Java之基础语法

1.Java 的语言概述

Java 基础知识的图解

(1)软件开发介绍

1. 软件开发:

软件即一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合。有 系统软件 和应用软件 之分。

2. 人机交互的方式：

》图形化界面（简称 GUI）是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。

》命令行界面（简称 CLI）是用户通过键盘输入指令，计算机得到指令后，予以执行。

3. 常用的 DOS 命令

dir : 列出当前目录下的文件以及文件夹
md：创建目录
rd：删除目录
cd：进入指定的目录
cd.. : 退回到上一级目录
cd : 退回到根目录
del：删除文件
exit : 退出 DOS 命令窗口

(2)计算机编程语言介绍

1. 语言发展

第一代语言：机器语言, 指令是以二进制代码形式存在。

第二代语言：汇编语言, 使用助记符表示一条机器指令。

第三代语言：高级语言, 是种独立于机器，面向对象或者对象的语言。

• 面向过程的语言：C,Pascal、Fortran
• 面向对象的语言：Java,JS,Python,Scala..

(3)Java 语言的迭代概述

1991 年 Green 项目，开发语言最初命名为 Oak (橡树)

1994 年，开发组意识到 Oak 非常适合于互联网

1996 年，发布 JDK 1.0，约 8.3 万个网页应用 Java 技术来制作

1997 年，发布 JDK 1.1，JavaOne 会议召开，创当时全球同类会议规模之最

1998 年，发布 JDK 1.2，同年发布企业平台 J2EE

1999 年，Java 分成 J2SE、J2EE 和 J2ME，JSP/Servlet 技术诞生

2004 年，发布里程碑式版本：JDK 1.5，为突出此版本的重要性，更名为 JDK 5.0

2005 年，J2SE -> JavaSE，J2EE -> JavaEE，J2ME -> JavaME

2009 年，Oracle 公司收购 SUN，交易价格 74 亿美元

2011 年，发布 JDK 7.0

2014 年，发布 JDK 8.0，是继 JDK 5.0 以来变化最大的版本

2017 年，发布 JDK 9.0，最大限度实现模块化

2018 年 3 月，发布 JDK 10.0，版本号也称为 18.3

2018 年 9 月，发布 JDK 11.0，版本号也称为 18.9

(4)运行机制及运行过程

1.Java 语言的特点：

• 面向对象
  两个基本概念：类、对象
  三大特性：封装、继承、多态
• 健壮性
  ① 去除了 C 语言中的指针 ②自动的垃圾回收机制 –> 仍然会出现内存溢出、内存泄漏。
• 跨平台性
  一次编译到处运行“Write once，Run Anywhere”
  Java 的虚拟机 JVM，不同的平台，提供不同的虚拟机。
  

(5)JDK JRE JVM

1. 什么是 JDK、JRE、JVM，以及三者的关系

• JDK 是提供给 Java 开发人员使用，包含了 Java 的开发工具。
• JRE 是 Java 的运行环境，包括了 Java 虚拟机和 Java 程序所需的核心类库等。
• JVM 是一个虚拟的计算机，具有指令集并使用不同的存储区域。负责执行指令，管理数据、内存、寄存器。

(6)第一个程序 HelloWorld

1. 第一个开发体验

1.1 编写

// 创建一个后缀名为.java 的文件：HelloWorld.java
public class HelloWorld{public static void main(String[]args){System.out.println("HelloWorld");
    }
}

1.2 编译

javac HelloWolrd.java
会生成一个后缀名为.class 的字节码文件

1.3 运行

java HelloWorld
注意要去掉.class 后缀名

1.4 小结

• Java 源文件以“.java”为后缀名。
• Java 应用程序的执行入口是 main()方法。
• Java 语言严格区分大小写。
• Java 每个语句都以“;”结束。
• 大括号都是成对出现的，缺一不可。

2. 常见的 Bug 及解决方法

(7)注释和 API 文档

1. 三种注释类型

1. 单行注释 格式：// 注释文字
2. 多行注释 格式：/* 注释文字 */
单行和多行注释，不会被 JVM 解释执行，多行注释不允许嵌套。3. 文档注释 格式 /** 注释文字 */
文档注释可以被 JDK 提供的工具 javadoc 所解析，生成网页形式的说明文档

