Java编程入门：特性、开发与面向对象编程
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发布时间: 2025-08-18 01:55:03 阅读量: 2 订阅数: 5 
### Java编程入门：特性、开发与面向对象编程
#### 1. Java语言概述
Java 是一种创新的编程语言，适用于在多种计算机系统上运行的程序。它具有以下特点和应用场景：
- **Java 小程序（Applet）**：可嵌入网页，为网页增添交互性，如动画、游戏和交互式事务处理等。但嵌入代码需考虑安全问题，Java 内置了相关措施来降低风险。
- **Java 服务器页面（JSP）**：用于构建服务器应用，能根据客户端请求动态创建和下载定制的 HTML 页面，且页面可包含 Java 小程序。
- **大型应用程序**：可在支持 Java 的任何计算机操作系统环境中运行，无需修改。
近年来，Java 不断发展，功能日益强大。例如，Java 1.4 增加了读写 XML 的能力，Java 5.0 则引入了新的语言特性和类库。
#### 2. Java语言特性
Java 语言具有以下重要特性：
- **机器独立性**：Java 程序可在支持 Java 的任何机器和操作系统组合上运行，只需一套源代码，相比其他语言，具有更高的可移植性，能节省开发、支持和维护大型应用的时间和资源。
- **面向对象**：所有 Java 程序都采用面向对象的编程方法，这种方法使程序更易理解、维护和扩展，且避免了其他面向对象语言中的一些困难和复杂性，易于学习和使用。
- **支持多语言字符集**：可轻松编写适用于不同国家语言的程序，具备自动适应执行环境的能力。
#### 3. 学习 Java
Java 虽然功能强大，但相对紧凑，学习难度不大。不过，要有效编程，还需了解与之相关的广泛类库。学习 Java 可按以下五个阶段进行：
1. **基础概念**：了解 Java 程序的结构和工作原理，包括面向对象编程的基本概念和可执行程序的创建过程。
2. **语句和数据处理**：学习语句的组合、数据存储、计算和决策的方法。
3. **类的定义和使用**：掌握类的定义和使用，了解 Java 的面向对象特性。
4. **并发编程**：学会将程序的活动分割成可并发执行的任务。
5. **图形用户界面（GUI）编程**：详细学习如何实现带有 GUI 的应用程序或小程序，并处理用户交互。
在学习过程中，建议通过实践来加深理解，尝试修改示例代码或编写自己的示例。
#### 4. Java 环境
Java 程序可在多种计算机和操作系统上运行，这得益于 Java 2 平台。该平台由 Java 虚拟机（JVM）和 Java 应用程序编程接口（Java API）组成。
Java 编译器将源代码转换为字节码，Java 解释器负责检查和执行字节码。由于 Java 程序由字节码组成，与特定硬件隔离，因此具有完全的可移植性。过去，Java 程序的执行速度可能较慢，但现在大多数情况下性能已得到显著改善。
#### 5. Java 程序开发
开发 Java 程序需要 Java 2 平台标准版（J2SE）5.0 或更高版本的 Java 开发工具包（JDK），可从 Sun 网站下载。
在选择开发工具时，建议初学者使用 JDK 和简单的纯文本编辑器，避免使用专业的 Java 开发环境，因为这些环境可能会隐藏一些重要的学习细节。
#### 6. 安装 JDK
安装 JDK 时，需注意以下几点：
- JDK 和文档需分别安装。
- 安装完成后，需将 `jdk1.5.0\bin` 目录的路径添加到系统的 `PATH` 环境变量中，以便在任何位置运行编译器和解释器。
- 检查 `PATH` 环境变量是否被其他 Java 开发产品修改，避免使用错误的 Java 可执行文件。
- 当前 JDK 不要求定义 `CLASSPATH` 环境变量，若已定义且不再需要，建议删除。
安装完成后，可将 JDK 文档从存档中提取到根目录，以便查看。
#### 7. 提取类库源代码
JDK 根目录下的 `src.zip` 存档包含类库的源代码。学习 Java 基础知识后，浏览这些源代码有助于深入理解 Java 的工作原理。可使用 Winzip 或 JDK 自带的 JAR 工具等解压存档。
#### 8. 编译 Java 程序
Java 源代码文件的扩展名为 `.java`。使用 JDK 编译器编译程序时，需将包含源代码的目录设置为当前目录，并执行以下命令：
