Java常见API

Java常见API

Math

在Java中，Math是一个包含了许多数学函数和常量的类，它属于java.lang包，因此在使用时不需要显式地导入。Math类提供了许多静态方法来进行数学运算，比如三角函数、对数函数、指数函数等。

Math类的作用：

  1. 提供数学常量：如Math.PI（π）和Math.E（自然对数的底e）。
  2. 提供数学函数：如Math.sqrt()（求平方根）、Math.pow()（求幂）、Math.random()（生成随机数）等。
  3. 提供数学运算的辅助方法：如Math.max()（求最大值）、Math.min()（求最小值）、Math.abs()（求绝对值）等。

如何使用：

由于Math类中的方法都是静态的，因此你可以直接通过类名来调用这些方法，而不需要创建Math类的实例。例如：

double radius = 5.0;
double area = Math.PI * Math.pow(radius, 2);
System.out.println("圆的面积是: " + area);

注意事项：

  1. 精度问题：由于计算机内部表示浮点数的方式，进行浮点数运算时可能会遇到精度问题。例如，0.1 + 0.2可能不等于0.3。
  2. 随机数生成：Math.random()生成的是一个大于等于0.0且小于1.0的双精度随机数，但如果你需要其他范围的随机数，可能需要进行一些额外的计算。
  3. 方法参数类型：注意Math类中的方法大多接受double类型的参数，并返回double类型的结果。

常用和对竞赛有帮助的方法：

  1. Math.sqrt(double a)：计算一个数的平方根。
  2. Math.pow(double a, double b)：计算a的b次幂。
  3. Math.random()：生成一个大于等于0.0且小于1.0的随机数。
  4. Math.max(double a, double b) 和 Math.min(double a, double b)：分别计算两个数的最大值和最小值。
  5. Math.abs(double a)：计算一个数的绝对值。
  6. Math.round(double a)：四舍五入为最接近的整数。
  7. 三角函数：如Math.sin(double a)、Math.cos(double a)、Math.tan(double a)等，用于计算正弦、余弦和正切值。
  8. 对数函数和指数函数：如Math.log(double a)（计算自然对数）、Math.exp(double a)（计算e的a次幂）等。

在编程竞赛中，这些方法可以帮助你快速完成数学计算，而无需手动实现这些复杂的数学函数。

System

  • 数据源数组的类型必须和目的地数组的类型一致

在Java中，System 是一个预定义的 final 类，在 java.lang 包中。这个类提供了一些有用的类字段和方法，允许你与底层系统进行交互。

System的作用：

  1. 标准输入/输出/错误流：System 类提供了三个静态的 PrintStream 对象，分别代表标准输入流（in）、标准输出流（out）和标准错误流（err）。
  2. 系统属性：允许你获取和设置系统属性。
  3. 垃圾回收：可以请求系统进行垃圾回收。
  4. 当前时间：可以获取当前的时间（以毫秒为单位）。
  5. 数组复制：提供了一个高效的数组复制方法。

如何使用：

  1. 标准输入/输出：
System.out.println("Hello, World!");  // 输出到控制台
  1. 获取系统属性：
String javaVersion = System.getProperty("java.version");
  1. 请求垃圾回收：
System.gc();
  1. 获取当前时间：
long currentTimeMillis = System.currentTimeMillis();
  1. 数组复制（这是一个非常高效的方法，通常比使用循环进行复制要快）：
int[] srcArray = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] destArray = new int[5];
System.arraycopy(srcArray, 0, destArray, 0, 5);

注意事项：

  1. 线程安全：System.out 和 System.err 是线程安全的，但如果你重定向了这些流，新流可能不是线程安全的。
  2. 垃圾回收：虽然你可以调用 System.gc() 来请求垃圾回收，但这并不保证JVM会立即执行垃圾回收。这只是一个请求，不是命令。
  3. 系统属性：当通过 System.setProperty() 设置系统属性时，要注意不要覆盖重要的系统属性，这可能会影响JVM或应用程序的行为。

