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用代碼帶你“深入”理解90%的初學者都沒理解清楚的Java基礎知識

2021-08-19 07:31:50 後端開發

大家好呀，最近很多小伙伴問我一些很基礎的問題，看來是基礎沒有打牢啊，這期我就在代碼中帶大家回顧Java中的基礎知識，可以自己敲一下看看，加深理解，根據這些知識我還整理了一張圖，基本上每個知識點都有注釋詳解，大家有需要的可以找我要，點這里加群領取資料
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    • Java中的類
    • Java中的變數
    • Java中的常量
    • 資料型別
      • byte，short，int，long四大整型型別
      • float，double兩大浮點型別
      • 字符型別
      • 布爾型別
    • 整數運算
      • 自增/自減
      • 位移運算
      • 位運算
      • 相關概念
        • 運算優先級
        • 溢位
        • 型別轉換
    • 浮點數數運算
      • 相關概念
        • 溢位
        • 強制轉型
        • 型別提升
    • 布爾運算
      • 短路運算
      • 最后，祝大家早日學有所成，拿到滿意offer，快速升職加薪，走上人生巔峰， 可以的話請給我一個三連支持一下我喲，我們下期再見

Java中的類

我們先剖析一個完整的Java程式，它的基本結構是什么：

/**
 * 可以用來自動創建檔案的注釋
 */
public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        // 向螢屏輸出文本:
        System.out.println("Hello, world!");
        /* 多行注釋開始
        注釋內容
        注釋結束 */
    }
} // class定義結束

因為Java是面向物件的語言，一個程式的基本單位就是class，class是關鍵字，這里定義的class名字就是Hello：

public class Hello { // 類名是Hello
    // ...
} // class定義結束

類名要求：
類名必須以英文字母開頭，后接字母，數字和下劃線的組合，習慣以大寫字母開頭，
要注意遵守命名習慣，好的類命名：
Hello
NoteBook
VRPlayer
注意到public是訪問修飾符，表示該class是公開的，
不寫public，也能正確編譯，但是這個類將無法從命令列執行，
在class內部，可以定義若干方法（method）：

public class Hello {
    public static void main(String[] args) { // 方法名是main
        // 方法代碼...
    } // 方法定義結束
}

方法定義了一組執行陳述句，方法內部的代碼將會被依次順序執行，
這里的方法名是main，回傳值是void，表示沒有任何回傳值，
我們注意到public除了可以修飾class外，也可以修飾方法，而關鍵字static是另一個修飾符，它表示靜態方法，后面我們會講解方法的型別，目前，我們只需要知道，Java入口程式規定的方法必須是靜態方法，方法名必須為main，括號內的引數必須是String陣列，
方法名也有命名規則，命名和class一樣，但是首字母小寫：
好的方法命名：
main
goodMorning
playVR
在方法內部，陳述句才是真正的執行代碼，Java的每一行陳述句必須以分號結束：

public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, world!"); // 陳述句
    }
}

在Java程式中，注釋是一種給人閱讀的文本，不是程式的一部分，所以編譯器會自動忽略注釋，

Java中的變數

在Java中，變數分為兩種：基本型別的變數和參考型別的變數，
我們先討論基本型別的變數，
在Java中，變數必須先定義后使用，在定義變數的時候，可以給它一個初始值，例如：
int x = 1;
上述陳述句定義了一個整型int型別的變數，名稱為x，初始值為1，
不寫初始值，就相當于給它指定了默認值，默認值總是0，
來看一個完整的定義變數，然后列印變數值的例子：

// 定義并列印變數
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 100; // 定義int型別變數x，并賦予初始值100
        System.out.println(x); // 列印該變數的值
    }
}

運行結果：

100

變數的一個重要特點是可以重新賦值，例如，對變數x，先賦值100，再賦值200，觀察兩次列印的結果：

// 重新賦值變數
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 100; // 定義int型別變數x，并賦予初始值100
        System.out.println(x); // 列印該變數的值，觀察是否為100
        x = 200; // 重新賦值為200
        System.out.println(x); // 列印該變數的值，觀察是否為200
    }
}

運行結果：

100
200

注意到第一次定義變數x的時候，需要指定變數型別int，因此使用陳述句int x = 100;，而第二次重新賦值的時候，變數x已經存在了，不能再重復定義，因此不能指定變數型別int，必須使用陳述句x = 200;，
變數不但可以重新賦值，還可以賦值給其他變數，讓我們來看一個例子：

