Java基礎01 從HelloWorld到物件導向

Java是完全物件導向的語言。Java透過虛擬機器的執行機制，實現“跨平臺”的理念。我在這裡想要呈現一個適合初學者的教程，希望對大家有用。

"Hello World!"

先來看一個 HelloWorld.java程式。這個程式在螢幕上列印出一串字元"Hello World!":

public class HelloWorld
{    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

程式中包括Java的一些基本特徵：

• 類(class)：上面程式定義了一個 類HelloWorld，該類的名字與.java檔案的名字相同。
• 方法(method)：類的內部定義了該類的一個 方法main。
• 語句(statement)：真正的“列印”功能由一個語句實現，即:  System.out.println("Hello World!");

下面兩點有關Java的書寫方式：

• Java中的語句要以 ;結尾 (與C/C++相同)。
• 用花括號 {}來整合語句，形成程式塊。透過程式塊，我們可以知道程式的不同部分的範圍，比如類從哪裡開始，到哪裡結束。

編譯與執行

Java程式要經過編譯器編譯才能執行。在Linux或Mac下，可以下載安裝 。

使用 javac來編譯。在命令列中輸入下面語句 編譯:

$javac HelloWorld.java

當前路徑下，將有一個名為HelloWorld.class的檔案生成。

使用 java命令來 執行。Java會搜尋該類中的main方法，並執行。

$java HelloWorld

變數

計算機語言通常需要在記憶體中存放資料，比如C語言中的變數，Java也有類似的變數。Java和C語言都是靜態型別的語言。在使用變數之前，要宣告變數的型別。

變數(variable)佔據一定的記憶體空間。不同型別的變數佔據不同的大小。Java中的變數型別如下：

          儲存大小     例值     註釋

byte      1byte        3      位元組

int       4bytes       3      整數

short     2bytes       3      短整數

long      8bytes       3      長整數

float     4bytes     1.2      單精度浮點數

double    8bytes     1.2      雙精度浮點數

char      2bytes     'a'      字元

boolean   1bit      true      布林值

在Java中，變數需要先 宣告(declare)才能使用。在宣告中，我說明變數的型別，賦予變數以特別名字，以便在後面的程式中呼叫它。你可以在程式中的任意位置宣告變數。 比如:

public class Test
{    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println("Declare in the middle:");        int a;
        a = 5;
        System.out.println(a);  // print an integer    }
}

上面a是變數名。可以在宣告變數的同時，給變數賦值，比如  int a = 5;

*** “變數”的概念實際上來自於程式導向的程式語言。在Java中，所謂的變數實際上是 “基本型別” (premitive type)。我們將在類的講解中更多深入。

上面的程式還可以看到，Java中，可用 // 引領註釋。

陣列

Java中有 陣列(array)。陣列包含相同型別的多個資料。我用下面方法來宣告一個整數陣列:

int[] a;

在宣告陣列時，陣列所需的空間並沒有真正分配給陣列。我可以在宣告的同時，用new來建立陣列所需空間:

int[] a = new int[100];

這裡建立了可以容納100個整數的陣列。相應的記憶體分配也完成了。

我還可以在宣告的同時，給陣列賦值。陣列的大小也同時確定。

int[] a = new int[] {1, 3, 5, 7, 9};

使用 int[i]來呼叫陣列的i 下標元素。i從0開始。

其他型別的陣列與整數陣列相似。

表示式

表示式是變數、常量和運算子的組合，它表示一個資料。 1 + 1是常見的表示式。再比如:

public class Test
{    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println("Declare in the middle:");        int a;
        a = 5 + 1;
        System.out.println(a);  // print an integer    }
}