```plaintext
javac MyProgram.java
```
若需要指定 Java 语言版本，可使用 `-source` 选项：
```plaintext
javac -source 5 MyProgram.java
```
若要覆盖现有的 `CLASSPATH` 定义，可使用 `-classpath` 选项：
```plaintext
javac -classpath . MyProgram.java
```
编译成功后，编译器会生成与源代码同名但扩展名为 `.class` 的字节码文件。
以下是一个简单的 Java 程序示例：
```java
public class MyProgram {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Rome wasn't burned in a day!");
}
}
```
#### 9. 执行 Java 应用程序
执行 Java 应用程序时，需将包含 `.class` 文件的目录设置为当前目录，并执行以下命令：
```plaintext
java -enableassertions MyProgram
```
可将 `-enableassertions` 缩写为 `-ea`，若要覆盖 `CLASSPATH` 定义，可使用 `-classpath` 或 `-cp` 选项：
```plaintext
java -ea -cp . MyProgram
```
注意，使用 Java 解释器时，应使用类名而非文件名。
#### 10. 执行 Java 小程序
Java 编译器可编译应用程序和小程序，但小程序需嵌入网页才能运行。可使用支持 Java 2 的网页浏览器或 JDK 提供的 `appletviewer` 来执行小程序。
以下是将小程序嵌入 HTML 页面的示例：
```html
<html>
<head>
<title> A Simple Program </title>
</head>
<body>
<hr/>
<applet code = "MyFirstApplet.class" width = 300 height = 200 >
</applet>
<hr/>
</body>
</html>
```
以下是一个简单的 Java 小程序源代码示例：
```java
import javax.swing.JApplet;
import java.awt.Graphics;
public class MyFirstApplet extends JApplet {
public void paint(Graphics g) {
g.drawString("To climb a ladder, start at the bottom rung", 20, 90);
}
}
```
执行小程序时，可使用以下命令：
```plaintext
appletviewer MyApplet.html
```
#### 11. 超文本标记语言（HTML）
HTML 用于定义网页，由多个元素组成，每个元素通过标签标识。常见的 HTML 标签包括 `<html>`、`<head>`、`<body>` 等，标签不区分大小写，但通常使用大写以突出显示。
以下是一个简单的 HTML 文档示例：
```html
<html>
<head>
<title>This is the title of the document</title>
</head>
<body>
You can put whatever text you like here. The body of a document can contain
all kinds of other HTML elements, including <B>Java applets</B>. Note how each
element always begins with a start tag identifying the element, and ends with
an end tag that is the same as the start tag but with a slash added. The pair
of tags around ‘Java applets’ in the previous sentence will display the text
as bold.