// 變數之間的賦值
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int n = 100; // 定義變數n，同時賦值為100
        System.out.println("n = " + n); // 列印n的值
        n = 200; // 變數n賦值為200
        System.out.println("n = " + n); // 列印n的值
        int x = n; // 變數x賦值為n（n的值為200，因此賦值后x的值也是200）
        System.out.println("x = " + x); // 列印x的值
        x = x + 100; // 變數x賦值為x+100（x的值為200，因此賦值后x的值是200+100=300）
        System.out.println("x = " + x); // 列印x的值
        System.out.println("n = " + n); // 再次列印n的值，n應該是200還是300？
   }
}

運行結果：

n = 100
n = 200
x = 200
x = 300
n = 200

Java中的常量

定義變數的時候，如果加上final修飾符，這個變數就變成了常量：

final double PI = 3.14; // PI是一個常量
double r = 5.0;
double area = PI * r * r;
PI = 300; // compile error!

常量在定義時進行初始化后就不可再次賦值，再次賦值會導致編譯錯誤，
常量的作用是用有意義的變數名來避免魔術數字（Magic number），例如，不要在代碼中到處寫3.14，而是定義一個常量，如果將來需要提高計算精度，我們只需要在常量的定義處修改，例如，改成3.1416，而不必在所有地方替換3.14，
根據習慣，常量名通常全部大寫，

資料型別

byte，short，int，long四大整型型別

Java只定義了帶符號的整型，因此，最高位的bit表示符號位（0表示正數，1表示負數），各種整型能表示的最大范圍如下：
byte：-128 ~ 127
short: -32768 ~ 32767
int: -2147483648 ~ 2147483647
long: -9223372036854775808 ~ 9223372036854775807
我們來看定義整型的例子：

// 定義整型
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 2147483647;
        int i2 = -2147483648;
        int i3 = 2_000_000_000; // 加下劃線更容易識別
        int i4 = 0xff0000; // 十六進制表示的16711680
        int i5 = 0b1000000000; // 二進制表示的512
        long l = 9000000000000000000L; // long型的結尾需要加L
    }
}

特別注意：同一個數的不同進制的表示是完全相同的，例如15=0xf＝0b1111，

float，double兩大浮點型別

浮點型別的數就是小數，因為小數用科學計數法表示的時候，小數點是可以“浮動”的，如1234.5可以表示成12.345x102，也可以表示成1.2345x103，所以稱為浮點數，
下面是定義浮點數的例子：

float f1 = 3.14f;
float f2 = 3.14e38f; // 科學計數法表示的3.14x10^38
double d = 1.79e308;
double d2 = -1.79e308;
double d3 = 4.9e-324; // 科學計數法表示的4.9x10^-324

對于float型別，需要加上f后綴，
浮點數可表示的范圍非常大，float型別可最大表示3.4x1038，而double型別可最大表示1.79x10308，

字符型別

字符型別char是基本資料型別，它是character的縮寫，一個char保存一個Unicode字符：

char c1 = 'A';
char c2 = '中';

因為Java在記憶體中總是使用Unicode表示字符，所以，一個英文字符和一個中文字符都用一個char型別表示，它們都占用兩個位元組，要顯示一個字符的Unicode編碼，只需將char型別直接賦值給int型別即可：

int n1 = 'A'; // 字母“A”的Unicodde編碼是65
int n2 = '中'; // 漢字“中”的Unicode編碼是20013

還可以直接用轉義字符\u+Unicode編碼來表示一個字符：
// 注意是十六進制:

char c3 = '\u0041'; // 'A'，因為十六進制0041 = 十進制65
char c4 = '\u4e2d'; // '中'，因為十六進制4e2d = 十進制20013

字符型別char表示一個字符，Java的char型別除了可表示標準的ASCII外，還可以表示一個Unicode字符：

// 字符型別
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        char a = 'A';
        char zh = '中';
        System.out.println(a);
        System.out.println(zh);
    }
}

運行結果：

A
中

注意char型別使用單引號’，且僅有一個字符，要和雙引號"的字串型別區分開，

布爾型別

布爾型別boolean只有true和false兩個值，布爾型別總是關系運算的計算結果：

boolean b1 = true;
boolean b2 = false;
boolean isGreater = 5 > 3; // 計算結果為true
int age = 12;
boolean isAdult = age >= 18; // 計算結果為false

Java語言對布爾型別的存盤并沒有做規定，因為理論上存盤布爾型別只需要1 bit，但是通常JVM內部會把boolean表示為4位元組整數，

整數運算

自增/自減

Java還提供了++運算和–運算，它們可以對一個整數進行加1和減1的操作：

// 自增/自減運算
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int n = 3300;
        n++; // 3301, 相當于 n = n + 1;
        n--; // 3300, 相當于 n = n - 1;
        int y = 100 + (++n); // 不要這么寫
        System.out.println(y);
    }
}

