Java基础——（二）Java基本程序结构设计

1. 一个简单的Java程序

在电脑上安装好JDK和IDEA后，我们打开IDEA，创建一个Java工程，然后创建一个FirstSample类，添加以下代码

package org.example.test;

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

在上述代码中，涉及的关键字和对应含义如下：

• public：public为访问修饰符，用于控制程序对这段代码的访问级别，访问级别包括public、protected和private
• class：class后面紧跟着类名，在Java中，定义类名的规则比较宽松，名字必须以字母开头，后面可以跟字母和数字的任意组合，此外，不能使用到Java的保留字。
• FirstSample：类名，标准的命名规范为大写字母开通，如果由多个单词组成，每个单词的第一个字母都应该大写，这种命名方式成为驼峰命名法。
• main：运行编译程序时，Java虚拟机将从指定类的main方法开始执行。
• {}：在Java中，用花括号划分程序的各个部分（通常成为块）
• System.out.println：在这里，使用System.out对象并调用了它的println方法。
  上述代码执行的结果如下：
  

2. 注释

在Java中，有三种书写注释的方式。
第一种，也是最常用的一种，使用//

// 这是一行注释
System.out.println("Hello World!");

第二种，使用/* 和 */将一段比较长的注释括起来

package org.example.test;

/*
 * @author cxy
 */
public class FirstSample {
    public static void main(String[] args) {
        // 这是一行注释
        System.out.println("Hello world");
    }
}

第三种注释，以/** 开始，以*/结束

package org.example.test;

/**
 * @author cxy
 */
public class FirstSample {
    public static void main(String[] args) {
        // 这是一行注释
        System.out.println("Hello world");
    }
}

3. 数据类型

java有8种数据类型，分别是byte、char、short、int、long、float、double、bool。注意，String不属于Java的基本数据类型。

长整型long数值，后面有一个后缀L，比如1024L。float类型的数值后有一个后缀F，例如3.14F。没有后缀F的浮点数默认为double类型。

4. 变量

4.1 变量名

在java中，每一个变量属于一种类型，变量所属的类型位于变量名之前，示例如下：

double salary;
int a;
long b;
boolean done;

从上可以看出，每个声明以分号结束，因为每一个声明是一条完整的语句。变量必须是一个以字母开头并由字母或数字构成的序列，当然，也可以包括横杆。比如：

int hello;
int h123;
int h_123;

4.2 初始化

声明一个变量之后，我们必须用赋值语句对变量进行显式初始化，千万不要使用未被初始化的变量。要对变量进行初始化，需要将变量名放在等号左侧，相应取值的java表达式放在等号右侧，比如：

int a;
a = 1;

或者

int a = 1;

4.3 常量

在java中，使用关键字final表示常量，比如：

final double pi = 3.14;

通过final，表示这个变量只能被赋值一次，一旦被赋值后，不能再更改这个变量。一般我们常量的变量名会是大写，此外，一般会和public、static关键字结合，以保证一个类定义的多个常量能被多个类消费，比如：

public class Constant {
	public static final double PI = 3.14;
	public static final int ONE_KM = 1000;
	public static final long TWO_TEN = 1024L;

5. 运算符

在java中，使用算法运算符+、-、*、/分别表示加减乘除。当参与/运算的两个操作数都是整数时，表示整数乘法，否则表示浮点数除法。

package org.example.test;

/*
 * @author cxy
 */
public class FirstSample {
    public static void main(String[] args) {
        // 这是一行注释
        System.out.println("Hello world");
        int a = 10;
        int b = 3;
        double c = 3.0;
        System.out.println(a / b);
        System.out.println(a / c);
    }
}

结果如下：

5.1 二元运算符

在赋值语句中，可以使用一些简化的格式书写二元算术运算符，比如
x += 4; 等价于 x = x + 4;
x *= 4; 等价于 x = x * 4;

5.2 自增、自减运算符

此外，对于加1、减1这些比较常见的操作，可以使用自增运算符和自减运算符来实现，而自增、自减运算符的位置，会影响到赋值。如果放在前面，表示先自增/自减，然后再赋值。如果放在后面，表示先赋值然后再自增/自减。