</body>
</html>
```
#### 12. 面向对象编程
在 Java 中，一切皆为对象。对象是类的实例，类是对象的规范或蓝图。例如，`Tree` 是一个类，`Oak` 和 `Ash` 是 `Tree` 的子类，每个子类具有自己的特性。
类定义了对象的属性（实例变量）和操作（方法）。以下是一个 `CowboyHat` 类的示例：
```java
class CowboyHat {
private String owner;
private int size;
private boolean hatOn=false;
// Constructor to create a Hat object
public CowboyHat(String person, int theSize) {
size = theSize; // Set the hat size
owner = person; // Set the hat owner
}
// Method to put the hat on
public void putHatOn() {
hatOn = true; // Record hat status as on
}
// Method to take the hat off
public void takeHatOff() {
hatOn = false; // Record hat status as off
}
// Method to change the owner
public void changeOwner(String newOwner) {
owner = newOwner;
}
// Method to get the hat size
public int getSize() {
return size; // Return the size of the hat
}
}
```
在这个示例中，`CowboyHat` 类有三个实例变量：`owner`、`size` 和 `hatOn`，以及五个方法，包括构造方法和操作方法。使用 `private` 关键字可确保只有类内部的方法可以直接访问和修改这些实例变量，这就是封装的概念，有助于提高类的安全性和完整性。
#### 13. 操作对象
类不仅定义了对象的属性，还定义了可以对对象执行的操作。对于 `CowboyHat` 类，可以定义 `putHatOn`、`takeHatOff` 和 `changeOwner` 等操作。这些操作通过方法来实现，方法是一段独立的程序代码，可接受参数并返回结果。
例如，执行 `putHatOn` 方法会将 `hatOn` 变量的值设置为 `true`，表示帽子已戴上。
#### 14. Java 程序语句
Java 程序中的每个方法由程序语句组成，语句以分号结尾。语句可以跨多行书写，编译器根据分号来判断语句的结束。例如：
```java
hatOn = false;
```
也可以写成：
```java
hatOn =
false;
```
#### 15. 封装
封装是将数据和方法隐藏在对象内部的过程，通过将实例变量和方法声明为 `private` 来实现。封装有助于保护类的内部状态，确保只有合法的值可以被设置，并允许在不影响外部程序的情况下修改类的内部实现。
例如，在 `CowboyHat` 类中，`owner`、`size` 和 `hatOn` 变量被封装，只能通过类的公共方法来访问和修改。
#### 16. 类和数据类型
在 Java 中，定义类等同于定义数据类型。除了自定义类，Java 还提供了标准类库，包含各种编程工具和功能。Java 中的基本数据类型（如整数、字符和布尔值）不是类，但 Java 为每个基本数据类型提供了对应的类。
#### 17. 类和子类
Java 允许定义一个类作为另一个类的更专业化版本，即子类。子类继承父类的所有属性和方法，并可以添加额外的特性。例如，`Conifer` 可以是 `Tree` 的子类。
#### 18. 使用对象的优势
使用对象进行编程具有以下优势：
- **易于开发和理解**：程序代码更贴近实际问题，易于开发和理解。
- **减少错误**：对象包含操作方法和数据，编程时更不容易出错，程序更健壮。
- **易于维护和扩展**：对象导向的程序设计使得程序更易于维护和扩展。
#### 19. Java 程序结构
Java 程序通常由一个或多个类组成，每个类的代码通常放在单独的文件中，文件名与类名相同，扩展名为 `.java`。例如，包含 `Hat` 类的文件名为 `Hat.java`。
#### 20. Java 类库
Java 类库是一组类的集合，提供了各种相关的功能。类库中的类被组织成包，每个包存储在一个单独的目录中。常见的 Java 包包括：
| 包名 | 描述 |
| ---- | ---- |
| java.lang | 支持基本语言特性和数组、字符串处理，该包中的类默认可直接使用。 |
| java.io | 用于数据输入和输出操作。 |
| java.util | 包含各种实用类，如数据集合管理类。 |
| javax.swing | 提供易于使用和灵活的图形用户界面组件。 |
| java.awt | 提供原始的 GUI 组件和 Swing 组件所需的基本支持。 |
| java.awt.geom | 定义二维几何形状。 |
| java.awt.event | 用于处理窗口应用程序中的事件，如鼠标移动、按钮点击等。 |
要使用类库中的类，通常使用 `import` 语句来导入所需的类名。例如：
```java
import javax.swing.JApplet;
```
也可以使用通配符 `*` 导入包中的所有类名：
```java
import javax.swing.*;
```
#### 21. Java 应用程序
每个 Java 应用程序都包含一个定义了 `main()` 方法的类，该方法是程序执行的入口点。以下是一个简单的 Java 应用程序示例：