運行結果：

3401

位移運算

在計算機中，整數總是以二進制的形式表示，例如，int型別的整數7使用4位元組表示的二進制如下：
00000000 0000000 0000000 00000111
可以對整數進行移位運算，對整數7左移1位將得到整數14，左移兩位將得到整數28：

int n = 7;       // 00000000 00000000 00000000 00000111 = 7
int a = n << 1;  // 00000000 00000000 00000000 00001110 = 14
int b = n << 2;  // 00000000 00000000 00000000 00011100 = 28
int c = n << 28; // 01110000 00000000 00000000 00000000 = 1879048192
int d = n << 29; // 11100000 00000000 00000000 00000000 = -536870912

左移29位時，由于最高位變成1，因此結果變成了負數，
類似的，對整數28進行右移，結果如下：

int n = 7;       // 00000000 00000000 00000000 00000111 = 7
int a = n >> 1;  // 00000000 00000000 00000000 00000011 = 3
int b = n >> 2;  // 00000000 00000000 00000000 00000001 = 1
int c = n >> 3;  // 00000000 00000000 00000000 00000000 = 0

如果對一個負數進行右移，最高位的1不動，結果仍然是一個負數：

int n = -536870912;
int a = n >> 1;  // 11110000 00000000 00000000 00000000 = -268435456
int b = n >> 2;  // 11111000 00000000 00000000 00000000 = -134217728
int c = n >> 28; // 11111111 11111111 11111111 11111110 = -2
int d = n >> 29; // 11111111 11111111 11111111 11111111 = -1

還有一種不帶符號的右移運算，使用>>>，它的特點是符號位跟著動，因此，對一個負數進行>>>右移，它會變成正數，原因是最高位的1變成了0：

int n = -536870912;
int a = n >>> 1;  // 01110000 00000000 00000000 00000000 = 1879048192
int b = n >>> 2;  // 00111000 00000000 00000000 00000000 = 939524096
int c = n >>> 29; // 00000000 00000000 00000000 00000111 = 7
int d = n >>> 31; // 00000000 00000000 00000000 00000001 = 1

對byte和short型別進行移位時，會首先轉換為int再進行位移，
仔細觀察可發現，左移實際上就是不斷地×2，右移實際上就是不斷地÷2，

位運算

位運算是按位進行與、或、非和異或的運算，
與運算的規則是，必須兩個數同時為1，結果才為1：

n = 0 & 0; // 0
n = 0 & 1; // 0
n = 1 & 0; // 0
n = 1 & 1; // 1

或運算的規則是，只要任意一個為1，結果就為1：

n = 0 | 0; // 0
n = 0 | 1; // 1
n = 1 | 0; // 1
n = 1 | 1; // 1

非運算的規則是，0和1互換：

n = ~0; // 1
n = ~1; // 0

異或運算的規則是，如果兩個數不同，結果為1，否則為0：

n = 0 ^ 0; // 0
n = 0 ^ 1; // 1
n = 1 ^ 0; // 1
n = 1 ^ 1; // 0

對兩個整數進行位運算，實際上就是按位對齊，然后依次對每一位進行運算，例如：

// 位運算
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 167776589; // 00001010 00000000 00010001 01001101
        int n = 167776512; // 00001010 00000000 00010001 00000000
        System.out.println(i & n); // 167776512
    }
}

運行結果：

167776512

上述按位與運算實際上可以看作兩個整數表示的IP地址10.0.17.77和10.0.17.0，通過與運算，可以快速判斷一個IP是否在給定的網段內，

相關概念

運算優先級

在Java的計算運算式中，運算優先級從高到低依次是：

( )
! ~ ++ –
/ %
±<< >> >>> & |
+= -== /=

記不住也沒關系，只需要加括號就可以保證運算的優先級正確，

溢位

要特別注意，整數由于存在范圍限制，如果計算結果超出了范圍，就會產生溢位，而溢位不會出錯，卻會得到一個奇怪的結果：
// 運算溢位

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 2147483640;
        int y = 15;
        int sum = x + y;
        System.out.println(sum); // -2147483641
    }
}

運算結果：

-2147483641

型別轉換

在運算程序中，如果參與運算的兩個數型別不一致，那么計算結果為較大型別的整型，例如，short和int計算，結果總是int，原因是short首先自動被轉型為int：

// 型別自動提升與強制轉型
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        short s = 1234;
        int i = 123456;
        int x = s + i; // s自動轉型為int
        short y = s + i; // 編譯錯誤!
    }
}

