Java基本程序设计结构

Java 基本程序设计结构

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1 基本程序结构

  一个普通的Java程序Hello.java。

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

这个程序是最基本的Java程序结构。解析如下：

• 关键字public为访问权限修饰符，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表示Java程序中的全部内容都包含在类中。
• Hello标识符是该类的名字。
• public static void main(String[] args)是Java程序入口的固定写法，程序从这里开始执行。
• System.out.println()是Java中最常用于控制台输出字符串的语句。

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2 Java 项目结构

上图展示的是一个Java项目最基本的结构，分析如下：

• 一个Java项目中包含着Java运行的环境、Java代码和配置文件等等。
• 一般来说，Java的代码文件都放在src文件夹下的包（package）中。
• 值得注意的是，程序中的类名必须和Java文件的名字保持一致。

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3 注释

  注释分为：单行注释、多行注释和文档注释，实现方式如下：

//这是一个单行注释

/*
这是一个
多行注释
*/

/**
 * 这是一个文档注释
 * @author Jacks丶
 * @version 1.0
 * @Date  2019-12-18
 */

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4 数据类型

类型	标识符	存储需求	取值范围
整型	byte	1个字节	-2^8 ~ 2^8 - 1
整型	short	2个字节	-2^15 ~ 2^15 - 1
整型	int	4个字节	-2^31 ~ 2^31 - 1
整型	long	8个字节	-2^63 ~ 2^63 - 1
浮点型	float	4个字节	有效位数 6 ~ 7 位
浮点型	double	8个字节	有效位数 15 位
字符型	char	2个字节	\u0000 ~ \Uffff
布尔型	boolean	1个字节	true和false

4.1 整型

• 长整型数需要加后缀L，如4000000000L
• 二进制数需要加前缀0b或0B，如0b11表示3。（Java7后的特性）
• 八进制数需要加前缀0，如011表示9
• 十六进制数需要加前缀0x或0X，如0x11表示17
• 可以用下划线分隔数值，如1_000_000表示一百万

4.2 浮点型

• float型数值有一个后缀F或f（如3.14f），没有f后缀的浮点数值（如3.14）默认为double类型
• 表示溢出或出错的三个特殊的浮点数值：
  • 正无穷大
  • 负无穷大
  • NaN（不是一个数字）

4.3 字符型

特殊字符转义序列：

转义序列	名称	Unicode值
\b	退格	\u0008
\t	制表	\u0009
\n	换行	\u000a
\r	回车	\u000d
\"	双引号	\u0022
\’	单引号	\u0027
\\	反斜杠	\u005c

4.4 布尔型

  布尔型只有两个值：true和false，用于判定逻辑条件，且不能与整型值相互转换。

4.5 数据类型转换

这里的大类型和小类型是相对于存储需求来讲的。

double a = 10;//int类型自动转换成double类型。b = 10.0
int x = (int)3.14159;//double类型被强制转换成了int类型，存在的问题是精度丢失，小数点后的数字会丢失。x = 3

强制类型转换格式：

小类型 变量名 = (小类型)大类型数据;

强制类型转换容易造成数据溢出或、精度丢失，一般不推荐使用。

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5 变量

  Java是一种强类型语言，必须为每一个变量声明一种类型。

5.1 变量的声明与初始化

double salary;
int id;
boolean done;

salary = 20000.0;
id = 1;
done = true;

若变量声明后未初始化便直接调用，编译器会报错，如下所示：

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

Error：The local variable a may not have been initialized

在Java中，变量的声明可以放在代码中的任意位置，如下所示：

int a = 1;
System.out.println(a);
int b = 2;
System.out.println(b);

5.2 常量

  Java中的常量用final关键字修饰，表示是最终的，不可修改的。

  常量名使用全大写，如下所示：

final double PI = 3.14159;

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6 字符串

  字符串不是基本数据类型，而是引用类型。从概念上理解字符串就是Unicode字符序列。

  String介绍

6.1 声明与初始化

String a = "Hello";
String b = ",World!";
String c = a + b;
String d = a.substring(0,3);//a的前三个字符组成新的子串
System.out.println(c);
System.out.println(d);

需要注意的是，String字符串是不可修改的，如果要把"hello"变成"help"可以如下处理：

String e = "hello".substring(0,3) + "p";    //输出help

6.2 判断两个字符串是否相等

需用用到两个方法进行判断：equals 和 equalsIgnoreCase，如下展示：

System.out.println("hello".equals("hello"));//区分大小写
System.out.println("hello".equalsIgnoreCase("HELLO"));//不区分大小写

6.3 空串 和 Null串

空串""是一个长度为0的字符串，可以调用以下代码进行判断：

if(str.length() == 0)
if(str.equals(""))

空串是一个 Java 对象，有长度（0）和内容（空）。

Null串表示目前没有任何对象与该变量关联，可以用以下代码进行判断：

if(str == null)

