Java基础01 从HelloWorld到面向对象

Java是完全面向对象的语言。Java通过虚拟机的运行机制,实现“跨平台”的理念。我在这里想要呈现一个适合初学者的教程,希望对大家有用。

"Hello World!"

先来看一个HelloWorld.java程序。这个程序在屏幕上打印出一串字符"Hello World!":

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

程序中包括Java的一些基本特征:

  • 类(class):上面程序定义了一个类HelloWorld,该类的名字与.java文件的名字相同。
  • 方法(method):类的内部定义了该类的一个方法main。
  • 语句(statement):真正的“打印”功能由一个语句实现,即: System.out.println("Hello World!");

下面两点有关Java的书写方式:

  • Java中的语句要以;结尾 (与C/C++相同)。
  • 用花括号{}来整合语句,形成程序块。通过程序块,我们可以知道程序的不同部分的范围,比如类从哪里开始,到哪里结束。

编译与运行

Java程序要经过编译器编译才能执行。在Linux或Mac下,可以下载安装Java JDK

使用javac来编译。在命令行中输入下面语句编译:

$javac HelloWorld.java

当前路径下,将有一个名为HelloWorld.class的文件生成。

使用java命令来运行。Java会搜寻该类中的main方法,并执行。

$java HelloWorld

变量

计算机语言通常需要在内存中存放数据,比如C语言中的变量,Java也有类似的变量。Java和C语言都是静态类型的语言。在使用变量之前,要声明变量的类型。

变量(variable)占据一定的内存空间。不同类型的变量占据不同的大小。Java中的变量类型如下:

          存储大小     例值     注释

byte      1byte        3      字节

int       4bytes       3      整数

short     2bytes       3      短整数

long      8bytes       3      长整数

float     4bytes     1.2      单精度浮点数

double    8bytes     1.2      双精度浮点数

char      2bytes     'a'      字符

boolean   1bit      true      布尔值

在Java中,变量需要先声明(declare)才能使用。在声明中,我说明变量的类型,赋予变量以特别名字,以便在后面的程序中调用它。你可以在程序中的任意位置声明变量。 比如:

public class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println("Declare in the middle:");
        int a;
        a = 5;
        System.out.println(a);  // print an integer
    }
}

上面a是变量名。可以在声明变量的同时,给变量赋值,比如 int a = 5;

*** “变量”的概念实际上来自于面向过程的编程语言。在Java中,所谓的变量实际上是“基本类型” (premitive type)。我们将在类的讲解中更多深入。

上面的程序还可以看到,Java中,可用//引领注释。

数组

Java中有数组(array)。数组包含相同类型的多个数据。我用下面方法来声明一个整数数组:

int[] a;

在声明数组时,数组所需的空间并没有真正分配给数组。我可以在声明的同时,用new来创建数组所需空间:

int[] a = new int[100];

这里创建了可以容纳100个整数的数组。相应的内存分配也完成了。

我还可以在声明的同时,给数组赋值。数组的大小也同时确定。

int[] a = new int[] {1, 3, 5, 7, 9};

使用int[i]来调用数组的i下标元素。i从0开始。

其他类型的数组与整数数组相似。

表达式

表达式是变量、常量和运算符的组合,它表示一个数据。1 + 1是常见的表达式。再比如:

public class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println("Declare in the middle:");
        int a;
        a = 5 + 1;
        System.out.println(a);  // print an integer
    }
}

