1.2 Java语言的特点
Java语言的广泛应用主要得益于它的核心特点，主要包括跨平台性、面向对象特性、安全性等。
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 跨平台性 | Java能够在多种操作系统上运行，这得益于JVM（Java虚拟机）。只要设备安装了对应的JVM，Java程序就可以在其上运行。 |
| 面向对象 | Java是一种面向对象的编程语言。这意味着你可以创建包含属性和方法的对象，并通过对象的交互来实现复杂功能。 |
| 安全性 | Java为网络编程提供了许多安全特性，包括对源代码的加密，并且在运行时检查类的 |
1.3 Java开发环境的搭建
Java开发环境的搭建是Java学习的第一步，主要包括安装JDK（Java开发工具包）和配置环境变量。
| 步骤 | 描述 |
|---|---|
| 安装JDK | JDK是包含了JRE（Java运行环境）和开发工具（如编译器和调试器）的软件包。 |
| 配置环境变量 | 环境变量是让系统知道如何找到Java命令和库的方式。通常需要设置JAVA |
1.4 第一个Java程序
编写第一个Java程序时，通常从最简单的输出开始，这里我们以“Hello, World!”为例。
// "HelloWorld.java" 示例代码
public class HelloWorld {// 主函数，Java 程序入口点public static void main(String[] args) {// 输出字符串到控制台System.out.println("Hello, World!");}
}
| 步骤 | 描述 |
|---|---|
| 创建类 | 使用 class 关键字定义一个类，类名的首字母应大写。 |
| 编写主函数 | main 方法是程序的入口，是程序开始执行的地方。 |
| 输出信息 | 使用 System.out.println 在控制台打印信息。 |
进阶用法介绍：掌握基本的输入输出操作后，可以学习复杂的 I/O 流操作，包括文件读写，序列化和网络通信。此外，了解执行时异常处理也是进阶重要的一步。
1.5 Java程序编程规范
遵循Java编程规范能够提高代码的可读性和可维护性。
// Java 编程规范示例代码/*** Calculator 类用于执行基本的数学运算。* 类命名使用大驼峰命名法。*/
public class Calculator {/*** 常量命名使用全大写字母和下划线分隔。*/public static final String NAME = "Simple Calculator";/*** 方法命名使用小驼峰命名法，方法名应当清晰表达其功能。*/public int add(int number1, int number2) {// 方法内的注释用于解释复杂的逻辑 return number1 + number2; // 返回两个数字的和}
}
| 规范类型 | 描述 |
|---|---|
| 类命名规范 | 使用大写字母开始，后续每个单词首字母大写。 |
| 方法命名规范 | 使用小写字母开始，后续每个单词首字母大写。 |
| 常量命名规范 | 全部使用大写字母，并在单词之间使用下划线分隔。 |
2.1 关键字和标识符
在Java中，关键字是预定义的保留字，具有特殊的意义；而标识符是程序员自定义的名字，用于变量、方法、类等的命名。
// 关键字和标识符示例代码public class Student {// 'public', 'class' 是Java关键字// 'Student', 'studentName', 'printStudentName' 是标识符String studentName;// 'void' 是关键字，表示函数不返回任何值public void printStudentName() {System.out.println(studentName);}
}
| 类型 | 描述 |
|---|---|
| 关键字 | Java预定义的单词，如 public, static, void。 |
| 标识符 | 用户自定义的名称，需要遵守命名规则，不能使用关键字。 |
2.2 变量与常量
变量和常量是Java中存储数据的基本单元，变量的值可以改变，而常量的值定义后不可更改。
// 变量与常量的示例代码
public class VariableAndConstant {// 声明一个变量int age = 18;// 声明一个常量，一般使用 final 关键字修饰，且常量名大写final String NAME = "张三";public void updateAge() {// 修改变量age = 20;// 以下常量赋值会导致编译错误，因为常量不能被改变// NAME = "李四";}
}
| 类型 | 描述 |
|---|---|
| 变量 | 可变的存储单元，可以在程序执行过程中改变其值。 |
| 常量 | 使用 final 关键字声明，一旦赋初值后不可更改。 |
进阶用法介绍：
在Java编程中，变量和常量的高级用法涉及到更深层次的理解和运用。例如，变量的作用域决定了在哪个部分的代码中可以访问到该变量，而生命周期则与变量在内存中存在的时间有关。变量的作用域可以是类级（成员变量）、方法级（局部变量）、块级（比如在if或for循环中定义的变量），或者是线程生命周期内（ThreadLocal变量）。
