Java面向对象程序设计

学号：202402150330

第1章：初识Java与面向对象程序设计

1.1 Java 概述

1.1.1 计算机编程语言发展史

• 早期编程语言：
  • 机器语言：计算机可以直接识别的二进制指令。
  • 汇编语言：用助记符表示机器指令，提高了可读性。
• 高级编程语言：
  • C语言：结构化编程语言，广泛应用于系统软件开发。
  • C++：在C语言基础上增加了面向对象的特性。
  • Java：跨平台、面向对象的编程语言，广泛应用于企业级应用和移动应用开发。

1.1.2 Java 语言的特点

• 简单：语法简洁，易于学习。
• 面向对象：支持面向对象编程，提高了代码的复用性和可维护性。
• 平台无关：一次编写，到处运行（Write Once, Run Anywhere）。
• 健壮：强类型检查，异常处理机制，减少了错误的发生。
• 安全：沙箱机制，防止恶意代码。
• 高性能：即时编译（JIT）技术，提高了运行效率。
• 多线程：内置多线程支持，提高了并发处理能力。
• 动态：支持动态加载类，适应性强。

1.1.3 Java 跨平台原理

• Java虚拟机（JVM）：每种操作系统上都有一个对应的JVM实现。
• 字节码：Java源代码编译成字节码（.class文件），字节码在JVM上运行。
• “一次编写，到处运行”：Java程序可以在任何安装了JVM的操作系统上运行。

 

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1.2 面向对象程序设计思想

1.2.1 面向过程程序设计

• 特点：
  • 以过程为中心，强调步骤和流程。
  • 代码结构较为松散，不易维护。
  • 适合简单的程序设计。

1.2.2 面向对象程序设计

• 特点：
  • 以对象为中心，强调数据和行为的封装。
  • 支持继承、多态等特性，提高了代码的复用性和可维护性。
  • 适合复杂系统的开发。

1.2.3 面向对象与面向过程程序设计的比较

• 面向过程：
  • 以函数为中心，关注函数的调用顺序。
  • 代码结构较为松散，不易维护。
  • 适合简单的程序设计。
• 面向对象：
  • 以对象为中心，关注对象的状态和行为。
  • 代码结构清晰，易于维护。
  • 适合复杂系统的开发。

 

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1.3 Java 开发环境搭建

1.3.1 JDK 与 JRE

• JDK（Java Development Kit）：
  • 包含JRE和开发工具（如javac、java、jar等）。
  • 用于开发Java应用程序。
• JRE（Java Runtime Environment）：
  • 包含Java虚拟机（JVM）和Java类库。
  • 用于运行Java应用程序。

 

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1.4 第一个 Java 程序：HelloWorld!

1.4.1 编写代码

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

1.4.2 代码解析

• public class HelloWorld：定义一个公共类HelloWorld。
• public static void main(String[] args)：定义主方法，程序的入口点。
• System.out.println("Hello, World!")：输出字符串“Hello, World!”。

1.4.3 代码的注释

• 单行注释：// 这是一条单行注释
• 多行注释：/* 这是一条多行注释 */
• 文档注释：/** 这是一条文档注释 */

 

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第2章 Java 编程基础

2.1 变量与常量

2.1.1 关键字和保留字

• 关键字：Java预定义的具有特殊意义的单词，如class、public、static等。
• 保留字：目前未使用，但保留未来使用的单词，如goto、const等。

2.1.2 标识符与命名规范

• 标识符：用于命名变量、方法、类等的名称。
  1. 标识符只能包含字母、数字、下划线（_）和美元符号（$）。
  2. 标识符不能以数字开头。
  3. 标识符区分大小写。
  4. 建议使用有意义的名称，提高代码可读性。
  5. 常量建议使用全大写字母，单词之间用下划线连接。
• 命名规范：驼峰命名法（camelCase），如firstName、lastName。
• 类名：首字母大写，如Person。
• 变量名和方法名：首字母小写，如firstName、getAge。

2.1.3 数据类型

• 基本数据类型：
  • 整型：byte、short、int、long
  • 浮点型：float、double
  • 字符型：char
  • 布尔型：boolean
• 引用数据类型：
  • 类（Class）
  • 接口（Interface）
  • 数组（Array）

2.1.4 变量的定义与赋值

• 变量定义：

  int age = 25; // 定义并初始化整型变量
  double height = 1.75; // 定义并初始化浮点型变量
  char grade = 'A'; // 定义并初始化字符型变量
  boolean isStudent = true; // 定义并初始化布尔型变量