上面的5 + 1也是一个表达式,等于6。 

数学表达式

数学运算,结果为一个数值

1 + 2                  加法

4 - 3.4                减法

7 * 1.5                乘法

3.5 / 7                除法

7 % 2                  求余数

关系表达式

判断表达式是否成立。即一个boolean值,真假

a > 4.2                大于

3.4 >= b               大于等于

1.5 < 9                小于

6 <= 1                 小于等于

2 == 2                 等于

2 != 2                 不等于

布林表达式

两个boolean值的与、或、非的逻辑关系

true && false          and

(3 > 1) || (2 == 1)    or

!true                  not

位运算

对整数的二进制形式逐位进行逻辑运算,得到一个整数

&                      and

|                      or

^                      xor

~                      not

5 << 3                 0b101 left shift 3 bits

6 >> 1                 0b110 right shift 1 bit

还有下列在C中常见的运算符,我会在用到的时候进一步解释:

m++                    变量m加1

n--                    变量n减1

condition ? x1 : x2   condition为一个boolean值。根据condition,取x1或x2的值

控制结构

Java中控制结构(control flow)的语法与C类似。它们都使用{}来表达隶属关系。

选择 (if)

if (conditon1) {
    statements;
    ...
}
else if (condition2) {
    statements;
    ...
}
else {
    statements;
    ...
}

上面的condition是一个表示真假值的表达式。statements;是语句。

练习 写一个Java程序,判断2013年是否是闰年。

循环 (while)

while (condition) {

    statements;

}

循环 (do... while)

do {

    statements;

} while(condition);  // 注意结尾的;

循环 (for)

for (initial; condition; update) {

    statements;

}

跳过或跳出循环

在循环中,可以使用

break; // 跳出循环

continue; // 直接进入下一环

练习 写一个Java程序,计算从1加2,加3…… 一直加到999的总和

选择 (switch)

switch(expression) {

    case 1:

        statements;

        break;

    case 2:

        statements;

        break;

    ...

    default:

        statements;

        break;

}

面向对象

“对象”是计算机抽象世界的一种方式。“面向对象”可以用很多方式表达。下面是一种并不精确,但比较直观的理解方式:

  1. 世界上的每一个事物都可以称为一个对象(object),比如张三。对象有身份(Identity),状态(State)和行为(Behavior)。
  2. 对象的状态由数据成员(data member)表示。数据成员又被称作域(field)。我们用其他对象作为该对象的数据成员。比如一个表示身高的整数,比如一个鼻子。
  3. 对象的行为由成员方法(member method)表示。我们简称为方法(method)。一个对象可以有多个方法,比如呼吸,睡觉。
  4. 对象可以归类(class),或者说归为同一类型(type)。同一类型的对象有相同的方法,有同类型的数据成员。某个类型的一个对象被称为该类型的一个实例(instance)。

类与对象

定义类的语法:

class ClassName

{

    member1;

    member2;

    ...

}

我们定义一个human类:

class Human 
{
    void breath()
    {
        System.out.println("hu...hu...");
    }

    int height;
}

在{}范围内,Human类有两个成员: 一个数据成员height,一个方法breath()。

  • 数据成员height是整数类型,可以用于存储一个整数。
  • 方法代表了对象所能进行的动作,也就是计算机所能进行的操作。方法可以接受参数,并能返回值。在breath()的定义中,breath后面的()中为参数列表。由于参数列表为空,所以breath()不接受参数。在breath()之前的void为返回值的类型,说明breath不返回值。

(方法与面向过程语言中的函数类似) 

现在,我们创建对象aPerson,并调用对象的方法breath:

public class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Human aPerson = new Human();
        aPerson.breath();
        System.out.println(aPerson.height);
    }

}

class Human
{
    void breath()
    {
       System.out.println("hu...hu...");
    }

    int height;
}

在main方法中,使用new关键字创建对象。即使是来自同一个类的对象,各个对象占据的内存也不相同,即对象的身份也不同。

Human aPerson声明了aPerson对象属于Human类,即说明了对象的类型。

对象建立后,我们可以用 对象.数据成员 来引用数据成员,使用 对象.方法() 的方式来调用方法。正如我们在后面打印aPerson.height。

总结

Java的许多语法形式与C/C++类似,但在细节和具体实现上又有差别,需要小心。

对象,类

对象: 方法,域(数据成员)

Java是完全面向对象的语言。

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