```java
public class OurFirstProgram {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Krakatoa, EAST of Java??");
}
}
```
在这个示例中，`OurFirstProgram` 类包含一个 `main()` 方法，该方法调用 `System.out.println` 方法输出一条消息到命令行。
编译和执行该程序的命令如下：
```plaintext
javac OurFirstProgram.java
java -ea OurFirstProgram
```
#### 22. Java 和 Unicode
Java 支持 Unicode 字符集，源代码可以使用 Unicode 字符编写。Unicode 使用 16 位编码来表示字符，可容纳几乎所有国家的字符集，为程序提供了全面的国际语言支持能力。
#### 23. 总结
Java 是一种功能强大、可移植性高的编程语言，具有面向对象、支持多语言字符集等重要特性。学习 Java 可按阶段逐步进行，通过实践来加深理解。掌握 Java 的基本概念、类库和编程技巧后，可编写各种类型的应用程序和小程序。
在学习过程中，建议多尝试修改示例代码、编写自己的程序，并利用 JDK 提供的工具和文档来辅助学习。同时，要注意 Java 语言的大小写敏感性和语法规则，避免常见的错误。
### Java编程入门：特性、开发与面向对象编程
#### 24. Java程序结构总结
Java 程序的结构有其独特的规范，下面为你详细梳理：
- **类的组织**：Java 程序由一个或多个类构成，每个类的代码一般存于独立文件，文件名与类名一致，且扩展名为 `.java`。例如，包含 `BaseballPlayer` 类的文件名为 `BaseballPlayer.java`。
- **程序文件关系**：一个典型程序由多个文件组成，这些文件都存于同一目录。程序除了包含开发者编写的代码，还会引用 Java 标准类库中的代码。
以下为一个简单的 Java 程序文件结构示例：
```plaintext
MyProgram.java
Coat.java
Shoe.java
Sock.java
Hat.java
```
#### 25. Java类库详解
Java 类库是一系列类的集合，为开发者提供了丰富的功能支持。下面为你介绍其相关信息：
- **类库存储形式**：类库以文件形式存储，每个文件包含一个类定义。类被分组到相关的包中，每个包存于单独目录。包名基于存储类的目录路径，例如 `java.lang` 包中的类存于 `java\lang` 目录（Unix 系统下为 `java/lang`）。
- **常用包介绍**：以下是一些常见的 Java 包及其功能：
| 包名 | 描述 |
| ---- | ---- |
| java.lang | 支持基本语言特性、数组和字符串处理，该包中的类默认可直接在程序中使用。 |
| java.io | 用于数据输入和输出操作。 |
| java.util | 包含各种实用类，如数据集合管理类。 |
| javax.swing | 提供易于使用和灵活的图形用户界面组件。 |
| java.awt | 提供原始的 GUI 组件和 Swing 组件所需的基本支持。 |
| java.awt.geom | 定义二维几何形状。 |
| java.awt.event | 用于处理窗口应用程序中的事件，如鼠标移动、按钮点击等。 |
- **导入类的方式**：使用 `import` 语句可导入包中的类名。可以导入单个类名，也可使用通配符 `*` 导入包中的所有类名。例如：
```java
import javax.swing.JApplet; // 导入单个类名
import javax.swing.*; // 导入包中所有类名
```
#### 26. Java应用程序执行流程
Java 应用程序的执行有明确的流程，下面为你详细说明：
```mermaid
graph LR
A[编写 Java 源代码] --> B[保存为 .java 文件]
B --> C[使用 javac 编译器编译]
C --> D[生成 .class 字节码文件]
D --> E[使用 java 解释器执行]
E --> F[程序运行]
```
- **编译阶段**：使用 JDK 编译器将 `.java` 源代码文件编译为 `.class` 字节码文件。编译命令示例：
```plaintext
javac OurFirstProgram.java
```
若需要指定 Java 语言版本或覆盖 `CLASSPATH` 定义，可使用相应选项：
```plaintext
javac -source 5 OurFirstProgram.java
javac -classpath . OurFirstProgram.java
```
- **执行阶段**：使用 Java 解释器执行 `.class` 文件。执行命令示例：
```plaintext
java -ea OurFirstProgram
```
若需要覆盖 `CLASSPATH` 定义，可使用 `-classpath` 或 `-cp` 选项：
```plaintext
java -ea -cp . OurFirstProgram
```
#### 27. Java小程序嵌入与执行
Java 小程序（Applet）需嵌入网页才能运行，下面为你介绍具体步骤：
- **嵌入 HTML 页面**：在 HTML 文档中使用 `<applet>` 标签嵌入小程序，指定小程序字节码文件的名称、宽度和高度。示例如下：
```html
<html>
<head>
<title> A Simple Program </title>
