Java编程中的关键特性与技巧

# Java编程中的关键特性与技巧 ## 1. 短路求值（Short-Circuit Evaluation） 短路求值是Java中一个重要的特性，它能帮助我们避免一些潜在的错误，同时提高程序的性能。 ### 1.1 示例代码 下面是一个计算篮球运动员投篮命中率并输出相应信息的程序： ```java import java.util.Scanner; public class ShootingPercentage { public static void main(String[] args) { int attempted; // 投篮尝试次数 int made; // 投篮命中次数 Scanner stdIn = new Scanner(System.in); System.out.print("Number of shots attempted: "); attempted = stdIn.nextInt(); System.out.print("Number of shots made: "); made = stdIn.nextInt(); if ((attempted > 0) && ((double) made / attempted) >= .5) { System.out.printf("Excellent shooting percentage - %.1f%%\n", 100.0 * made / attempted); } else { System.out.println("Practice your shot more."); } } } ``` ### 1.2 短路求值原理 在上述代码的`if`语句条件`(attempted > 0) && ((double) made / attempted) >= .5`中，如果`attempted`为0，`attempted > 0`的结果为`false`。根据短路求值的规则，当`&&`运算符左边的表达式结果为`false`时，右边的表达式将不会被计算，因为整个表达式的结果已经确定为`false`。这样就避免了除以零的错误。 ### 1.3 短路求值的好处 - **避免错误**：可以避免表达式右侧的非法操作，如上述例子中的除以零错误。 - **提高性能**：由于结果已经确定，计算机无需浪费时间计算表达式的其余部分。 ### 1.4 `printf`中的`%%` 在`printf`语句中，`%%`是一个转换说明符，用于打印百分号。例如，在上述代码的`printf`语句中，`%.1f%%`会在输出中打印出百分号。 ## 2. 空语句（Empty Statement） 空语句由一个单独的分号组成，用于在编译器要求有语句但无需执行任何操作的地方。 ### 2.1 使用空语句添加延迟 ```java monster.display(); for (int i = 0; i < 1000000000; i++) ; monster.erase(); ``` 在上述代码中，`for`循环的循环体为空语句，所有的工作都在循环头中完成，通过`i`从0计数到十亿来实现延迟。根据计算机的速度，这个延迟可能从几分之一秒到五秒不等。 ### 2.2 避免意外使用空语句 程序员有时会意外创建空语句，例如在循环头末尾添加分号。下面是一个示例： ```java System.out.print("Do you want to play a game (y/n)? "); while (stdIn.next().equals("y")); { // 玩游戏的代码 System.out.print("Play another game (y/n)? "); } ``` 在上述代码中，`while`循环头末尾的分号形成了一个空语句，导致循环体为空。后续的大括号内的代码不再是`while`循环的一部分，而是在循环结束后执行，这可能会导致逻辑错误。 ### 2.3 空语句的编码规范 建议将空语句单独放在一行并进行缩进，这样可以提高代码的可读性，便于维护。 ## 3. 循环中的`break`语句 `break`语句可以用于`while`、`do`或`for`循环中，用于终止当前所在的循环，并将控制权转移到循环底部之后的下一条语句。 ### 3.1 `DayTrader`程序示例 ```java public class DayTrader { public static void main(String[] args) { double balance = 1000.00; // 保留的资金 double moneyInvested; // 投资的资金 double moneyReturned; // 一天结束时赚取的资金 int day; // 当前天数，范围从1到90 for (day = 1; day <= 90; day++) { if (balance < 1.0 || balance > 5000.0) { break; } balance = moneyInvested = balance / 2.0; moneyReturned = moneyInvested * (Math.random() * 2.0); balance += moneyReturned; } System.out.printf("final balance on day %d: $%4.2f\n", (day - 1), balance); } } ``` 在上述代码中，如果`balance`超出了1美元到5000美元的范围，`break`语句会使程序控制立即跳转到`for`循环下面的下一条语句，从而提前终止循环。 ### 3.2 避免过度使用`break`语句 通常，阅读程序的人只会查看循环头来确定循环的终止条件。过度使用`break`语句会迫使读者在循环内部查找终止条件，使程序更难理解。