5.3 关系运算符和boolean运算符

java包含各种关系运算符，其中通过==检测是否相等，用!=检测是否不相等。此外，常用的运算符还有<, >, <=, >=。
然后Java沿用了C++的习惯，使用&&表示逻辑与，||表示逻辑或, !表示非。
&&和||为短路求值，也就是如果第一个操作数能确定表达式的值，就不会执行第二个操作数。
此外，Java还支持三元操作符?:。比如"condition ? expression1 : expression2;"的意思是，当condition为true时，执行第一个表达式，否则执行第二个。

5.4 位运算符

java的位运算符包括&,|,^,~，分别表示与、或、异或、非。另外，>>和<<运算符将二进制进行右移或左移操作。

5.5 数值类型之间的转换

在程序运行时，经常涉及一种数值类型转换为另一种数值类型的问题，下图为数值类型之间的合法转换。

其中，实线箭头表示无信息丢失的转换；有3个虚线箭头表示可能有精度损失的转换。例如123 456 789是一个大整数，它所包含的位数比float类型所能表达的位数多，所以在将这个整数转化为float时，会得到相同大小的结果，但却失去一定的精度。

当涉及不同类型的二元操作时，遵循以下规则：

• 如果2个操作数有一个是double类型，另一个操作数就会转化为double类型
• 否则，如果其中一个操作数是float类型，另一个操作数就会转化为float类型
• 否则，如果其中一个操作数是long类型，另一个操作数就会转化为long类型
• 否则，两个操作数都将转化为int类型。

5.6 枚举类型

有时候，变量的取值只在一个有限的集合内，例如服装大小为S、M、L、X等，针对这种情况，可以自定义枚举类型，枚举类型包括有限个命名的值，例如：

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

6. 字符串

每个用双引号括起来的字符串都是String类的一个实例。例如：

String e = "";
String greeting = "hello";

6.1 子串

substring方法可以从一个较大的字符串中提取一个子串。其包括两个参数，分别代表起始位置和结束位置，注意，这是一个左闭右开的区间。

6.2 拼接

Java允许使用+号拼接两个字符串。

6.3 不可变字符串

String类中没有提供修改字符串的方法，如果需要修改，只能通过substring或拼接来实现，此时相当于引用另一个字符串给当前变量，也就是说，java的String类对象是一个不可变字符串。这有一个优点：编译器可以让字符串共享。
在Java中，各种字符串存放在公共的存储池中，字符串变量指向存储池中的相应位置，如果复制一个字符串变量，原始字符串与复制的字符串共享相同的字符。

6.4 字符串是否相等

在Java中，使用equals检测两个字符串是否相等。注意，一定不能使用==运算符检测两个字符串是否相等！这个运算符只能确定两个字符串是否放置在同一个位置。

String greeting = "hello";
boolean flag = "hello".equals(greeting);
System.out.println(flag);

如果虚拟机始终将相同的字符串共享，就可以使用==运算符检测是否相等，但实际上只有字符串常量是共享的，而+或substring等操作产生的结果并不是共享的。

6.5 空串与Null

空串""是长度为0的字符串，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，表示目前没有任何对象与该变量关联。要检测一个字符串是否为null，可以使用如下条件：

if (str == null)

6.6 常用的字符串api

7. 输入输出

7.1 读取输入

在前面的例子中，我们可以看到打印输出到标准输出流（控制台窗口）是一件非常容易的事情，只要使用System.out.println即可，但“标准输入流” System.in就比较复杂，当我们像通过控制台进行输入，首先需要构造一个Scanner对象，并将System.in与之关联。

Scanner in = new Scanner(System.in);

然后我们可以：
使用nextLine来输入一行（以换行结束）；
使用next来输入一个单词（以空格结束）；
使用nextInt读取一个整数（以换行结束）；
使用nextDouble读取一个浮点数（以换行结束）；
如下列代码所示，我们通过scanner获取控制台输入，并赋值给对应的变量。

7.2 格式化输出

在Java中，可以使用printf格式化数值，例如
System.out.printf(“%8.2f”, x) 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。（当宽度不够时，会使用空格补齐）

格式化输出，在我们的系统中，需要打印日志信息，用于后续排查问题，如果是使用字符串拼接的方式，不够清晰并且比较繁琐，而格式化输出则能以比较清晰简单的方式实现我们期望的输出格式。