2.API 文档

• API: application programming interface。习惯上：将语言提供的类库，都称为 API.
• API 文档：针对于提供的类库如何使用，给的一个说明书。类似于《新华字典》

2.Java 基本语法

(1)关键字和标识符

1. 关键字：

被 Java 语言赋予了特殊含义，用做专门用途的字符串，关键字所有的字母小写。

2. 保留字

现有 Java 版本尚未使用，但以后版本可能会作为关键字使用。（goto、const）

3. 标识符

3.1 定义

Java 对各种变量、方法和类等要素命名时使用的字符序列为标识符。（自己起名字的地方都叫标识符）

3.2 标识符命名规则

1. 由 26 个英文字母大小写，0-9，_或 $ 组成
2. 数字不可开头
3. 不可以使用关键字和保留字，但能包含关键字和保留字
4.Java 中严格区分大小写，长度无限制
5. 标识符中不可以包含空格

3.3 标识符命名规范

• 包名：多单词组成时所有单词都小写
• 类名、接口名：多单词组成时，所有单词首字母都大写
• 变量名、方法名：多单词组成时，第一个单词首字母小写，第二个单词开始每个单词首字母大写
• 常量名：所有字母都大写，多单词组成时用_下划线隔开

(2)变量

1.1 变量的概念

• 内存中的一个存储区域
• 该区域的数据可以在同一类型范围不断变化
• 变量时程序中最基本的储存单元，包含变量类型、变量名和储存的值

1.2 使用变量要注意

• Java 中每个变量必须先声明，后使用
• 使用变量名来访问这块区域的数据
• 变量的作用域：其定义所在的一对 {} 内
• 变量只有在其作用域才有效
• 同一个作用域中不可以使变量重名

1.3 变量的声明与赋值

声明变量 语法：< 数据类型 >< 变量名称 >;
                int test;
       
变量的赋值 语法：< 变量名称 > = < 值 >;
                test = 10;
            
声明和赋值变量 语法：< 数据类型 >< 变量名称 > = < 值 >；;
                int test = 10;

2.1 变量的分类

• 在方法体外，类体内声明变量称为成员变量。
• 在方法体内部声明的变量称为局部变量。

2.2 8 种数据类型

类型          储存空间            范围
(1)整数
byte          1 字节            -128~127
short         2 字节            正负 3 万多
int           4 字节            正负 21 亿
整数默认的类型是 int 类型
long          8 字节            19 位数字
表示 long 类型数据后面需要加 L /l
(2)浮点数
float         4 字节      
表示 float 类型数据后面需要加 F /f，取值范围大于 8 字节的 long
double        8 字节   
浮点数默认是 double 类型
(3)字符
char          2 字节
(4)布尔
boolean       1 字节   取值为 true 或者 false

2.3 定义 8 种数据类型

public class Type{public static void main(String[]args){
        //1. 整数类型定义 byte、short、int、long
        byte a = 10;
        short b = 11;
        int c = 12;
        long d = 1000L;//long 类型要加上 L /l
        //2. 浮点数定义
        float f = 1.23F；//float 类型要加上 F /f
        double e = 2.6；//3.char 类型
        char r = 'A';
        //char 类型中只能放一个字符 不可为空
        //4. 布尔类型
        boolean lean = true；// 取值只有 true/false
    }
}

3.1 自动数据类型的转换

• 容量小的类型自动转换成容量大的数据类型。

• byte、short、char 之间不会互相转换，三者计算会首先转换成 int 类型。
• boolean 类型不能参与其他数据类型的运算。
• 当把任何基本数据的值和字符串 (String) 进行连接运算时(+), 基本数据类型的值将自动转化为字符串类型。

    int + int
    int + long ==> long + long  (把 int 转换成 long: 从小到大, 自动类型转换)
    
    例子 1：int i = 1; 
    byte b = 2; 
    int c = i + b；i 是 int 型，b 是 byte 型，两者运算自动类型转换为 int 型
    

3.2 强制类型转换

• 自动类型转换的逆过程，将容量大的数据类型转换为容量小的数据类型，使用时要加上强转符(), 但可能造成精度降低或溢出。

    转后类型 变量名称 = (转后类型)转前数据或者变量;
    long 类型 (8 个字节) 的数字 10:
    long num = 10L;
    long 类型强制类型转换成 int 类型(4 个字节):
    int a = (int)num;// 把 num 中的数据强制类型转换成 int 类型, 并把结果赋值给 int 变量 a 