</head>
<body>
<hr/>
<applet code = "MyFirstApplet.class" width = 300 height = 200 >
</applet>
<hr/>
</body>
</html>
```
- **小程序代码示例**：以下是一个简单的 Java 小程序源代码示例：
```java
import javax.swing.JApplet;
import java.awt.Graphics;
public class MyFirstApplet extends JApplet {
public void paint(Graphics g) {
g.drawString("To climb a ladder, start at the bottom rung", 20, 90);
}
}
```
- **执行小程序**：使用 `appletviewer` 工具执行小程序。命令示例：
```plaintext
appletviewer MyApplet.html
```
#### 28. 面向对象编程核心概念回顾
面向对象编程是 Java 的重要特性，下面为你回顾其核心概念：
- **对象与类**：对象是类的实例，类是对象的规范或蓝图。例如，`Tree` 是类，`Oak` 和 `Ash` 是 `Tree` 的子类，每个子类有自己的特性。
- **类的定义要素**：类定义包含对象的属性（实例变量）和操作（方法）。例如，`CowboyHat` 类包含 `owner`、`size` 和 `hatOn` 等实例变量，以及 `putHatOn`、`takeHatOff` 和 `changeOwner` 等方法。
- **封装特性**：封装是将数据和方法隐藏在对象内部的机制，通过将实例变量和方法声明为 `private` 实现。封装可保护类的内部状态，确保只有合法值能被设置，并允许在不影响外部程序的情况下修改类的内部实现。
#### 29. 操作对象的实践
在 Java 中，对对象的操作通过类的方法实现。以下为你展示操作 `CowboyHat` 类对象的实践：
```java
class CowboyHat {
private String owner;
private int size;
private boolean hatOn=false;
// Constructor to create a Hat object
public CowboyHat(String person, int theSize) {
size = theSize; // Set the hat size
owner = person; // Set the hat owner
}
// Method to put the hat on
public void putHatOn() {
hatOn = true; // Record hat status as on
}
// Method to take the hat off
public void takeHatOff() {
hatOn = false; // Record hat status as off
}
// Method to change the owner
public void changeOwner(String newOwner) {
owner = newOwner;
}
// Method to get the hat size
public int getSize() {
return size; // Return the size of the hat
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
CowboyHat myHat = new CowboyHat("John", 7);
myHat.putHatOn();
myHat.changeOwner("Mike");
System.out.println("Hat size: " + myHat.getSize());
}
}
```
在上述代码中，首先创建了一个 `CowboyHat` 对象 `myHat`，然后调用 `putHatOn` 方法将帽子戴上，接着调用 `changeOwner` 方法更改帽子所有者，最后调用 `getSize` 方法获取帽子尺寸并输出。
#### 30. Java编程注意事项
在进行 Java 编程时，需要注意以下几点：
- **大小写敏感性**：Java 是大小写敏感的语言，`OurFirstProgram` 和 `ourfirstprogram` 是不同的标识符。
- **语法规则严格**：代码中的标点符号（如句号、逗号、分号）和括号（如圆括号、花括号、方括号）必须正确使用，且要成对出现。
- **文件名与类名一致**：Java 源文件名必须与类名完全一致，且扩展名为 `.java`。
#### 31. 总结与展望
Java 作为一种功能强大、可移植性高的编程语言，在软件开发领域有着广泛应用。通过学习 Java 的基本特性、开发环境搭建、面向对象编程概念和编程实践，你已经迈出了 Java 编程的第一步。
在后续的学习中，建议你不断实践，尝试编写更复杂的程序，深入探索 Java 类库的功能。同时，要善于利用网络资源和开源项目，学习他人的优秀代码，不断提升自己的编程能力。相信通过持续学习和实践，你将能够熟练掌握 Java 编程，开发出高质量的软件应用。
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```java
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graph LR
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