Java-1-基础语法

发表于 2020-11-04 更新于 2021-01-10 分类于 1- 编程相关， Java 阅读次数： Valine：

之前虽然学过 Java，但时间比较久了，并且没有做好整理总结。所以，阅读这本《Core Java SE 9 for the Impatient》来做一下整理回顾。这本书是两卷《Core Java》的精华版，具体的，它去除了历史介绍部分，以及很少使用的 Java 用户接口程序的内容。此外，还去除了单个特性多版本的介绍，全部内容都以 Java SE 9 为根据编写，并且仅突出语言的 “good parts”。

本书要求读者有一定的编程基础和经验。具体内容部分，提到介绍了java concurrent programming 的新方法。使用 Java 新特性处理该问题，而不是使用传统的 “error-prone low-level constructs”. 最后，作者说这本书 “Not for college course and not for systems wizards.” 就是说书中会介绍应用工程师会使用遇到的一些技术问题，例如 logging ，working with file。但是不会介绍实现链表，或者自己写一个 web server 之类的偏基础知识理解，练习的内容（造轮子）。

A. Primitive Type

Java 共有8种基础数据类型：4种是有符号整型（default 为 int 型，为 4 byte）；2种浮点型（default 为 double，8 byte，有 15 significant decimal digits）；1种char型；1种boolean型。

有符号整数型：在 Java 中，一个很 nice 的性质是，int 型占用的位数与所使用的运行平台无关（C，C++与编译程序的 processor 有关），对于所有的 JVM int 的长度都是相同的，从而保证了 Java 优秀的兼容特性。最长的整型为 long 型，为 8 bytes，赋值时使用 suffix L, e.g. 400000000L.

浮点数 由于 float型是是使用 binary number system，在计算除法时，会出现小数部分不准确的现象，例如： 2.0 - 1.1 给出的结果是 0.8999.. 。如果需要精确的数值计算而没有这种 roundoff error，可以使用 BigDecimal 类。BigDecimal.valueOf(n,e), 会返回数 $n\times 10^{-e}$。例如上面 2.0 - 1.1 可以表达为 BigDecimal.valueOf(2,0).subtract(BigDecimal.valueOf(11, 1)).

Double 类中有一些常数，处理一些特殊的运算结果，例如 1.0 / 0.0 的结果为 Double.POSITIVE_INFINITY 表示 $\infty$。而 0.0 / 0.0 的结果，以及负数的开方值为 Double.NaN，表示 not a number。

布尔型 需要注意的是，对于 boolean type，他有两个值 true and false，boolean value 和 integers 0 和 1 之间没有联系。

字符型，Java 中的 char 为 UTF-16 编码的 ‘code units’。（具体参考 part “d. String”, and refLink）

Line feed（\n）和 carriage return (\r) 有啥区别？ Line feed 意思是向前移动一行，而 carriage return 表示将游标移动到行首。通常 windows 使用 \r\n 在文档中表示换行，而 unix 系统中则大多使用 \n。reflink

B. Variables

变量声明：Convention：通常class 的名字首字母大写， methods 和 variables 的名字首字母小写。variables 的名字常常使用 “camel case”。（对于 python 习惯是使用下划线表示变量）

初始化：使用变量前必须先初始化。

Constant: final key word 表示一个变量给定后不能改变，即是一个 constant。通常 constant 的变量名全部大写。

1	final int DAYS_PER_WEEK = 7;

C. Arithmetic operations

基础运算 如果 operands 都是整型的话，那么对于除法，java 默认认为是 integer division，例如：17/5 = 3, 而 17.0/5 = 3.4。此外，一定要注意的是，integer 除0的会引发异常，是一个 exception 需要被 catch。（浮点数除0不会异常，结果是一个无穷值 or NaN值）

Math类的方法 在 Java 的 Math 类中，提供了一些 static 的方法，处理数学问题。e.g. Math.pow(x,y) 表示 $x^y$。此外，使用 Math 类的好处还有它可以使得整数运算更加安全。例如：1’000‘000’000 * 3，如果赋值给一个 int，会因为溢出输出一个负值结果，而不报任何错误。但使用 Math.multiplyExact(1000000000,3), 会产生一个异常。

Type conversion: 在数据的 type conversion 的时候，要注意是否有 loss of information。例如 float 类型，通常只有约7位小数位，如果小数部分多于7位，则可能丢失精度。

一些特别的运算符 conditional operator: 如果条件为真，结果为第一个值，否则为第二个值。 time < 12 ? "am" : "pm"

bitwise operator: 按位与：&，按位或：|, 按位异或：^, 按位非：~，还有位位移等。

D. Strings

String 是字符的序列，a sequence of characters. 在 java 中，string 可以包含任意 Unicode characters。本节介绍了字符串的拼接、子串、比较、数字与字符串之间的转换、String API、code points 和 code units 问题。

字符串的拼接 使用 + 完成两个 string 的 concatenation。如果拼接大量字符串，使用 StringBuilder.

