Java基础编程实用指南

### Java基础编程实用指南 #### 1. 静态字段与变量声明 在Java编程中，静态字段是一个重要的概念。比如在某个示例里，`oneValueForAllObjects` 字段仅为名为 `sd1` 的类实例设置为 `true`，但 `sd2` 中的该字段同样为 `true`。这是因为在声明该字段时使用了 `static` 关键字。静态字段在类的所有对象中仅存在一份。并且，集成开发环境（IDE）中的编译器会对此发出警告，实际上，应该通过 `StaticDemo.oneValueForAllObjects` 来使用它。 变量声明有其基本格式，通常是 `type variable;` 。在声明变量时进行初始化是常见的做法，所以经常会看到 `type variable = initialValue;` 的形式。字段声明前可以添加修饰符，例如： - `public static variable = initialValue;` - `protected variable;` - `private variable;` 一般习惯将可见性修饰符（`public`、`protected` 或 `private`）放在最前面，但也可以按照自己的喜好排列修饰符的顺序。如果没有指定修饰符，类或成员默认是包私有（package-private）的，这意味着只有同一包内的其他类才能访问该成员。需要注意的是，如果类成员被指定为 `protected`，它也是包私有的，不过其他包中的该类的子类也可以访问。 #### 2. String类型与字符处理 在Java中，`String` 类型比较特殊。它虽然是类类型，但在语法上可以当作基本类型来处理。当用双引号（`"..."`）括起一串字符时，Java会自动创建一个 `String` 对象，无需调用构造函数或使用 `new` 关键字。而且，`String` 类有很多可用的方法，例如 `replace()` 方法。 字符串由字符组成，Java的 `char` 类型是一个两字节的结构，用于以Unicode的UTF - 16编码存储单个字符。生成 `char` 类型字面量有两种方式： - 如果字符容易输入，用单引号括起来，例如 `'G'`。 - 否则，使用 `\u` 前缀加上四位的UTF - 16代码点值，例如 `'\u0490'`。 不过，有些Unicode代码点需要五位，无法用单个 `char` 值表示。另外，不建议使用基本类型来处理货币值，尤其是浮点类型。可以参考相关内容使用Java货币API来计算货币金额，`BigDecimal` 在需要精确的固定小数运算时也很有用。对于刚接触Java的人来说，可能对 `String[]` 数组表示法不太熟悉。 #### 3. 字符串与基本类型的转换 在实际编程中，经常需要在基本数据类型和字符串之间进行转换。 - **问题**：有一个存储在基本数据类型中的值，想将其表示为人类可读的字符串；或者将人类可读的字符串转换为基本数据类型。 - **解决方案**：可以参考以下示例代码： ```java package org.java17recipes.chapter01.recipe01_09; public class StringConversion { public static void main (String[] args) { double pi; String strval; pi = Double.parseDouble("3.14"); System.out.println(strval = String.valueOf(pi)); System.out.println(Double.toString(pi)); } } ``` 该示例展示了将字符串转换为双精度浮点数，以及将浮点数转换回字符串的两种方法，输出结果为 `3.14`。 其工作原理是，对于所有基本类型都有相应的转换模式。将浮点数从人类可读的表示形式转换为Java语言用于浮点运算的IEEE 754格式，例如 `pi = Double.parseDouble("3.14");` 。可以把 `Double` 替换为 `Float`、`Long` 或其他目标数据类型，每个基本类型都有对应的包装类，名称相同但首字母大写。包装类实现了一些辅助方法，如 `Double.parseDouble()`、`Long.parseLong()`、`Boolean.parseBoolean()` 等，这些解析方法可以将人类可读的表示形式转换为相应类型的值。 反过来，调用 `String.valueOf()` 通常是最简单的方法，`String` 类为每个基本数据类型都重载了该方法。或者，包装类也实现了 `toString()` 方法，可以将底层类型的值转换为人类可读的形式，选择哪种方法取决于个人喜好。对于针对数字类型的转换，需要进行一些异常处理，以应对字符串值不是有效的数字表示的情况。 #### 4. 通过命令行传递参数 在Java编程中，有时需要通过命令行向Java应用程序传递参数。 - **问题**：希望通过 `java` 实用程序命令行向Java应用程序传递值。 - **解决方案**：使用 `java` 实用程序运行应用程序，并在应用程序名称后面指定要传递的参数。如果传递多个参数，每个参数之间用空格分隔。