• 变量赋值：

  age = 30; // 重新赋值

2.1.5 常量

• 常量：使用final关键字声明，一旦赋值不能改变。

  final double PI = 3.14159; // 定义常量

2.1.6 变量的类型转换

• 自动类型转换：从低精度类型自动转换为高精度类型。

  int num1 = 10;
  double num2 = num1; // 隐式类型转换

• 强制类型转换：从高级类型到低级类型

  double num2 = 10.5;
  int num1 = (int) num2; // 显式类型转换

2.1.7 Scanner 的使用

• Scanner：用于从控制台读取用户输入。

  import java.util.Scanner;
  
  public class ScannerExample {
      public static void main(String[] args) {
          Scanner scanner = new Scanner(System.in);
          System.out.print("Enter your name: ");
          String name = scanner.nextLine(); // 读取一行字符串
          System.out.print("Enter your age: ");
          int age = scanner.nextInt(); // 读取整数
          System.out.println("Hello, " + name + "! You are " + age + " years old.");
      }
  }

 

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2.2 运算符与表达式

2.2.1 算术运算符

• 加法（+） 减法（-） 乘法（*） 除法（/） 取模（%）

  int x = 10;
  int y = 3;
  int sum = x + y; // 13
  int difference = x - y; // 7
  int product = x * y; // 30
  int quotient = x / y; // 3
  int remainder = x % y; // 1

2.2.2 赋值运算符

• 简单赋值（=）
• 复合赋值（+=, -=, *=, /=, %=）

  int x = 10;
  x += 5; // x = x + 5
  x -= 3; // x = x - 3
  x *= 2; // x = x * 2
  x /= 4; // x = x / 4
  x %= 3; // x = x % 3

2.2.3 关系运算符

• 等于（==）
• 不等于（!=）
• 大于（>）
• 小于（<）
• 大于等于（>=）
• 小于等于（<=）

  int a = 10;
  int b = 20;
  boolean isEqual = (a == b); // false
  boolean isNotEqual = (a != b); // true
  boolean isGreater = (a > b); // false
  boolean isLess = (a < b); // true
  boolean isGreaterOrEqual = (a >= b); // false
  boolean isLessOrEqual = (a <= b); // true

2.2.4 逻辑运算符

• 逻辑与（&&）
• 逻辑或（||）
• 逻辑非（!）

  boolean a = true;
  boolean b = false;
  boolean andResult = (a && b); // false
  boolean orResult = (a || b); // true
  boolean notResult = !a; // false

2.2.5 位运算符

• 按位与（&）
• 按位或（|）
• 按位异或（^）
• 按位取反（~）
• 左移（<<）
• 右移（>>）
• 无符号右移（>>>）

  int a = 5; // 二进制 0101
  int b = 3; // 二进制 0011
  int andResult = a & b; // 0001
  int orResult = a | b; // 0111
  int xorResult = a ^ b; // 0110
  int notResult = ~a; // 11111111111111111111111111111010
  int leftShiftResult = a << 1; // 1010
  int rightShiftResult = a >> 1; // 0010
  int unsignedRightShiftResult = a >>> 1; // 0010

2.2.6 三元运算符

• 三元运算符（? :）

  int a = 10;
  int b = 20;
  int max = (a > b) ? a : b; // 20

2.2.7 运算符的优先级

• 优先级：从高到低
  1. 括号 ()
  2. 后缀运算符 ++, --
  3. 一元运算符 +, -, !, ~
  4. 乘法运算符 *, /, %
  5. 加法运算符 +, -
  6. 位移运算符 <<, >>, >>>
  7. 关系运算符 <, >, <=, >=
  8. 等于运算符 ==, !=
  9. 位与运算符 &
  10. 位异或运算符 ^
  11. 位或运算符 |
  12. 逻辑与运算符 &&
  13. 逻辑或运算符 ||
  14. 条件运算符 ? :
  15. 赋值运算符 =, +=, -=, *=, /=, %=, &=, |=, ^=, <<=, >>=, >>>=

 

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2.3 选择结构

2.3.1 if 语句

• 单分支

  int age = 18;
  if (age >= 18) {
      System.out.println("You are an adult."); // 如果条件为真，执行此代码块
  }

• 双分支

  int age = 16;
  if (age >= 18) {
      System.out.println("You are an adult."); // 如果条件为真，执行此代码块
  } else {
      System.out.println("You are a minor."); // 如果条件为假，执行此代码块
  }

• 多分支

  int score = 85;
  if (score >= 90) {
      System.out.println("Grade: A"); // 如果条件为真，执行此代码块
  } else if (score >= 80) {
      System.out.println("Grade: B"); // 如果条件为真，执行此代码块
  } else if (score >= 70) {
      System.out.println("Grade: C"); // 如果条件为真，执行此代码块
  } else {
      System.out.println("Grade: D"); // 如果条件为假，执行此代码块
  }

2.3.2 switch 语句

• switch：根据表达式的值匹配多个case。用于多分支选择