有时需要同时排查 空串 和 null 串，可以用以下代码进行判断：

if(str == null || str.length() == 0);
if(str != null && str.length() != 0);

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7 输入与输出

7.1 读取输入

获取键盘输入，需要使用Scanner包，具体实现如下：

import java.util.Scanner;//导入Scanner包

public class Iodemo {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);//创建一个获取输入的对象
        System.out.println("How old are you?");//输入提示语句
        int age = sc.nextInt();//获取输入，赋值给age
        System.out.println("Your age is " + age);
    }
}

关于Scanner类，查看这篇博客：Java中的 Scanner 类

7.2 格式化输出

最常用的输出代码：System.out.println("输出内容")

可以用字符串拼接的方式来格式化输出，如下所示：

String name = "Jacks";
int age = 20;
System.out.println("My name is " + name + " and my age is " + age + ".");

其他输出代码：

• System.out.print()，这个和上面的功能差不多，但是不提供自动换行功能。
• System.out.printf()，这个是沿用与C语言库函数的printf，用于与C语言中的printf一致。

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8 控制流程

8.1 块作用域

  块（block），是指由一对大括号括起来的若干条简单的Java语句，确定了变量的作用域，一个块可以嵌入在另一块中，但是不能在嵌套的两个块中声明同名变量。

8.2 条件语句（if）

//1. 普通 if 条件判断语句
if (条件为真) 执行代码；

if（条件为真）{
    执行代码1;
    执行代码2;
    ...
}

// 2. if 嵌套 else
if(条件为真){
    执行代码1;
    执行代码2;
    ...
}else{
    执行代码1;
    执行代码2;
    ...
}
// 3. if 嵌套 else if
if(条件1为真){
    执行代码1;
    执行代码2;
    ...
}else if(前面条件不满足且条件2为真){
    执行代码1;
    执行代码2;
    ...
}else{//前面的条件都不满足
    执行代码
}
// if嵌套 else if
public static void main(String[] args) {
    int score = 65;
    if (score >= 80 && score <= 100) {
        System.out.println("优秀！");
    }else if (score >= 70) {
        System.out.println("良好");
    }else if (score >= 60) {
        System.out.println("一般");
    }else {
        System.out.println("差");
    }
}

8.3 循环结构

1. while循环

while(条件为真){
    循环体代码;
}

//输出5次hello，world
public static void main(String[] args) {
    int a = 5;
    while( a > 0 ) {
        System.out.println("hello,world");
        a--;
    }
}

2. do…while 循环

do{
    循环体代码;
}while(条件为真);

// 先执行代码，再判断条件,打印 5 次hello,world
public static void main(String[] args) {
    int a = 5;
    do {
        System.out.println("hello,world");
        a--;
    }while( a > 0 );
}

3. for 循环

for(循环初值;循环条件;改变条件){
    循环体内容;
}

// 打印 5 次 hello,world
public static void main(String[] args) {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        System.out.println("hello,world");
    }
}

8.4 多重选择：switch

switch(表达式){
    case 值1:
        执行语句;break;
    case 值2:
        执行语句2;break;
    ...
    default:
        执行语句n;
}

//输入一个 字母 显示对应情况
public static void main(String[] args) {
    System.out.println("请输入A,B,C,D中任意一个字符：");
    Scanner sc = new Scanner(System.in);
    String choice = sc.next();
    switch(choice) {
        case "A":
            System.out.println("优秀");break;
        case "B":
            System.out.println("良好");break;
        case "C":
            System.out.println("一般");break;
        case "D":
            System.out.println("差");break;
        default:
            System.out.println("无效输入！");
    }
}

case 标签可以是：

• 类型为 char、byte、short或int的常量表达式
• 枚举常量
• 字符串字面量（Java7以后）

8.5 中断控制流程语句

1. break
   break关键字用于跳出所在循环体，并执行循环体后面的语句。

int a = 0;
while(a < 5){
    a++;
    if(a == 3) break;
    System.out.println("hello,world");
}

这个程序只会打印2次hello,world，循环执行第三次的时候，a==3，跳出循环体

2. continue
   continue关键字用于跳过本次循环，并开始下一次循环。

   有不少初学者对break和continue的概念理解混淆，反正记住遇到break，循环就结束了，遇到continue直接回到条件判断，如果条件成立则继续执行循环。

int a = 1;
while(a < 5){
    a++;
    if(a == 3) break;
    System.out.println("hello,world");
}

这个程序会打印 4 次hello,world，因为循环到第三次的时候，a == 3，又回到条件判断了，显然条件 3 < 5成立，继续执行程序a++,此时a == 4，不再执行continue。