但在某些情况下，`break`语句可以提高代码的可读性，如上述`DayTrader`程序的例子。 ## 4. `for`循环头的细节 ### 4.1 省略`for`循环头的组件 可以省略`for`循环头中的任何组件，只要两个分号仍然出现在括号内。例如： ```java System.out.print("Enter countdown starting number: "); count = stdIn.nextInt(); for (; count > 0; count--) { System.out.print(count + " "); } System.out.println("Liftoff!"); ``` 当省略`for`循环头的条件组件时，条件被认为对于循环的每次迭代都为`true`，这样的循环通常是无限循环，但可以使用`break`语句终止。例如： ```java for (;;) { ... if (<condition>) { break; } } ``` 不过，这种代码比较晦涩，应尽量避免自己编写这样的代码。 ### 4.2 多个初始化和更新组件 在`for`循环头中，可以包含用逗号分隔的初始化列表和更新列表，以满足需要多个索引变量的情况。例如： ```java System.out.printf("%3s%5s\n", "Up", "Down"); for (int up = 1, down = 5; up <= 5; up++, down--) { System.out.printf("%3d%5d\n", up, down); } ``` 输出结果如下： | Up | Down | |----|------| | 1 | 5 | | 2 | 4 | | 3 | 3 | | 4 | 2 | | 5 | 1 | 使用多个初始化和更新组件可以使代码更紧凑，但如果代码变得更难理解，就不建议使用。 下面是一个关于短路求值、空语句、`break`语句和`for`循环头细节的关系的mermaid流程图： ```mermaid graph LR A[短路求值] --> B[避免错误] A --> C[提高性能] D[空语句] --> E[添加延迟] D --> F[避免意外使用] G[break语句] --> H[终止循环] G --> I[避免过度使用] J[for循环头细节] --> K[省略组件] J --> L[多个初始化和更新组件] ``` ## 5. Unicode相关知识 ### 5.1 Unicode标准 早期我们知道字符的底层数值来自ASCII字符集，但世界上的字符远不止128个。Java语言的设计者为了支持多种语言和字母表，采用了Unicode标准。Unicode标准为多达65,536个字符定义了底层数值。 ### 5.2 为什么Unicode有65,536个字符 Unicode标准的设计者决定使用16位来表示计算机程序中所需的所有字符。因为2的16次方等于65,536，所以16位可以表示65,536个不同的字符。其二进制表示从`0000 0000 0000 0000`到`1111 1111 1111 1111`。 ### 5.3 ASCII字符集与Unicode的关系 ASCII字符集是Unicode字符集的子集，Unicode设计者将ASCII字符集的字符插入到Unicode字符集的前128个位置。这意味着程序员可以通过简单的ASCII表来查找这些字符的数值，而无需遍历庞大的Unicode字符集。 ### 5.4 十六进制数 计算机通常使用二进制，而16是2的简单幂（16 = 2^4），因此常用十六进制（以16为基数）来表示计算机中的数量。十进制数使用0 - 9这10个符号，而十六进制数使用0 - 9、a - f（或A - F）这16个符号。 在Java中，整数可以用十进制或十六进制表示。如果要将一个数解释为十六进制，必须以`0x`作为前缀。例如，`0x263A`是一个十六进制数。可以使用`Integer.toString`方法进行十进制和十六进制之间的转换： ```java System.out.println(Integer.toString(0x263A, 10)); // 输出十进制等价数 System.out.println(Integer.toString(9786, 16)); // 输出十六进制等价数 ``` ### 5.5 Unicode转义序列 Java提供了Unicode转义序列来指定字符，格式为`\u`后面紧跟一个十六进制数的四位十六进制数字，如`'\u####'`。例如，`'\u0391'`表示一个特定的字符。这个转义序列可以嵌入到字符串中的任何位置。 ### 5.6 在Java程序中使用Unicode 在文本环境中，`System.out.println`可以用于打印Unicode表中前128个字符，但对于其他字符，需要在图形用户界面（GUI）环境中使用GUI命令来显示。 下面是一个使用GUI显示部分Unicode字符的程序示例： ```java import javax.swing.*; import java.awt.Font; public class UnicodeDisplay { public static void main(String[] args) { int[] codes = {'\u0391', '\u0410', '\u2200', '\u2500', '\u2700'}; String[] descriptions = {"Greek", "Cyrillic (Russian)", "mathematical operators", "box drawing", "dingbats"}; JFrame window = new JFrame("Some Unicode Characters"); JTextAre ```