装箱和拆箱是Java中特有的概念，指自动地将基本数据类型转换为相应的包装器类型（装箱），以及将包装器类型转换回基本数据类型（拆箱）。不变设计模式（Immutable Design Pattern）涉及到创建不可变的对象，确保对象一旦被创建后就不能被修改。这种模式有助于创建更加安全和简洁的代码，并容易进行多线程编程，因为不可变对象本身是线程安全的。
// 进阶变量与常量的示例代码
public class AdvancedVariableAndConstant {// 类级变量（静态变量），与类一起加载，在程序整个运行期间都存在private static int classVariable = 0;// 在方法中定义的局部变量，仅在方法调用时存在public void localVariableExample() {int localVariable = 1;}// 不变对象示例，创建后其状态不能被改变public final static String IMMUTABLE_STRING = "不可变字符串";// 装箱:将int基本类型转化为Integer对象类型int primitive = 100;Integer wrappedInteger = primitive; // 装箱// 拆箱:将Integer对象类型转化为int基本类型int unboxedInteger = wrappedInteger; // 拆箱
}
| 高级用法 | 描述 |
|---|---|
| 变量作用域 | 确定变量可以被访问的代码范围。 |
| 变量生命周期 | 变量从创建到销毁的过程。 |
| 装箱与拆箱 | 自动类型转换，基本数据类型与对象类型之间的转换。 |
| 不变设计模式 | 一种创建不可变对象的设计模式，用于创建线程安全和不可修改的对象。 |
2.3 数据类型
Java是静态类型语言，数据类型定义了变量可以存储的数据种类和范围。
// 数据类型的示例代码
public class DataTypes {// 基本数据类型int intNum = 100; // 整数float floatNum = 10.99f; // 单精度浮点数double doubleNum = 3.14159; // 双精度浮点数char letter = 'A'; // 字符boolean flag = true; // 布尔// 对象数据类型（类）String text = "Hello Java"; // 字符串
}
| 数据类型 | 描述 |
|---|---|
| 基本数据类型 | 包括整数、浮点数、字符和布尔等类型，直接存储值。 |
| 对象数据类型 | 类的实例，通过引用来操作，例如字符串。 |
2.5 程序控制结构
程序控制结构决定了程序的流程，包括分支结构如 if、else、循环结构如 for、while。
// 程序控制结构的示例代码
public class ControlStructure {public void checkNumber(int number) {// 分支结构if (number > 0) {System.out.println("数字正数");} else {System.out.println("数字非正数");}// 循环结构for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println(i);}}
}
| 控制结构 | 描述 |
|---|---|
| 分支结构 | 根据条件执行不同的代码路径。 |
| 循环结构 | 重复执行一段代码直至满足退出条件。 |
3.1 数组概述
数组在Java中是用来存储固定大小的同类型元素的集合。
// 数组概述示例代码
public class ArrayExample {public void arrayDemo() {// 声明一个整型数组int[] numbers = {10, 20, 30, 40, 50};// 遍历数组并打印元素for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {System.out.println(numbers[i]);}}
}
| 概念 | 描述 |
|---|---|
| 数组声明 | 定义数组的类型和名称，可以初始化数组。 |
| 数组遍历 | 使用循环结构去访问数组中的每个元素。 |
| 数组长度 | 属性 length 用来获得数组的大小。 |
进阶用法介绍：
数组的高级功能涉及多维数组的使用、数组和集合之间的转换、利用Java的集合框架进行动态数组的操作，以及对数组进行高效排序和搜索等操作。
多维数组：在Java中，除了一维数组，还可以创建多维数组，如二维数组通常被用于表示矩阵或者表格数据。
// 多维数组示例代码
public class MultiDimensionalArray {public void multiArrayDemo() {// 声明一个二维数组int[][] matrix = {{1, 2, 3},{4, 5, 6},{7, 8, 9}};// 访问二维数组中的元素for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {System.out.print(matrix[i][j] + " ");}System.out.println(); //新的一行}}
}
Java集合框架：对于更复杂的数据结构操作，可以使用Java的集合框架，如 ArrayList 和 HashMap 提供了动态的、可以改变大小的数组。
// Java集合框架示例代码