上面的5 + 1也是一個表示式，等於6。 

數學表示式

數學運算，結果為一個數值

1  + 2                  加法

4  - 3.4                減法

7  * 1.5                乘法

3.5  / 7                除法

7  % 2                  求餘數

關係表示式

判斷表示式是否成立。即一個boolean值，真假

a  > 4.2                大於

3.4  >= b               大於等於

1.5  < 9                小於

6  <= 1                 小於等於

2  == 2                 等於

2  != 2                 不等於

布林表示式

兩個boolean值的與、或、非的邏輯關係

true  && false          and

(3 > 1)  || (2 == 1)    or

!true                  not

位運算

對整數的二進位制形式逐位進行邏輯運算，得到一個整數

&                      and

|                      or

^                      xor

~                      not

5 << 3                 0b101 left shift 3 bits

6 >> 1                 0b110 right shift 1 bit

還有下列在C中常見的運算子，我會在用到的時候進一步解釋:

m++                    變數m加1

n--                    變數n減1

condition  ? x1  : x2   condition為一個boolean值。根據condition，取x1或x2的值

控制結構

Java中控制結構(control flow)的語法與C類似。它們都使用{}來表達隸屬關係。

選擇 (if)

if
 (conditon1) {
    statements;

    ...
}
else 
if
 (condition2) {
    statements;

    ...
}
else
 {
    statements;

    ...
}

上面的condition是一個表示真假值的表示式。statements;是語句。

練習 寫一個Java程式，判斷2013年是否是閏年。

迴圈 (while)

while (condition) {

    statements;

}

迴圈 (do... while)

do {

    statements;

} while(condition);   // 注意結尾的;

迴圈 (for)

for (initial; condition; update) {

    statements;

}

跳過或跳出迴圈

在迴圈中，可以使用

break;  // 跳出迴圈

continue;  // 直接進入下一環

練習 寫一個Java程式，計算從1加2，加3…… 一直加到999的總和

選擇 (switch)

switch(expression) {

    case 1:

        statements;

        break;

    case 2:

        statements;

        break;

    ...

    default:

        statements;

        break;

}

物件導向

“物件”是計算機抽象世界的一種方式。“物件導向”可以用很多方式表達。下面是一種並不精確，但比較直觀的理解方式：

1. 世界上的每一個事物都可以稱為一個 物件(object)，比如張三。物件有 身份(Identity)， 狀態(State)和 行為(Behavior)。
2. 物件的狀態由 資料 成員(data member)表示。資料成員又被稱作 域(field)。我們用其他物件作為該物件的資料成員。比如一個表示身高的整數，比如一個鼻子。
3. 物件的行為由 成員方法(member method)表示。我們簡稱為 方法(method)。一個物件可以有多個方法，比如 呼吸，睡覺。
4. 物件可以歸 類(class)，或者說歸為同一 型別(type)。同一型別的物件有相同的方法，有同型別的資料成員。某個型別的一個物件被稱為該型別的一個 例項(instance)。

類與物件

定義類的語法:

class ClassName

{

    member1;

    member2;

    ...

}

我們定義一個human類:

class
 Human 
{    
void
 breath()
    {
        System.out.println("hu...hu..."
);
    }


    
int
 height;
}

在{}範圍內，Human類有兩個成員： 一個資料成員height，一個方法breath()。

• 資料成員height是整數型別，可以用於儲存一個整數。
• 方法代表了物件所能進行的動作，也就是計算機所能進行的操作。方法可以接受引數，並能返回值。在breath()的定義中，breath後面的()中為引數列表。由於引數列表為空，所以breath()不接受引數。在breath()之前的void為返回值的型別，說明breath不返回值。

(方法與程式導向語言中的函式類似) 

現在，我們建立物件aPerson，並呼叫物件的方法breath:

public 
class
 Test
{    
public 
static 
void
 main(String[] args)
    {
        Human aPerson = 
new
 Human();
        aPerson.breath();

        System.out.println(aPerson.height);
    }
}
class
 Human
{    
void
 breath()
    {
       System.out.println("hu...hu..."
);
    }    
int
 height;
}

在main方法中，使用 new關鍵字建立物件。即使是來自同一個類的物件，各個物件佔據的記憶體也不相同，即物件的 身份也不同。

Human aPerson宣告瞭aPerson物件屬於Human類，即說明了物件的型別。

物件建立後，我們可以用  物件.資料成員 來引用資料成員，使用  物件.方法() 的方式來呼叫方法。正如我們在後面列印aPerson.height。

總結

Java的許多語法形式與C/C++類似，但在細節和具體實現上又有差別，需要小心。

物件，類

物件: 方法，域(資料成員)

Java是完全物件導向的語言。