Java编程：引用类型、语句表达与运算符详解

# Java编程：引用类型、语句表达与运算符详解 ## 1. 引用类型的工作原理 ### 1.1 引用类型与基本类型的区别 在Java编程里，引用数据类型和基本数据类型的表现有所不同。使用基本数据类型变量时，只需声明变量并直接赋值。但对于引用数据类型，还需要使用`new`运算符来分配内存、创建对象，并将对象的内存位置值赋给引用标识符。 ### 1.2 引用变量和对象的定义 - **引用变量**：在程序运行时，引用变量是一个标识符，可被赋予对象的内存位置值。一旦对象的内存位置值被赋给引用，就可以通过它访问对象的功能。 - **对象**：对象是一块内存区域，包含与类的特定实例相关的数据。使用`new`运算符为对象动态分配系统内存时，就创建了对象，这个过程称为实例化。 ### 1.3 使用`new`运算符创建对象 下面的示例展示了如何使用`new`运算符实例化对象，并将其内存位置值赋给引用变量： ```java public class TestClassTwo { public static void main(String[] args){ Object object_reference = new Object(); System.out.println(object_reference.toString()); } } ``` 在这个例子中，第3行声明了一个名为`object_reference`的引用变量，同时使用`new`运算符在内存中创建了一个`java.lang.Object`类型的对象，并将其位置值赋给`object_reference`。`new`运算符后面跟着要创建对象的类名，类名后有一对括号，这被称为构造函数调用。构造函数是一种特殊的方法，用于在内存中正确设置或构造对象的实例。 对象创建后，可以通过引用变量访问其功能，如第4行调用`toString()`方法，该方法返回对象的字符串表示，包含对象名和代表对象哈希码的十六进制值。 ### 1.4 垃圾回收机制 当想创建新对象并将其内存位置赋给现有引用变量时，只需再次使用`new`运算符。Java虚拟机通过垃圾回收器管理内存，会定期检查堆中的对象，确保它们有有效的引用指向。若没有，这些对象会被标记为待回收，其占用的内存空间将被释放，供其他对象使用。示例如下： ```java public class TestClassTwo { public static void main(String[] args){ Object object_reference = new Object(); System.out.println(object_reference.toString()); object_reference = new Object(); System.out.println(object_reference.toString()); } } ``` 第5行使用`new`运算符在堆上创建另一个`Object`类对象，新对象的内存位置值会覆盖`object_reference`中存储的旧值，使其指向新对象。此时，旧对象不再有引用指向，可被垃圾回收。 ## 2. 从`main()`方法访问类成员 ### 2.1 `main()`方法的特性 `main()`方法是静态方法，这意味着它只能直接访问被声明为静态的类变量或常量。 ### 2.2 类变量/常量和实例变量/常量的定义 - **类变量/常量**：在类定义主体中，在任何方法之外声明为静态的变量或常量，称为类变量或常量，其值可供该类类型的所有动态创建的对象使用。 - **实例变量/常量**：在类定义主体中，在任何方法之外声明为非静态的变量或常量，称为实例变量或常量，每个动态创建的对象都有这些变量或常量的副本。要从静态方法访问实例变量或常量，需要对象的引用。 ### 2.3 访问示例 以下是一个包含静态变量和实例变量声明的类示例： ```java public class TestClassThree { public static int static_int_variable; // main() can access this variable private static int static_int_variable_2; // and this one too... public int instance_int_variable; // But it needs a reference to an object private int instance_int_variable_2; // to access these instance variables... public static void main(String[] args){ System.out.println(static_int_variable); System.out.println(static_int_variable_2); System.out.println(TestClassThree.static_int_variable); System.out.println(TestClassThree.static_int_variable_2); TestClassThree tc3 = new TestClassThree(); System.out.println(tc3.instance_int_variable); System.out.println(tc3.instance_int_variable_2); } } ``` 从代码可知，`main()`方法可直接访问静态变量（第9、10行），也可使用全类名限定的方式访问（第11、12行）。要访问实例变量，`main()`方法需要一个`TestClassThree`对象的引用（第14行），通过引用变量`tc3`访问实例变量（第16、17行）。运行该程序，所有变量的值默认都为0。 ## 3. 语句和表达式 ### 3.1 语句的基本规则 Java程序由一系列语句和表达式构成，大部分语句以分号结尾。空语句就是一个单独的分号，两条语句可以在同一行，如`;;`。表达式语句如`int variable_name = 3;`。一系列语句可以包含在一个代码块中，代码块用一对花括号括起来。 ### 3.2 示例分析 以下示例展示了不同类型的语句： ```java public class StatementTest { public static void main(String[] args){ ; ;; enclosed_block_1: { int variable_name = 3; System.out.println(variable_name); } enclosed_block_2: { int variable_name = 5; System.out.println(variable_name); } } } ``` `StatementTest`类的`main()`方法包含多种语句。第4行有一个空语句，第5行有两个空语句。第6行是一个带标签的语句块`enclosed_block_1`，其中声明和使用的变量是该代码块的局部变量。第11行开始另一个带标签的语句块`enclosed_block_2`，其中也声明了一个同名变量`variable_name`。 ## 4. 运算符 ### 4.1 运算符概述 Java语句和表达式通常包含各种运算符，如赋值运算符`=`、加法运算符`+`和`new`运算符等。以下是Java运算符的详细列表： | 运算符 | 优先级 | 结合性 | 操作数 | 描述 | | --- | --- | --- | --- | --- | | ++ | 15 | 从左到右 | 变量 | 后缀递增运算符 | | -- | 15 | 从左到右 | 变量 | 后缀递减运算符 | | (args) | 15 | 从左到右 | 方法，参数列表 | 方法调用 | | [] | 15 | 从左到右 | 数组，整数 | 数组元素访问 | | . | 15 | 从左到右 | 对象，成员 | 对象成员访问 | | ! | 14 | 从右到左 | 布尔值 | 布尔非运算符 | | ~ | 14 | 从右到左 | 整数 | 按位取反 | | + | 14 | 从右到左 | 数字 | 一元加运算符 | | - | 14 | 从右到左 | 数字 | 一元减运算符 | | ++ | 14 | 从右到左 | 变量 | 前缀递增运算符 | | -- | 14 | 从右到左 | 变量 | 前缀递减运算符 | | (type) | 13 | 从右到左 | 类型，任意 | 类型转换（强制类型转换）运算符 | | new | 13 | 从右到左 | 类，参数列表 | 对象创建运算符 | | * | 12 | 从左到右 | 数字，数字 | 乘法运算符 | | / | 12 | 从左到右 | 数字，数字 | 除法运算符 | | % | 12 | 从左到右 | 整数，整数 | 整数取余（模）运算符 | | + | 11 | 从左到右 | 数字，数字 | 加法运算符 | | - | 11 | 从左到右 | 数字，数字 | 减法运算符 | | + | 11 | 从左到右 | 字符串，任意 | 字符串连接运算符 | | << | 10 | 从左到右 | 整数，整数 | 左移运算符 | | >> | 10 | 从左到右 | 整数，整数 | 带符号扩展的右移运算符 | | >>> | 10 | 从左到右 | 整数，整数 | 带零扩展的右移运算符 | | instanceof | 9 | 从左到右 | 引用，类型 | 类型比较运算符 | | < | 9 | 从左到右 | 数字，数字 | 小于运算符 | | <= | 9 | 从左到右 | 数字，数字 | 小于或等于运算符 | | > | 9 | 从左到右 | 数字，数字 | 大于运算符 | | >= | 9 | 从左到右 | 数字，数字 | 大于或等于运算符 | | != | 8 | 从左到右 | 引用，引用 | 不相等（不同对象）运算符 | | == | 8 | 从左到右 | 引用，引用 | 相等（相同对象）运算符 | | != | 8 | 从左到右 | 基本类型，基本类型 | 不相等（不同值）运算符 | | == | 8 | 从左到右 | 基本类型，基本类型 | 相等（相同值）运算符 | | & | 7 | 从左到右 | 布尔值，布尔值 | 布尔与运算符 | | & | 7 | 从左到右 | 整数，整数 | 按位与运算符 | | ^ | 6 | 从左到右 | 布尔值，布尔值 | 布尔异或运算符 | | ^ | 6 | 从左到右 | 整数，整数 | 按位异或运算符 | | \| | 5 | 从左到右 | 布尔值，布尔值 | 布尔或运算符 | | \| | 5 | 从左到右 | 整数，整数 | 按位或运算符 | | && | 4 | 从左到右 | 布尔，布尔 | 条件与运算符 | | \|\| | 3 | 从左到右 | 布尔，布尔 | 条件或运算符 | | ?: | 2 | 从右到左 | 布尔，任意，任意 | 三元条件运算符 | | *=, /=, %=, +=, -=, <<=, >>=, >>>=, &=, \|=, ^= | 1 | 从右到左 | 变量，任意 | 组合赋值运算符 | | = | 1 | 从右到左 | 变量，任意 | 赋值运算符 | ### 4.2 运算符表的阅读方法 运算符按优先级降序排列，优先级数字越高，运算符与操作数的绑定越紧密。有些运算符从左到右结合，有些从右到左结合。操作数列指定了运算符期望的操作数类型，部分运算符可对不同类型的操作数执行类似操作。 ### 4.3 使用括号明确运算符优先级 在某些情况下，表达式中运算符的应用、结合和计算方式可能不清晰。例如： ```java some_variable = 7 * 8 / 3 + 22 - 38; ``` 严格按照运算符优先级计算会得到一个结果，而使用括号可以改变计算顺序，如： ```java some_variable = 7 * (8 / (3 + (22 - 38))); ``` 使用括号明确运算符的结合性，能使代码更易读，减少表达式出错的可能性。 ### 4.4 常见运算符详细介绍 #### 4.4.1 算术运算符`+`、`-`、`*`、`/` 算术运算符用于执行加、减、乘、除运算，操作数为所有数值基本数据类型，包括`byte`、`short`、`int`、`long`、`float`和`double`。使用时要注意，操作的是数字的机器表示，每种基本数值数据类型都有授权值范围，若超出范围，程序可能出现意外行为。乘法`*`和除法`/`运算符优先级高于加法`+`和减法`-`，建议使用括号明确期望的计算顺序。当运算符应用于不同数据类型时，将较大数