对打竞赛有帮助的方法：

  1. System.currentTimeMillis()：在算法竞赛中，经常需要测量代码的执行时间。使用这个方法可以很容易地获取当前的时间戳。
  2. System.arraycopy()：当你需要高效地复制数组时，这个方法非常有用。例如，在动态规划或图算法中，你可能需要复制状态数组或邻接矩阵。
  3. 标准输入/输出：虽然在竞赛中通常使用其他更高效的输入/输出方法（如 BufferedReader 和 PrintWriter），但有时为了快速调试或简单的任务，使用 System.out.println() 是很方便的。

总之，System 类在Java中提供了一系列与系统交互的实用方法和字段，无论是在日常编程还是在算法竞赛中都非常有用。

Runtime

在Java中，Runtime是Java标准库中的一个关键类，它代表了Java应用程序的运行时环境，也就是Java虚拟机(JVM)的一个实例。Runtime类提供了对当前Java虚拟机实例的访问和控制，允许程序动态地修改和管理运行时环境。

Runtime的作用：

  1. 管理内存：可以通过Runtime类查询和控制JVM的内存使用情况，如获取空闲内存、最大可用内存等。
  2. 执行外部命令：Runtime允许Java程序执行本地系统中的命令或脚本。
  3. 获取系统信息：例如，可以通过Runtime获取系统的处理器数量。

如何使用：

  1. 获取Runtime实例：由于Runtime类是单例的，因此可以通过Runtime.getRuntime()方法获取其实例。
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
  1. 内存管理：使用freeMemory(), totalMemory(), maxMemory()等方法来查询和管理内存。
long freeMem = runtime.freeMemory();
long totalMem = runtime.totalMemory();
long maxMem = runtime.maxMemory();
  1. 执行命令：使用exec()方法来执行系统命令。
Process p = runtime.exec("notepad.exe");

注意事项：

  1. 安全性：使用exec()方法执行外部命令时要格外小心，因为它可能带来安全风险，特别是当命令内容来自不可信的源时。
  2. 资源管理：当使用exec()方法启动外部进程时，要确保正确管理这些进程的资源，避免资源泄漏。
  3. 错误处理：执行外部命令时，要准备好处理可能出现的异常和错误。

对打竞赛有帮助的方法：

在编程竞赛中，Runtime类的一些方法可能不是特别常用，但以下是一些可能在某些场景下有用的方法：

  1. 内存管理：在解决需要大量内存处理的问题时，了解当前内存使用情况可以帮助优化程序性能。
  2. 执行时间测量：虽然不直接使用Runtime类来测量时间，但可以通过结合System.currentTimeMillis()来测量代码段的执行时间，这在性能分析和优化中非常有用。
  3. 多线程与处理器数量：通过availableProcessors()方法了解系统的处理器数量，可以帮助优化多线程程序的设计。

总的来说，Runtime类在Java中提供了与JVM运行时环境交互的接口，对于需要深入了解和控制程序运行环境的开发者来说是非常有用的。在编程竞赛中，它可能不是最常用的类，但在某些特定场景下，如内存管理、性能测试和多线程优化中，它的方法和功能可能会派上用场。

在Java中，你可以使用类名直接调用静态方法，无论该类是否是静态类。静态方法是属于类本身的方法，而不是类的实例（对象）的方法。因此，你不需要创建类的对象来调用静态方法；相反，你可以直接使用类名来调用。

System类包含了很多静态方法，比如System.currentTimeMillis()、System.arraycopy()等，以及静态字段如System.out和System.err。由于这些方法和字段都是静态的，所以你可以直接使用System类名来访问它们。

这里是一个简单的例子来说明这一点：

public class Example {public static void main(String[] args) {// 调用System类的静态方法long currentTime = System.currentTimeMillis();System.out.println("Current time in milliseconds: " + currentTime);// 访问System类的静态字段System.out.println("This is being printed to the standard output stream.");}
}

在这个例子中，我们没有创建System类的实例，而是直接使用类名来调用其静态方法和访问其静态字段。

总结来说，即使System类不是静态类，我们也可以直接使用类名来调用其静态方法，因为静态方法和静态字段是属于类本身的，不依赖于类的任何特定实例。

实际上，您可以使用Runtime类名来调用其静态方法。Runtime类中确实包含静态方法，尽管它们不像System类中的静态方法那样常用。例如，Runtime类中有一个静态方法getRuntime()，它返回与当前Java应用程序关联的运行时对象。您可以通过类名直接调用这个方法：