子串 String 类的 subString(a,b)方法，可以用于截取子串。split(a)可以根据字符 a 将 String 切割划分。

字符串比较：使用 String 类的 equals 方法。（不要用 ==! 作用是比较对象是否为同一个）此外，String 类中的 compareTo 方法，可以比较两个字符串在字典中的顺序。

字符串与其他类型间的转换：将数字转为字符串可以使用封装类的静态方法 toString, 将字符串转为数字则使用 parseInt 方法。e.g.

int n = 42;
String str = Integer.toString(n);   //str 为 "42"
String str2 = Integer.toString(n,2);    //转为2进制后化为字符串，str2 为"101010"
int n1 = Integer.parseInt(str);     //n1 为 42
int n2 = Integer.parseInt(str2, 2); //n2 为 42

String API：需要注意的是， String 类的方法，不改变操作对象本身，而是生成一个新的对象。

Code points and code units: 主要是编码长度的问题，最开始的 unicode 是 16位的（65535个），但后来发现仍然不够用（汉字），Unicode 也被扩到了 21bits。此外，还有 variable-length 的 utf-16 编码。因此，当处理包含汉字or特殊符号（emoji）的字符串时，需要使用 codePointCount() 方法来统计确切的字符数。这里的 “code point” 是字符对应的编码值，为一个整型数，一般的 Unicode 的字符，code Point 值在 0 到 65535之间。（refLink）

String str = "Hello🐷";
int len = str.length();
System.out.println(len);    //输出7
int len2 = str.codePointCount(0, len);
System.out.println(len2);       //输出 6
int codePoint = str.codePointAt(str.offsetByCodePoints(0, 5)); 
System.out.println(codePoint);  //输出 128055，大于65535

E. Input and Output

从 Reading input, formatted output 两个角度分别简单介绍了数据的读写。

Reading input 需要构建一个 scanner 对象，然后调用它的 nextLine() 方法读取一行，next() 方法读取下一个单词（以 whitespace 作为分隔）。需要注意的是，如果读取 password 之类的，因为希望读取的内容不要显示在 terminal 上，推荐使用 Console 类，然后调用它的 readPassword() 方法。

1
2
3

Scanner in = new Scanner(System.in);
System.out.println("test");
String t = in.nextLine();

Formatted Output：可以使用 System.out.printf() 配合 “format specifiers” 来规定数字的格式，例如%8.2f, 表示“field width” 为8，也就是占据8个位置。.2 表示有两位小数。此外，还可以使用 String 类的静态方法 format 来实现规定格式输出。

F. Control Flow

介绍了程序基础中的分支选择（Branches），循环语句（loops）的相关技巧。

Branches: if ... else ..., switch(){case 0: ...break;}

Loops: while, 此外，while 是先判定后执行，如果需要先执行后判定，则使用 do{...} while(constraints). while 的 iteration 次数不是非常明显的显示，如果 iteration 次数确定的话，推荐使用 for loop, for(initialization; test; update), 将初始化，判断，更新，放在一起，更加方便了解程序逻辑。

Breaking and continuing: 如果想在程序中间退出循环，可以使用 break 关键字。此外，还可以使用 continue 退出当次循环，强行进入下一轮循环。

Local variable scope: 变量的作用域通常以 { } 为界限，即从声明开始，到 } 结束。注意相同名字的变量的作用域不能重复。

G. Arrays and Array Lists

本节介绍了数组的基本操作，ArrayList 是一个泛型类，可以指定 list 中的对象的数据类型。

Arrays最简单形式: int[], String[], 分别表示整型数组，字符串数组。数组初始化可以使用 new String[100] 来实现。

Array construction：使用 new 关键字初始化数组时，数值型的初始值默认都为0，boolean 型默认都为 false，objects 的数组初始值默认都为 null。

ArrayList：为了获得更加自由的数组操作-数组构造完成后依然可以更改长度，可以使用泛型类（“Generic class”）ArrayList 来操作数组。它的常用方法有 add(), remove(),set()…

1 2	ArrayList<String> fr; fr = new ArrayList<>(); //or: new ArrayList<String>();

Wrapper classes for primitive types: 需要注意的是，generic class 不支持 primitive types 的数作为 type parameters，即 ArrayList<int> 是不允许的。解决方法是使用基本数据类型的包装类（wrapper class）。例如，int 的包装类为 integer. 将基础类型和包装类之间的转换的过程是自动的，称为 “autoboxing” 和 “unboxed”. 但有一点需要注意的是对于对于包装类，== and != 比较的是对象的引用是否相同，而不是比较对象的值，因此比较两个包装类对象的值是否相等必须使用 equals 方法。

Enhanced for loop: 如果你想遍历 array 中的元素，一个更加简洁的写法如下，它会从 number[] 开始遍历 numbers 数组中的元素，然后依次赋值给 n，一直到最后一个。

int sum = 0;
for(int n:numbers){
    sum += n;
}

Copying Arrays and Array Lists: Array 或者 ArrayList 声明的时候，int[] a, 实际上 a 是一个指针，如果再有 int[] b = a; 那么，a,b 都是指向同一个数组的指针，也就是说并不涉及一个值的复制。如果只希望进行值的复制，而不是将地址进行复制，我们需要使用静态方法 Arrays.copyOf() 进行复制。

Array Algorithm：我们 Arrays 中的静态方法处理基本数据类型的数组，使用 Collections 的静态方法处理 ArrayList<>。常用方法包括：fill(), sort().

Command-line arguments: 程序的 main 函数，public static void main(String[] args) 中的 String 数组的用处是传入 command line 中给如的参数，i.e. java Greeting -g cruel world, 这里， Greeting 是一个编译好的java 程序，然后 args[0] = "-g", args[1] = "cruel", args[2] = "world".

Multidimensional Arrays: java 没有真正意义上的多维数组，实际上是通过 “数组的数组” 的形式来实现的。二维数组可以表示如下，square[1][2] 表示第2行，第3列，也就是9(先行后列). 单独的 square[1] 表示第二行。此外，Arrays 类中也有一些静态方法可以处理二维数组，例如 deepToString() 方法。

int[][] square = {
    {1,2,3,4},
    {7,8,9,10},
    {2,4,5,6}
};