值左移 n 位，就相当于这个数值乘以 2 ^ n。

3.5.8 枚举类型

enum Size {
    
    SMALL,MEDIUM,LARGE};
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。

3.6 字符串

在标准Java类库中提供了一个预定义类，很自然地叫做String。每个用双引号括起来的字符串都是String类的一个实例：

String str = "hello";
// 子串
String substr = str.substring(0,3);
// 拼接
String hello = "hello ";
String world = "world.";
String helloWorld = hello + world;
// 字符串比较
int res = hello.equals(world);
res = hello.equalsIgnoreCase(world);
// 判断空字符串
if (str != NULL && str.length() == 0) {
    
    
}
// 获取字符
char c = str.charAt(0);
// 以字符串开头
boolean start = str.startsWith("hu");
// 子串的位置
int index = str.indexOf("hhhh");
// 长度
int length = str.length();

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.
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。
构建字符串
有些时候，需要由较短的字符串构建字符串，例如，按键或来自文件中的单词。采用字符串连接的方式达到此目的效率比较低。每次连接字符串，都会构建一个新的String对象，既耗时，又浪费空间。使用StringBuilder类就可以避免这个问题的发生。

StringBuilder builder = new StringBuilder();
builder.append("hello ");
builder.append("world ");
builder.append("2021 ");
System.out.println(builder.toString());

在JDK5.0中引入StringBuilder类。这个类的前身是StringBuffer，其效率稍有些低，但允许采用多线程的方式执行添加或删除字符的操作。如果所有字符串在一个单线程中编辑（通常都是这样），则应该用StringBuilder替代它。这两个类的API是相同的。

3.7 输入输出

要想通过控制台进行输入，首先需要构造一个Scanner对象，并与“标准输入流”System.in关联。
nextLine方法将输入一行。
要想读取一个整数，就调用nextInt方法。
Scanner类定义在java.util包中。

Scanner in = new Scanner(System.in);
String name = in.nextLine();
int age = in.nextInt();

文件输入输出
要想对文件进行读取，就需要一个用File对象构造一个Scanner对象。
要想写入文件，就需要构造一个PrintWriter对象。在构造器中，只需要提供文件名：

Scanner in = new Scanner(Path.get("demo.txt"),"UTF-8");
PrintWriter out = new PrintWriter("demo.txt)","UTF-8");
String name = in.nextLine();
int age = in.nextInt();

3.8 控制流程

块作用域

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;
      // 块语句
      {
    
    
        int k;
      }
  }

中断

Java还提供了一种带标签的break语句，用于跳出多重嵌套的循环语句。有时候，在嵌套很深的循环语句中会发生一些不可预料的事情。此时可能更加希望跳到嵌套的所有循环语句之外。通过添加一些额外的条件判断实现各层循环的检测很不方便。这里有一个示例说明了break语句的工作状态。请注意，标签必须放在希望跳出的最外层循环之前，并且必须紧跟一个冒号。

 int i = 0;
 read_data:
 while (true) 
 {
    
    
   for (; i < 10; i++) {
    
    
     if (i > 8) {
    
    
       break read_data;
     }
   }
 }

3.9 大数值

如果基本的整数和浮点数精度不能够满足需求，那么可以使用java.math包中的两个很有用的类：BigInteger和BigDecimal。这两个类可以处理包含任意长度数字序列的数值。BigInteger类实现了任意精度的整数运算，BigDecimal实现了任意精度的浮点数运算。
使用静态的valueOf方法可以将普通的数值转换为大数值
遗憾的是，不能使用人们熟悉的算术运算符（如：+和*）处理大数值。而需要使用大数值类中的add和multiply方法。

BigInteger a = BigInteger.valueOf(1000000000);
BigInteger b = BigInteger.valueOf(2000000000);
BigInteger c = a.add(b);
BigInteger d = a.multiply(b);

3.10 数组

数组是一种数据结构，用来存储同一类型值的集合。通过一个整型下标可以访问数组中的每一个值。
例如，如果a是一个整型数组，a[i]就是数组中下标为i的整数。在声明数组变量时，需要指出数组类型（数据元素类型紧跟[]）和数组变量的名字。
下面声明了整型数组a

int[] a;

不过，这条语句只声明了变量a，并没有将a初始化为一个真正的数组。应该使用new运算符创建数组。

int[] a = new int[10];

这条语句创建了一个可以存储100个整数的数组。数组长度不要求是常量：newint[n]会创建一个长度为n的数组。

创建一个数字数组时，所有元素都初始化为0。boolean数组的元素会初始化为false。对象数组的元素则初始化为一个特殊值null，这表示这些元素（还）未存放任何对象。

要想获得数组中的元素个数，可以使用array.length

int[] arr = new int[10];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
    arr[i] = i;
}
// for each循环
for (int a : arr) {
    
    
    System.out.println(a);
}
// 初始化
int[] smallPrimes = {
    
    2,3,5,7,11,13};
int[] arr2 = arr;
// 拷贝数组
int[] copyArr = Arrays.copyOf(arr, arr.length);
// 数组排序
Arrays.sort(arr);
// 二维数组
double[][] balances = new double[10][12];
int[][] magic = {
    
    
        {
    
    1,2,3,4},
        {
    
    5,6,7,8},
        {
    
    9,10,11,12},
        {
    
    13,14,15,16}
};

在Java中，允许将一个数组变量拷贝给另一个数组变量。这时，两个变量将引用同一个数组。
如果希望将一个数组的所有值拷贝到一个新的数组中去，就要使用Arrays类的copyOf方法。

《Java核心技术》第三章 Java基本程序设计结构学习笔记

第三章 Java的基本程序设计结构

3.1 一个简单的Java应用程序

3.2 注释

3.3 数据类型

3.3.1 整型

3.3.2 浮点类型

3.3.3 char类型

3.3.5 boolean类型

3.4 变量

3.4.1 变量初始化

3.4.2 常量

3.5 运算符

3.5.1 数学函数与常量

3.5.2 数值类型之间的转换

3.5.3 强制类型转换

3.5.7 位运算符 &、|、~、^、>>、<<

3.5.8 枚举类型

3.6 字符串

3.7 输入输出

3.8 控制流程

块作用域

中断

3.9 大数值

3.10 数组

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3.1 一个简单的Java应用程序

3.2 注释

3.3 数据类型

3.3.1 整型

3.3.2 浮点类型

3.3.3 char类型

3.3.5 boolean类型

3.4 变量

3.4.1 变量初始化

3.4.2 常量

3.5 运算符

3.5.1 数学函数与常量

3.5.2 数值类型之间的转换

3.5.3 强制类型转换

3.5.7 位运算符 &、|、~、^、>>、<<

3.5.8 枚举类型

3.6 字符串

3.7 输入输出

3.8 控制流程

块作用域

中断

3.9 大数值

3.10 数组

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