4. 进制

进制的概念：逢几进一就叫做几进制
进制的分类：十进制:    逢十进一        每位的数字 0 -9
    二进制:    逢二进一        每位的数字 0 -1
    八进制:    逢八进一        每位的数字 0 -7
    十六进制:  逢十六进一      每位的数字 0 -9,10(A/a),11(B/b),12(C/c),13(D/d),14(E/e),15(F/f)

4.1 进制的转换

   1. 二进制转十进制(8421 编码):    
    (二进制数字的每一位 (从右向左) 上隐藏了一个 2 的多少次方, 第 1 位是 2 的 0 次方, 第 2 位是 2 的 1 次方...):
    1101 = 1*2^0 + 0*2^1 + 1*2^2 + 1*2^3
         = 1*1 + 0*2 + 1*4 + 1*8
       = 1 + 0 + 4 + 8
         = 13
      
    1111 = 1*2^0 + 1*2^1 + 1*2^2 + 1*2^3
       = 1*1 + 1*2 + 1*4 + 1*8
         = 1 + 2 + 4 + 8
         = 15
        
      
  2. 十进制转二进制: 除以 2 取余数, 倒过来写
    十进制的 13 转换成二进制:    1101
    十进制的 75 转换成二进制:    1001011

(3)运算符

1. 算术运算符

算术运算符：+ – + – * / % (前)++ (后)++ (前)– (后)– +

【经典代码】

        // 除号：/
        int num1 = 12;
        int num2 = 5;
        int result1 = num1 / num2;
        System.out.println(result1);//2
        // %: 取余运算
        // 结果的符号与被模数的符号相同
        // 开发中，经常使用 % 来判断能否被除尽的情况。int m1 = 12;
        int n1 = 5;
        System.out.println("m1 % n1 =" + m1 % n1);

        int m2 = -12;
        int n2 = 5;
        System.out.println("m2 % n2 =" + m2 % n2);

        int m3 = 12;
        int n3 = -5;
        System.out.println("m3 % n3 =" + m3 % n3);

        int m4 = -12;
        int n4 = -5;
        System.out.println("m4 % n4 =" + m4 % n4);
        //(前)++ : 先自增 1，后运算
        //(后)++ : 先运算，后自增 1
        int a1 = 10;
        int b1 = ++a1;
        System.out.println("a1 =" + a1 + ",b1 =" + b1);
        
        int a2 = 10;
        int b2 = a2++;
        System.out.println("a2 =" + a2 + ",b2 =" + b2);
        
        int a3 = 10;
        ++a3;//a3++;
        int b3 = a3;
        //(前)-- : 先自减 1，后运算
        //(后)-- : 先运算，后自减 1
        
        int a4 = 10;
        int b4 = a4--;//int b4 = --a4;
        System.out.println("a4 =" + a4 + ",b4 =" + b4);

【特别说明】

• (前)++ : 先自增 1，后运算

  (后)++ : 先运算，后自增 1

• (前)– : 先自减 1，后运算

  (后)– : 先运算，后自减 1

• 连接符：+：只能使用在 String 与其他数据类型变量之间使用。

2. 赋值运算符

赋值运算符：= += -= *= /= %=

【经典代码】

        int i2,j2;
        // 连续赋值
        i2 = j2 = 10;
        //***************
        int i3 = 10,j3 = 20;
        int num1 = 10;
        num1 += 2;//num1 = num1 + 2;
        System.out.println(num1);//12

        int num2 = 12;
        num2 %= 5;//num2 = num2 % 5;
        System.out.println(num2);

        short s1 = 10;
        //s1 = s1 + 2;// 编译失败
        s1 += 2;// 结论：不会改变变量本身的数据类型
        System.out.println(s1);

运算的结果不会改变变量本身的数据类型

3. 比较运算符

比较运算符（关系运算符）: == != > < >= <= instanceof

【经典代码】

        int i = 10;
        int j = 20;

        System.out.println(i == j);//false
        System.out.println(i = j);//20

        boolean b1 = true;
        boolean b2 = false;
        System.out.println(b2 == b1);//false
        System.out.println(b2 = b1);//true