Runtime runtime = Runtime.getRuntime();

上面的代码就是通过Runtime类名直接调用了静态方法getRuntime()。一旦您获得了Runtime的实例，您就可以使用该实例来调用其非静态方法，如exec()来执行系统命令。

如果您认为不能直接通过Runtime类名调用其静态方法，可能是因为Runtime类中的大多数有用方法都是非静态的，需要通过其实例来调用。但是，静态方法getRuntime()是一个例外，它允许您获取Runtime类的实例，进而使用该实例来访问非静态方法。

简而言之，您可以使用Runtime类名来调用其静态方法，但Runtime类提供的静态方法非常有限，最常用的getRuntime()方法用于获取类的实例。其他大多数方法都是非静态的，需要通过该实例来调用。

除了G（Gigabyte，吉字节）之外，计算机存储中常用的单位还包括：

  1. Bit (位): 这是计算机中最小的信息单元，用0或1来表示。

  2. Byte (字节): 1 Byte 等于 8 Bits。这是数据存储的基本单位，通常用于表示文本文件或程序代码的大小。

  3. KB (Kilobyte): 在计算机科学中，1 KB 通常等于 1024 Bytes（即2^10 Bytes），不过有时也可能被定义为 1000 Bytes，特别是在存储硬件的标称容量上。

  4. MB (Megabyte): 1 MB 等于 1024 KB，或者在某些情况下被定义为 1000 KB。

  5. TB (Terabyte): 1 TB 等于 1024 GB，或者在某些情况下被定义为 1000 GB。

  6. PB (Petabyte), EB (Exabyte), ZB (Zettabyte), YB (Yottabyte) 等：这些是更大的存储单位，每个单位比前一个单位大1024倍（在二进制计量系统中）或1000倍（在十进制计量系统中）。

关于这些单位是否为1000进制（十进制）或1024进制（二进制），这取决于上下文和使用场景。在计算机内部处理和存储容量的计算中，通常使用二进制系统，因此单位换算是基于1024的（例如，1 KB = 1024 Bytes, 1 MB = 1024 KB等）。然而，在数据存储硬件（如硬盘、闪存驱动器等）的营销和标称容量上，厂商可能会使用十进制（即1 KB = 1000 Bytes, 1 MB = 1000 KB等）来描述容量，因为这会使数字看起来更大，对消费者更有吸引力。

因此，在理解和比较不同来源提供的存储容量信息时，重要的是要明确所采用的进制系统。在计算机操作系统和许多软件中，通常还是采用二进制定义。

Object

在Java中，Object是所有类的基类，也就是说，Java中所有的类都直接或间接地继承自Object类。Object类提供了一些基本的方法，这些方法可以被所有的Java类继承和使用。

Object的作用：

  1. 统一基类：为Java中的所有对象提供了一个统一的基类，使得所有对象都有一些共同的行为。
  2. 多态性：由于所有的类都继承自Object，这使得在编写可以接受任何类型对象的代码时变得非常简单，增强了代码的多态性。
  3. 内存管理：Object类中的某些方法，如finalize()，与Java的垃圾回收机制相关，帮助管理对象的生命周期。

如何使用Object：

在Java中，你不需要显式地继承Object类，因为所有的类都隐式地继承自Object。但是，你可以重写Object类中的方法来定制你的类的行为。

注意事项：

  1. equals和hashCode：如果你重写了equals()方法，通常也需要重写hashCode()方法，以确保满足hashCode的通用契约：等价的对象必须具有相同的哈希码。
  2. finalize：不建议重写finalize()方法来进行资源清理，因为它不是确定会被调用的（Java 9开始，finalize方法已经被废弃）。应该使用try-with-resources语句或java.lang.ref.Cleaner来进行资源清理。
  3. toString：重写toString()方法可以提供有关对象的更有意义的字符串表示，这在调试和日志记录中非常有用。
  4. clone：如果你的类实现了Cloneable接口并重写了clone()方法，那么你可以创建并返回对象的一个浅拷贝。但请注意，深拷贝可能需要更多的工作。