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;public class CollectionExample {public void collectionDemo() {// 创建ArrayListArrayList<Integer> numberList = new ArrayList<>();numberList.add(10);numberList.add(20);// 创建HashMapHashMap<String, Integer> nameToAge = new HashMap<>();nameToAge.put("张三", 30);nameToAge.put("李四", 40);}
}
数组的高级排序与搜索：使用如排序算法 Arrays.sort() 和搜索算法 Arrays.binarySearch() 可以对数组进行高效的排序和搜索。
// 数组高级排序与搜索示例代码
import java.util.Arrays;public class ArrayAdvancedOperations {public void advancedArrayDemo() {// 标准数组排序int[] numbers = {40, 10, 20, 30};Arrays.sort(numbers);// 用二分搜索法在数组中搜索值，前提是数组已经排序int index = Arrays.binarySearch(numbers, 30);System.out.println("Index of 30: " + index);}
}
| 高级功能 | 描述 |
|---|---|
| 多维数组 | 可以用来表示多维数据结构，例如矩阵。 |
| Java集合框架 | 动态数组和映射，用于在程序运行时动态存储元素。 |
| 高级排序与搜索 | 利用Java提供的工具类对数组进行高效的排序和搜索。 |
4.2 类
类是Java面向对象程序设计的基础，是创建对象的蓝图或原型。
// 类的示例代码
public class Book {// 实例变量（属性）private String title;private String author;private int year;// 类构造器public Book(String title, String author, int year) {this.title = title;this.author = author;this.year = year;}// 实例方法public void displayInfo() {System.out.println("Book: " + title + ", Author: " + author + ", Year: " + year);}
}
| 概念 | 描述 |
|---|---|
| 类定义 | 包含属性和方法的模板定义。 |
| 构造器 | 特殊的方法，用于在创建对象时初始化对象。 |
| 实例变量 | 在类中定义，为每个对象实例保留其独有的状态。 |
| 实例方法 | 属于对象的方法，能够访问对象的状态和行为。 |
第五章 继承与多态
继承允许一个类继承另一个类的属性和方法，而多态允许子类重写父类的方法。
// 继承与多态示例代码// 父类
class Animal {public void makeSound() {System.out.println("Some sound");}
}// 子类
class Dog extends Animal {// 重写方法（多态）@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Bark bark");}
}public class TestInheritance {public static void main(String[] args) {Dog myDog = new Dog();myDog.makeSound(); // 输出: Bark bark}
}
| 概念 | 描述 |
|---|---|
| 继承 | 使用 extends 关键字，子类获得父类的属性和方法。 |
| 方法重写 | 子类提供父类方法的特定实现。 |
| 类型转换 | 子类对象可以被视为是父类的实例，反之不行。 |
第六章 抽象类与接口
抽象类和接口都不能实例化，用于声明类的某些行为，具体实现由子类完成。
// 抽象类与接口示例代码// 抽象类
abstract class Shape {String color;// 抽象方法abstract double area();public String getColor() {return color;}
}// 接口
interface Drawable {void draw();
}// 子类
class Circle extends Shape implements Drawable {double radius;Circle(double radius) {this.radius = radius;}// 实现抽象方法@Overridedouble area() {return Math.PI * radius * radius;}// 实现接口方法@Overridepublic void draw() {System.out.println("Drawing Circle");}
}
| 概念 | 描述 |
|---|---|
| 抽象类 | 使用 abstract 关键字声明，可以包含抽象方法和具体方法。 |
| 接口 | 使用 interface 关键字声明，只能包含抽象方法（Java 8之前）。 |
| 实现 | 子类使用 extends 关键字继承抽象类，使用 implements 关键字实现接口。 |