• 比较运算符的结果是 boolean 类型
• （> < >= <= : 只能使用在数值类型的数据之间。）
• == 和 !=: 不仅可以使用在数值类型数据之间，还可以使用在其他引用类型变量之间。

4. 逻辑运算符

逻辑运算符：& && | || ! ^

【经典代码】

        boolean b1 = true;
        b1 = false;
        int num1 = 10;
        if(b1 & (num1++ > 0)){System.out.println("我现在在北京");
        }else{System.out.println("我现在在南京");
        }

        System.out.println("num1 =" + num1);
        
        & && 的区别：当符号左边是 false 时，& 继续执行符号右边的运算，&& 不再执行符号右边的运算。| || 同理↑

5. 位运算符

位运算符：<< >> >>> & | ^ ~

【经典代码】

int i = 21;
        i = -21;
        System.out.println("i << 2 :" + (i << 2));
        System.out.println("i << 3 :" + (i << 3));
        System.out.println("i << 27 :" + (i << 27));

        int m = 12;
        int n = 5;
        System.out.println("m & n :" + (m & n));
        System.out.println("m | n :" + (m | n));
        System.out.println("m ^ n :" + (m ^ n));

• 位运算符操作的都是整型的数据
• <<：在一定范围内，每向左移 1 位，相当于 * 2 >>: 在一定范围内，每向右移 1 位，相当于 / 2

6. 三元运算符

格式：（条件运算符）？表达式 1：表达式 2

【经典代码】

1. 获取两个整数的最大值

int a = 5;
int b = 6;
int max = (a > b) ? a : b;

2. 获取三个数的最大值

int a = 1;
int b = 2;
int c = 3;
int temp = (a > b) ? a : b; // 先判断两个数的值赋值给一个变量 temp
int max = (temp > c) ? temp : c; // 再判断 temp 与 c 的大小

• 条件表达式的结果为 boolean 类型
• 根据条件表达式真或假，决定执行表达式 1，还是表达式 2.

  如果表达式为 true，则执行表达式 1。
  如果表达式为 false，则执行表达式 2。

• 表达式 1 和表达式 2 要求是一致的。
• 三元运算符可以嵌套使用
• 凡是可以使用三元运算符的地方，都可以改写为 if-else 反之，不成立。
• 如果程序既可以使用三元运算符，又可以使用 if-else 结构，那么优先选择三元运算符。原因：简洁、执行效率高。

(4)流程控制

1. 分支语句

1.1 if-else 条件判断结构

书写方法：

结构 1：if(条件表达式){执行表达式}

结构 2：（2 选 1）if(条件表达式){执行表达式 1}else{执行表达式 2}

结构 3：(n 选 1)
if(条件表达式 1){执行表达式 1}else if(条件表达式 2){...}else{执行表达式 n}

• else 结构是可选的。

• 针对于条件表达式：

  • 如果多个条件表达式之间是“互斥”关系(或没有交集的关系), 哪个判断和执行语句声明在上面还是下面，无所谓。
  • 如果多个条件表达式之间有交集的关系，需要根据实际情况，考虑清楚应该将哪个结构声明在上面。
  • 如果多个条件表达式之间有包含的关系，通常情况下，需要将范围小的声明在范围大的上面。否则，范围小的就没机会执行了。
• if-else 结构是可以相互嵌套的。
• 如果 if-else 结构中的执行语句只有一行时，对应的一对 {} 可以省略的。但是，不建议省略。

1.2 switch-case 选择结构

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

1. 根据 switch 表达式中的值，依次匹配各个 case 中的常量。一旦匹配成功，则进入相应 case 结构中，调用其执行语句。

   • 当调用完执行语句以后，则仍然继续向下执行其他 case 结构中的执行语句，直到遇到 break 关键字或此 switch-case 结构末尾结束为止。
2. break, 可以使用在 switch-case 结构中，表示一旦执行到此关键字，就跳出 switch-case 结构
3. switch 结构中的表达式，只能是如下的 6 种数据类型之一：byte、short、char、int、枚举类型(JDK5.0 新增)、String 类型(JDK7.0 新增)
4. case 之后只能声明常量。不能声明范围。
5. break 关键字是可选的。
6. default: 相当于 if-else 结构中的 else.
7. default 结构是可选的，而且位置是灵活的。