常用和对竞赛有帮助的方法：

  1. equals(Object obj)：用于比较两个对象是否相等。在竞赛中，经常需要比较对象或查找特定对象，因此重写此方法以提供自定义的相等性检查是非常有用的。
  2. hashCode()：返回对象的哈希码值。在哈希表等数据结构中，此方法非常重要。重写此方法以确保对象在哈希表中的正确分布可以提高性能。
  3. toString()：返回对象的字符串表示。在竞赛中，当你需要打印或记录对象的状态时，一个有意义的toString()实现可以大大简化这个过程。
  4. clone()：创建并返回此对象的一个副本。在某些算法和数据结构中，你可能需要快速复制对象，而不是手动创建一个新的相同对象。
  5. notify(), notifyAll(), wait()：这些方法用于线程间的协作。在多线程编程竞赛中，正确地使用这些方法可以实现复杂的同步需求。
  6. finalize()（已废弃）：虽然不建议使用此方法，但了解它的历史和替代方案对于深入理解Java的内存管理和垃圾回收机制是有帮助的。

请注意，上述方法中的大多数都需要谨慎重写，以确保满足其通用契约并避免引入错误或不一致性。

Objects

在Java中，Objects是一个实用工具类，自Java 7引入，它位于java.util包中。Objects类包含了一系列静态方法，用于处理对象，并降低代码中的空指针异常（NullPointerException）风险。下面是对Objects类的详细解释：

作用与用途：

Objects类主要用于进行对象的基本操作，比如检查对象是否为空、比较两个对象是否相等、计算对象的哈希码等。这些操作在编写健壮且安全的代码时非常有用，特别是在处理可能为null的对象时。

如何使用：

使用Objects类非常简单，因为它只包含静态方法，所以你可以直接通过类名来调用这些方法。以下是一些常用方法的示例：

  1. 检查对象是否为空：
Object obj = ...; // 可能是null的对象
if (Objects.isNull(obj)) {// obj 是 null
} else {// obj 不是 null
}
  1. 比较两个对象是否相等：
Object obj1 = ...;
Object obj2 = ...;
if (Objects.equals(obj1, obj2)) {// obj1 和 obj2 相等
}
  1. 计算对象的哈希码：
Object obj = ...;
int hashCode = Objects.hash(obj);
  1. 比较两个数组是否相等：
Object[] arr1 = ...;
Object[] arr2 = ...;
boolean isEqual = Arrays.equals(arr1, arr2); // 注意这里使用的是Arrays类，不是Objects类

注意事项：

  • 当使用Objects类的方法时，请确保传入的参数类型与方法期望的参数类型相匹配。
  • Objects类的方法通常对null参数进行了处理，以减少空指针异常的风险，但并不意味着可以完全避免空指针异常。在编写代码时，仍然需要谨慎处理可能为null的情况。
  • 对于自定义类，如果需要重写equals()和hashCode()方法，请确保遵循Java的约定和规则，以保持对象的一致性。

常用和对打竞赛有帮助的方法：

  1. Objects.equals(Object a, Object b)：用于比较两个对象是否相等，这个方法在内部处理了null的情况，避免了直接调用a.equals(b)可能导致的空指针异常。

  2. Objects.hash(Object... values)：用于计算对象的哈希码，通常用于实现自定义类的hashCode()方法。在需要比较对象是否相等或者将对象放入哈希表等数据结构时，这个方法非常有用。

  3. Objects.requireNonNull(T obj) 和 Objects.requireNonNullElse(T obj, T defaultObj)：这两个方法用于检查传入的对象是否为null，如果为null则抛出NullPointerException。后者在对象为null时返回默认对象，而不是抛出异常。这对于确保方法的参数不为null非常有用，特别是在编写库或框架时。

在编程竞赛中，快速、准确地处理对象和对象的比较是非常重要的。使用Objects类可以避免一些常见的错误，比如空指针异常，并且可以使代码更加简洁和易读。因此，熟练掌握Objects类的使用方法和技巧，对于提高编程竞赛中的代码质量和效率是很有帮助的。

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