8. 控制流程

8.1 条件语句

在Java中，条件语句的格式为：
if(condition) statement
这里的条件必须用括号括起来。当希望符合条件时执行多条语句时，使用块语句，格式为:

if (condition) {
	statement1;
	statement2;
}

在Java中，更常见的条件格式如下，表示符合条件时执行某语句，不符合时执行另一个语句。

if (condition) {
	statement1;
	statement2;
} else {
	statement3;
	statement4;
}

此外，还有另一种条件格式，用于有多个判断条件的情况，但某个条件不符合时，接着判断另一个条件，直到结束。

if (condition1) {
	statement1;
	statement2;
} else if(condition2) {
	statement3;
	statement4;
} else if(condition3) {
	statement5;
	statement6;
} else {
	statement7;
	statement8;
}

8.2 循环

while用于当条件为true时，循环执行某语句块。直到不符合条件。

while(condition) {
	statement1;
	statement2;
}

示例如下：

另一个循环执行语句的方式为：

do {
	statement1;
	statement2;
} while(condition);

这种循环语句成为先执行语句，它会先执行语句块的内容，再检测循环条件。

8.3 for循环

for循环语句是支持迭代的一种通用结构，利用每次迭代之后更新的计数器或类似的变量来控制迭代次数。在下列例子中，首先定义变量名为i，初始化值为1，然后判断是否符合i<10这个条件，如果符合，执行System.out.println(i)这条语句，然后执行i+=2这条语句来更新i的数值，然后再判断i<10，如果符合条件，接着执行System.out.println(i)和i+=2, 直到不符合i<10这个条件。

8.4 switch语句

在处理多个选项时，有时候if/else结构会显得比较笨拙，这个时候，我们可以使用switch语句。以发送验证码为例，假设我们现在的验证码方式有邮箱、短信、语音、站内信等方式，如果是if/else，结构，写法如下：

if("sms".equals(sendType) {
	// 发送短信
} else if ("email".equals(sendType) {
	// 发送邮箱
} else if("voice".equals(sendType) {
	// 发送语音
} else if("siteMsg".equals(sendType) {
	// 发送站内信
} else {
	// 默认发送方式
}

使用switch，可以简化为：

switch(sendType) {
	case "sms": 
		// 发送短信
		break;
	case "email":
		// 发送邮箱
		break;
	case "voice":
		// 发送语音
		break;
	case "siteMsg":
		// 发送站内信
		break;
	default:
		//默认发送方式
		break;
}

8.5 break中断语句

在刚才的switch示例中，每一个case结束时，都会加上一个break语句，这个break就是中断，如果不加break，那么会接着往下一个一个匹配。通过break语句，我们可以结束当前的条件块或循环块。如下列例子所示，当i的值为10时，直接退出循环：

8.6 大数值

如果基本的整数和浮点数精度不能满足我们的需求，那么可以使用java.math包中的BigInteger和BigDecimal这两个类，他们可以处理包含任意长度数字序列的数值，其中BigInteger实现了任意精度的整数运算，BigDecimal实现任意精度的浮点数运算。通过valueOf方法，可以将普通的数值转化为大数值。

BigInteger a = BigInteger.valueOf(100);

对于大数值，我们不能直接使用算术运算符，但可以使用他们提供的运算方法，比如add、multiply等。

9. 数组

数组是一种数据结构，用于存储同一类型值的集合，通过一个整数下标可以访问数组中的每一个值。
在声明数组时，需要指出数组类型（数据元素类型紧跟[])和数组变量的名字，如下所示：

int[] a; // 推荐这种声明方式
int b[];

int[] a这条语句只是声明了变量a，但没有将a初始化为一个真正的数组，我们可以使用new运算符创建一个数组，如下语句所示，我们创建一个存储100个整数的数组, 此时所有元素都初始化为0，如果是boolean数组，会初始化为false，对象数组会初始化为null。

int[] a = new int[100];

对于数组，我们可以使用for循环和for each循环来执行遍历，如下所示：

int[] arr = new int[10];
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
  arr[i] = i * 2;
}
// fori循环
for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
	int a = arr[i];
	System.out.println(a);
}
// foreach循环，等价于上面的fori循环，但是更简单
for(int a : arr) {
	System.out.println(a);
}

参考文档

https://www.cnblogs.com/wuqinglong/p/10329368.html
《Java核心技术卷I》（网盘链接：https://pan.quark.cn/s/06c58d47dce1）