补充：

• 如果 switch-case 结构中的多个 case 的执行语句相同，则可以考虑进行合并。
• break 在 switch-case 中是可选的

2. 循环结构

2.1. 循环结构的四要素

① 初始化条件 ② 循环条件 —> 是 boolean 类型 ③ 循环体 ④ 迭代条件 说明：通常情况下，循环结束都是因为②中循环条件返回 false 了。

2.2 三种循环结构

for 循环结构

for(①;②;④){③}
执行过程：① - ② - ③ - ④ - ② - ③ - ④ - ... - ②

while 循环结构

①
while(②){
    ③;
    ④;
}
执行过程：① - ② - ③ - ④ - ② - ③ - ④ - ... - ②

for 和 while 循环总结：

1. 开发中，基本上我们都会从 for、while 中进行选择，实现循环结构。
2. for 循环和 while 循环是可以相互转换的！区别：for 循环和 while 循环的初始化条件部分的作用范围不同。
3. 我们写程序，要避免出现死循环。

do – while 循环结构

①
do{
    ③
    ④
}while(②)

说明：

1. do-while 循环至少会执行一次循环体！
2. 开发中，使用 for 和 while 更多一些。较少使用 do-while
3. 数组循环比遍历通常用 for 循环
4. 触发条件复杂的用 while 循环

3.“无限循环”结构: while(true) 或 for(;;)

如何结束一个循环结构？

• 方式一：当循环条件是 false 时
• 方式二：在循环体中，执行 break

4. 嵌套循环

嵌套循环: 将一个循环结构 A 声明在另一个循环结构 B 的循环体中, 就构成了嵌套循环 内层循环：循环结构 A 外层循环：循环结构 B

说明：① 内层循环结构遍历一遍，只相当于外层循环循环体执行了一次 ② 假设外层循环需要执行 m 次，内层循环需要执行 n 次。此时内层循环的循环体一共执行了 m * n 次 ③ 外层循环控制行数，内层循环控制列数

        /*
        ******
        ******
        ******
        ******
        */
        for(int j = 1;j <= 4;j++){for(int i = 1;i <= 6;i++){System.out.print('*');
            }
            System.out.println();}
        // 练习二：/*            i(行号)        j(* 的个数)
        *             1            1
        **            2            2
        ***           3            3
        ****          4            4
        *****         5            5
        */

        for(int i = 1;i <= 5;i++){// 控制行数
            for(int j = 1;j <= i;j++){// 控制列数
                System.out.print("*");
            
            }
            System.out.println();}

3. 关键字：break 和 continue

break 和 continue 关键字的使用

补充：带标签的 break 和 continue 的使用

4. 补充：Scanner 类的应用

如何从键盘获取不同类型的变量：需要使用 Scanner 类

具体实现步骤：

1. 导包：import java.util.Scanner;
2. Scanner 的实例化:Scanner scan = new Scanner(System.in);
3. 调用 Scanner 类的相关方法（next() / nextXxx()），来获取指定类型的变量

注意：需要根据相应的方法，来输入指定类型的值。如果输入的数据类型与要求的类型不匹配时，会报异常：InputMisMatchException 导致程序终止

*/
//1. 导包：import java.util.Scanner;
import java.util.Scanner;

class ScannerTest{public static void main(String[] args){
        //2.Scanner 的实例化
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        
        //3. 调用 Scanner 类的相关方法
        System.out.println("请输入你的姓名：");
        String name = scan.next();
        System.out.println(name);

        System.out.println("请输入你的芳龄：");
        int age = scan.nextInt();
        System.out.println(age);

        System.out.println("请输入你的体重：");
        double weight = scan.nextDouble();
        System.out.println(weight);

        System.out.println("你是否相中我了呢？(true/false)");
        boolean isLove = scan.nextBoolean();
        System.out.println(isLove);

        // 对于 char 型的获取，Scanner 没有提供相关的方法。只能获取一个字符串
        System.out.println("请输入你的性别：(男 / 女)");
        String gender = scan.next();//"男"
        char genderChar = gender.charAt(0);// 获取索引为 0 位置上的字符
        System.out.println(genderChar);    
    }
}