運行結果：

Main.java:7: 錯誤: 不兼容的型別: 從int轉換到short可能會有損失
short y = s + i; // 編譯錯誤!
^ 1 個錯誤 錯誤: 編譯失敗

也可以將結果強制轉型，即將大范圍的整數轉型為小范圍的整數，強制轉型使用(型別)，例如，將int強制轉型為short：

int i = 12345;
short s = (short) i; // 12345

要注意，超出范圍的強制轉型會得到錯誤的結果，原因是轉型時，int的兩個高位位元組直接被扔掉，僅保留了低位的兩個位元組：

// 強制轉型
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int i1 = 1234567;
        short s1 = (short) i1; // -10617
        System.out.println(s1);
        int i2 = 12345678;
        short s2 = (short) i2; // 24910
        System.out.println(s2);
    }
}

運行結果：

-10617
24910

因此，強制轉型的結果很可能是錯的，

浮點數數運算

基本運算和整數運算一樣，

相關概念

溢位

整數運算在除數為0時會報錯，而浮點數運算在除數為0時，不會報錯，但會回傳幾個特殊值：
NaN表示Not a Number
Infinity表示無窮大
-Infinity表示負無窮大
例如：

double d1 = 0.0 / 0; // NaN
double d2 = 1.0 / 0; // Infinity
double d3 = -1.0 / 0; // -Infinity

強制轉型

可以將浮點數強制轉型為整數，在轉型時，浮點數的小數部分會被丟掉，如果轉型后超過了整型能表示的最大范圍，將回傳整型的最大值，例如：

int n1 = (int) 12.3; // 12
int n2 = (int) 12.7; // 12
int n2 = (int) -12.7; // -12
int n3 = (int) (12.7 + 0.5); // 13
int n4 = (int) 1.2e20; // 2147483647

如果要進行四舍五入，可以對浮點數加上0.5再強制轉型：

// 四舍五入
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        double d = 2.6;
        int n = (int) (d + 0.5);
        System.out.println(n);
    }
}

運行結果：

3

型別提升

如果參與運算的兩個數其中一個是整型，那么整型可以自動提升到浮點型：

// 型別提升
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int n = 5;
        double d = 1.2 + 24.0 / n; // 6.0
        System.out.println(d);
    }
}

運行結果：

6.0

需要特別注意，在一個復雜的四則運算中，兩個整數的運算不會出現自動提升的情況，例如：

double d = 1.2 + 24 / 5; // 5.2

計算結果為5.2，原因是編譯器計算24 / 5這個子運算式時，按兩個整數進行運算，結果仍為整數4，

布爾運算

對于布爾型別boolean，永遠只有true和false兩個值，
布爾運算是一種關系運算，包括以下幾類：
（因為符號比較多，與編輯器的一些指令沖突，全用代碼塊表示了）

比較運算子：>，>=，<，<=，==，!=
與運算 &&
或運算 ||
非運算 !
下面是一些示例：
boolean isGreater = 5 > 3; // true
int age = 12;
boolean isZero = age == 0; // false
boolean isNonZero = !isZero; // true
boolean isAdult = age >= 18; // false
boolean isTeenager = age >6 && age <18; // true
關系運算子的優先級從高到低依次是：
!
>，>=，<，<=
==，!=
&&
||

短路運算

布爾運算的一個重要特點是短路運算，如果一個布爾運算的運算式能提前確定結果，則后續的計算不再執行，直接回傳結果，
因為false && x的結果總是false，無論x是true還是false，因此，與運算在確定第一個值為false后，不再繼續計算，而是直接回傳false，
我們考察以下代碼：

// 短路運算
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        boolean b = 5 < 3;
        boolean result = b && (5 / 0 > 0);
        System.out.println(result);
    }
}

運行結果：

false

如果沒有短路運算，&&后面的運算式會由于除數為0而報錯，但實際上該陳述句并未報錯，原因在于與運算是短路運算子，提前計算出了結果false，
如果變數b的值為true，則運算式變為true && (5 / 0 > 0)，因為無法進行短路運算，該運算式必定會由于除數為0而報錯，可以自行測驗，
類似的，對于||運算，只要能確定第一個值為true，后續計算也不再進行，而是直接回傳true：
boolean result = true || (5 / 0 > 0); // true

最后，祝大家早日學有所成，拿到滿意offer，快速升職加薪，走上人生巔峰， 可以的話請給我一個三連支持一下我喲，我們下期再見

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  • 【C++犯錯記錄】VS2019 MFC不懂的批量添加資源

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