例如，对于以下代码： ```java public class PassingArguments { public static void main(String[] args){ if(args.length > 0){ System.out.println("Arguments that were passed to the program: "); for (String arg:args){ System.out.println(arg); } } else { System.out.println("No arguments passed to the program."); } } } ``` 首先要确保编译程序，得到 `.class` 文件。可以在命令行或终端使用 `javac` 实用程序进行编译。然后打开命令提示符或终端窗口，执行 `java` 命令来运行类，并在类名后面输入一些参数。例如 `java PassingArguments Luciano Manelli` ，输出会显示传递的参数。如果参数包含空格或其他特殊字符，需要用双引号括起来，如 `java PassingArguments "Luciano Manelli"` ，这样双引号会将 `"Luciano Manelli"` 字符串作为一个参数处理。 其工作原理是，所有可以从命令行或终端执行的Java类都包含 `main()` 方法，该方法接受一个 `String[]` 参数，即可以向 `main()` 方法传递一个 `String` 对象数组。命令行解释器（如Windows命令提示符、各种Linux和Unix shell）会将命令行参数构建成一个字符串数组，并传递给 `main()` 方法。在示例中，`main()` 方法会显示每个传递的参数，先检查 `args` 数组的长度是否大于0，如果是，则遍历数组并显示每个参数；如果没有传递参数，则输出相应的提示信息。命令行解释器将空格等字符识别为分隔符，传递数字值时通常可以直接用空格分隔，但传递字符串参数时最好用双引号括起来，以消除参数起止位置的歧义。Java将所有参数都视为字符串，如果传递的是数字值，需要使用前面提到的转换方法将其转换为合适的数字类型。 #### 5. 从键盘接受输入 在编写命令行或终端应用程序时，有时需要从键盘接受用户输入。 - **问题**：想要编写一个从键盘接受用户输入的命令行或终端应用程序。 - **解决方案**：使用 `java.io.BufferedReader` 和 `java.io.InputStreamReader` 类来读取键盘输入并存储到局部变量中。以下是示例代码： ```java package org.java17recipes.chapter01.recipe01_11; import java.io.*; public class AcceptingInput { public static void main(String[] args){ BufferedReader readIn = new BufferedReader( new InputStreamReader(System.in) ); String numberAsString = ""; long numberAsLong = 0; boolean numberIsValid = false; do { System.out.println("Please enter a number: "); try { numberAsString = readIn.readLine(); System.out.println("You entered " + numberAsString); } catch (IOException ex){ System.out.println(ex); } try { numberAsLong = Long.parseLong(numberAsString); numberIsValid = true; } catch (NumberFormatException nfe) { System.out.println ("Not a number!"); } } while (numberIsValid == false); } } ``` 该程序会不断提示用户输入，直到输入的字符表示一个有效的 `long` 类型值为止。例如，当输入 `No` 和 `Yes` 时，程序会提示不是有效的数字，输入 `75` 时程序结束。 其工作原理如下：程序使用了 `java.io.BufferedReader` 和 `java.io.InputStreamReader` 两个辅助类。`System.in` 代表键盘，Java的运行时环境会自动创建该对象，无需手动声明。`System.in` 提供了从输入设备（这里是键盘）获取原始字节数据的途径，`InputStreamReader` 类的作用是将这些字节转换为当前字符集的字符，通过将 `System.in` 传递给 `InputStreamReader()` 构造函数来创建 `InputStreamReader` 对象。`InputStreamReader` 了解字符但不了解行，`BufferedReader` 类的作用是检测输入流中的换行符，方便逐行读取输入，并且可以提高效率，因为它允许从输入设备进行不同大小块的物理读取。当执行 `numberAsString = readIn.readLine();` 语句时，会经历以下步骤： 1. `System.in` 返回字节序列。 