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9 数组

数组是一种数据结构，用来存储同一类型值的集合。

9.1 数组的声明与初始化

基本定义格式如下：

数据类型[] 数组名 = new 数据类型[长度]
数据类型[] 数组名 = new 数据类型[]{元素1，元素2，…}
数据类型[] 数组名 = {元素1，元素2，…}

public static void main(String[] args) {
    //三种定义数组的方式
    int[] a = new int[3];
    char[] b = new char[] {'a','b','c'};
    String[] c = {"Hello","world","你好","世界"};
    //为数组a赋值
    for(int i=0;i<a.length;i++) {
        a[i] = i + 1;
    }
    //遍历数组a中的元素，增强for或称foreach
    for(int i : a) {
        System.out.print(" " + i);
    }
    System.out.println("");
    //遍历数组b中元素
    for(char i : b) {
        System.out.print(" " + i);
    }
    System.out.println("");
    //遍历数组c中的元素
    for(String i : c) {
        System.out.print(" " + i);
    }
}

9.2 访问数组中的元素

通过一个整型下标可以访问数组中的每一个值（取值或赋值操作）。

取值：数组名[整型下标],如arrayName[4]，访问数组的第5个元素
赋值：数组名[整型下标],如arrayName[3] = 4;将数组的第四个元素赋值为4。

需要注意的是，整型下标的取值范围是 [0 , 数组长度 - 1]，数组的长度可以使用 array.length 来表示。

int[] a = {1, 2, 3, 4, 5};
int b = a[0];
System.out.println(b);

9.3 for each 循环

for each循环也叫增强for，是一种功能很强的的循环结构，可以用来依次处理数组中的每个元素。

语句格式：

for(变量 : 数组) {
  执行循环体;
}

int[] a = {1, 2, 3};
for( int i : a){
    System.out.println(i);
}

9.4 多维数组

  Java中多维数组的意义为数组中的数组。

1. 二维数组定义与初始化
   语句格式：
   数据类型[][] 数组名 = new int[数组个数][每个数组的长度];

//定义二维数组
int[][] a = {{1,2,3},
             {4,5,6},
             {7,8,9}};
//遍历二维数组
for(int i = 0;i<a.length;i++) {
    for (int j = 0; j < a[i].length; j++) {
        System.out.println(a[i][j]);
    }
}
//快速打印2位数组
System.out.println(Arrays.deepToString(a));

2. 延伸到多维数组

//定义三维数组
int[][][] b = {{{1,2,3},{4,5,6}},
               {{7,8,9},{10,11,12}}};
//遍历三维数组
for (int i = 0; i < b.length; i++) {
    for (int j = 0; j < b[i].length; j++) {
        for (int k = 0; k < b[i][j].length; k++) {
            System.out.println(b[i][j][k]);
        }
    }
}
//快速打印
System.out.println(Arrays.deepToString(b));

3. 不规则数组
   暂时用不到，后续添加。

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9.5 其他数组知识

Arrays的API文档

1. 数组拷贝
   将一个数组的变量拷贝到一个新的数组中，可以使用Arrays类中copyOf方法。
   语句格式：
   数据类型[] 数组名 = Arrays.copyOf(数组名,新数组长度);

int[] a = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] b = Arrays.copyOf(a, 6);
for (int i : b) {
    System.out.println(i);
}

2. 排序
   讲一个数组进行排序，可以使用Arrays类中的sort方法进行从小到大快速排序。
   语句格式：
   Arrays.sort(数组名);

int[] a = {1, 3, 7, 4, 5};
Arrays.sort(a);
for (int i : a) {
    System.out.println(i);
}

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10 综合实例

  这是一个猜数字游戏，使用了Random类来产生一个指定范围内的随机整数，额外增加了一个异常处理的操作，目的在于输入不是整数时抛出异常并提醒重新输入。

package com.se.demo;

import java.util.Random;
import java.util.Scanner;

/**
 * 猜数字游戏
 * @author Jacks丶
 */
public class GuessNumber {
    public static void main(String[] args) {
        Random  r = new Random();
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int computer = r.nextInt(100);      //产生一个[0,100)内的随机数,也就是0~99
        //设置提示范围
        int min = 0;
        int max = 99;
        //记录猜的次数
        int count = 0;
        while(true) {
            count++;
            //让玩家输入猜的数字
            try {
                System.out.println("请输入一个["+min+"]到["+max+"]的整数：");
                int player = sc.nextInt();
                if(player < computer) {//猜小了
                    min = player;
                    System.out.println("猜的数字太小了，再猜猜呢？");
                }else if(player > computer){//猜大了
                    max = player;
                    System.out.println("猜的数字太大了，再猜猜呢？");
                }else {//猜对了
                    System.out.println("恭喜你猜对了！小花花送给你。你一共猜了"+count+"次哦！");
                    break;
                }          
            } catch (Exception e) {//异常处理
                System.out.println("输入无效，请输入整数哦。");
                sc = new Scanner(System.in);  
            }
        }
    }
}