2. `InputStreamReader` 将这些字节转换为字符。 3. `BufferedReader` 将字符流分割成输入行。 4. `readLine()` 方法将一行输入返回给应用程序。 输入/输出（I/O）调用必须用 `try - catch` 块包裹，以捕获可能出现的异常。如果转换不成功，`try` 部分会失败，`numberIsValid` 标志不会被设置为 `true`，循环会继续，让用户再次尝试输入有效值。 #### 6. 代码文档化 为了方便代码的后续维护，对Java类进行文档化是很有必要的。 - **问题**：想要对一些Java类进行文档化，以辅助后续维护。 - **解决方案**：使用JavaDoc在想要文档化的包、类、方法或字段之前添加注释。注释以 `/**` 开头，后续每行以星号（`*`）开头，最后以 `*/` 结尾。以下是一个用JavaDoc注释的方法示例： ```java package org.java17recipes.chapter01.recipe01_12; import java.math.BigInteger; public class JavadocExample { /** * Accepts an unlimited number of values and * returns the sum. * * @param nums Must be an array of BigInteger values. * @return Sum of all numbers in the array. */ public static BigInteger addNumbers(BigInteger[] nums) { BigInteger result = new BigInteger("0"); for (BigInteger num:nums){ result = result.add(num); } return result; } /** * Test the addNumbers method. * @param args not used */ public static void main (String[] args) { BigInteger[] someValues = {BigInteger.TEN, BigInteger.ONE}; System.out.println(addNumbers(someValues)); } } ``` 可以用同样的方式在包、类和字段开头添加注释，这些注释对自己和其他维护代码的程序员有帮助，并且其特定格式便于生成代码的HTML参考文档。 通过调用JavaDoc工具可以生成HTML参考文档，该命令行工具会解析指定的Java源文件，并根据定义的类元素和JavaDoc注释生成HTML文档。例如，运行 `javadoc JavadocExample.java` 命令会生成多个包含包、类、方法和字段文档的HTML文件。如果源文件中没有JavaDoc注释，仍然会生成一些默认文档。要查看文档，在浏览器中加载 `index.html` 文件，该文件与要文档化的类或包在同一目录下，还有一个 `index - all.html` 文件按严格字母顺序列出了所有文档化的实体。使用JavaDoc工具的规则与使用 `javac` 类似，必须位于源文件所在的同一目录，或者在文件名前加上文件所在的路径。 JavaDoc注释应该以类或方法的简短描述开头，字段很少用JavaDoc注释，除非它们被声明为 `public static final`（常量），此时添加注释是个好主意。注释可以有多行，甚至包含多个段落，若要分段，可以使用 `<p>` 标签。注释中可以包含一些标签来表明方法或类的各种详细信息，JavaDoc标签以 `@` 开头，常见的标签有： - `@param`：参数的名称和描述。 - `@return`：方法返回的内容。 - `@see`：对其他代码的引用。 还可以在JavaDoc中包含内联链接来引用URL，使用 `{@link My Link}` 标签，其中 `link` 是实际要指向的URL，`My Link` 是要显示的文本。JavaDoc注释中还可以使用很多其他标签，如 `{@literal}`、`{@code}`、`{@value org}` 等。 JavaDoc工具可以对整个包或源文件运行，只需将包名传递给JavaDoc工具，而不是单个源文件名。例如，如果应用程序包含一个名为 `org.luciano.beans` 的包，可以通过运行 `javadoc org.luciano.beans` 来为该包内的所有源文件生成文档。默认情况下，JavaDoc工具会生成HTML并将其放在与文档化代码相同的包中，如果希望将源文件和文档分开，可以通过传递 `-d` 标志来为生成的文档设置目标位置。 ### Java基础编程实用指南 #### 7. 总结与对比 为了更好地理解和掌握前面介绍的各个知识点，下面通过表格的形式对一些关键内容进行总结和对比。 | 知识点 | 关键信息 | 示例 | | --- | --- | --- | | 静态字段 | 用 `static` 关键字声明，在类的所有对象中仅存在一份 | `oneValueForAllObjects` 字段，通过 `StaticDemo.oneValueForAllObjects` 使用 | | 变量声明 | 基本格式 `type variable;`，可初始化 `type variable = initialValue;`，可加修饰符 | `public static variable = initialValue;` | | String类型 | 类类型，语法上可当基本类型，自动创建对象 | `"Hello"` 自动创建 `String` 对象 | | 字符处理 | `char` 类型两字节，存储UTF - 16编码字符，生成字面量有两种方式 | `'G'`，`'\u0490'` | | 字符串与基本类型转换 | 基本类型有对应包装类，包装类有解析和转换方法 | `Double.parseDouble("3.14")`，`String.valueOf(pi)` | | 命令行传递参数 | 通过 `main()` 方法的 `String[]` 参数接收，参数用空格分隔，含特殊字符用双引号 | `java PassingArguments Luciano Manelli` | | 键盘输入 | 使用 `BufferedReader` 和 `InputStreamReader` 类，I/O操作需 `try - catch` 块 | `BufferedReader readIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));` | | 代码文档化 | 使用JavaDoc注释，以 `/**` 开头，`*/` 结尾，可生成HTML文档 | `/** @param nums Must be an array of BigInteger values. */` | #### 8. 流程图梳理 下面通过mermaid格式的流程图来梳理从键盘接受输入的流程： ```mermaid graph TD; A[开始] --> B[创建BufferedReader对象]; B --> C[提示用户输入数字]; C --> D[读取用户输入]; D --> E{输入是否有效}; E -- 是 --> F[结束]; E -- 否 --> G[提示不是有效数字]; G --> C; ``` 这个流程图清晰地展示了程序如何不断提示用户输入，直到输入的是有效的 `long` 类型值为止。 #### 9. 实际应用场景分析 - **静态字段的应用**：在需要多个对象共享同一数据时，静态字段非常有用。例如，在一个学生管理系统中，所有学生对象可以共享学校的名称，这个学校名称就可以用静态字段来存储。 - **字符串与基本类型转换的应用**：在用户输入数据时，通常输入的是字符串，需要将其转换为相应的基本类型进行处理。比如，在一个计算器应用中，用户输入的数字是字符串形式，需要转换为数字类型进行计算。 - **命令行传递参数的应用**：在自动化脚本中，经常需要通过命令行传递参数来控制程序的行为。例如，一个数据处理脚本可以通过命令行参数指定要处理的数据文件路径。 - **键盘输入的应用**：在开发一些交互式的命令行工具时，从键盘接受用户输入是必不可少的。比如，一个简单的问答游戏程序，需要不断从键盘获取用户的答案。 - **代码文档化的应用**：在团队开发中，代码文档化可以帮助其他开发者快速理解代码的功能和使用方法。例如，一个大型项目中，不同开发者负责不同的模块，通过查看JavaDoc文档可以更好地协作。 #### 10. 注意事项与技巧 - **静态字段**：使用静态字段时要注意，由于它被所有对象共享，修改它的值会影响所有对象。因此，在多线程环境下使用静态字段需要考虑线程安全问题。 - **字符串与基本类型转换**：在进行转换时，要注意异常处理。例如，当输入的字符串不能转换为有效的数字时，会抛出 `NumberFormatException` 异常，需要进行捕获和处理。 - **命令行传递参数**：传递参数时，要注意参数的顺序和格式。如果参数包含空格或特殊字符，一定要用双引号括起来，避免出现歧义。 - **键盘输入**：在使用 `BufferedReader` 和 `InputStreamReader` 进行输入操作时，要确保在 `try - catch` 块中处理可能出现的 `IOException` 异常。 - **代码文档化**：编写JavaDoc注释时，要尽量详细和准确，使用规范的标签和格式。同时，定期更新文档，确保文档与代码的一致性。 #### 11. 拓展学习建议 - **深入学习Java核心类库**：除了本文介绍的 `String`、`BufferedReader` 等类，Java还有很多其他强大的类库，如集合框架、多线程编程等，可以进一步深入学习。 - **学习设计模式**：设计模式可以帮助我们更好地组织和架构代码，提高代码的可维护性和可扩展性。常见的设计模式有单例模式、工厂模式等。 - **参与开源项目**：通过参与开源项目，可以学习到其他开发者的优秀代码和编程习惯，同时也可以为开源社区做出贡献。 - **阅读优秀的Java书籍**：有很多经典的Java书籍，如《Effective Java》《Java核心技术》等，可以帮助我们系统地学习Java编程。 通过对这些Java基础知识的学习和掌握，我们可以为后续的Java编程打下坚实的基础，在实际开发中更加得心应手。希望本文介绍的内容能对大家有所帮助，祝大家在Java编程的道路上取得更好的成绩！