软件构造——Java 学习记录

本文为 Java 的学习记录。本文内容参考了廖雪峰的 Java 教程以及菜鸟教程的 Java 教程。

Java 介于编译型语言和解释型语言之间。Java 将代码编译成 Java 字节码，它类似于抽象的 CPU 指令。然后，针对不同的平台编写 Java 虚拟机，不同平台的虚拟机负责加载字节码并执行，这样就实现了“一次编写，到处运行”的效果。

本文将不着重介绍 Java 的基本使用语法，而是关注在此基础上的使用原则。

Java 基础

标识符命名规则

Java 是一个面向对象的程序设计语言，它的一个基本单位就是类，关键字为 class。对于一个类，我们有着如下的命名原则：

• 以大写英文字母开头，采用采用大驼峰命名法。

大驼峰命名法是当标识符由一个或多个单词连结在一起来构成时，每个单词的首字母都大写，其余字母小写。每个单词之间紧密相连。

对于类中的方法或属性、变量，有如下的命名原则：

• 以小写字母开头，采用小驼峰命名法。

小驼峰命名法就是将大驼峰的第一个单词大写的首字母变为小写，其余的单词不变。

注释

Java 中有三种类型的注释。

第一种是单行注释，以双斜线开头，直到这一行的结尾结束：

// 这是单行注释

第二种是多行注释，以 /* 开头，以 */ 结束，可以有多行：

/*
这是
多行
注释
*/

第三种是一种特殊的多行注释，以 /** 开头，以 */ 结束，如果有多行，每行以 * 开头：

/**
 * 可以用来自动创建文档的注释
 *
 * @param whatever...
 */

这种特殊的多行注释需要写在类和方法的定义处，可以用于自动创建文档。

对 Java 变量的理解

事实上，我们不能用理解 C 和 C++ 中理解变量的方式来理解 Java 中的变量。在 Java 中，变量名更像是一种标签，它贴在变量实际存储在的内存上。而如果我们理解成变量名是一种“容器”，用来存放一个值的话，那么就会遇到很多令人费解的问题。如果用 C 或 C++ 的角度来解释它，这个变量名就像是一种指针，只不过你每次使用它都默认当作取它的引用。理解这一点非常重要，这会使你能够理解 Java 变量的一些可能导致你迷惑的性质。

那么当你为 Java 中的一个变量赋值的时候，Java 究竟是怎么做的呢？

假设一个变量 a，它原来的值是 1，这意味着在内存中有一个位置存储着值 1，而 a 记住了这个位置，当你使用 a 的值的时候，它就去这个地址取这个值。当你又试图给 a 赋值的时候，Java 在内存中又新创建了一个值（也就是等于你要赋的那个值），放在另一个位置，a 抛弃了之前记住的那个地址，而去记住这个新的内存位置。至于之前那个位置的值怎么样了，一般来说，如果那个位置没有同时被其他变量记住的话，那就交给 Java 的垃圾回收机制处理了。

这种理解方式对于 Java 引用类型的变量尤其合适。我们知道，使用 Java 必须和大量的引用类型的变量打交道。举个例子：字符串、数组、库中的类还有你自己写的类，与其对应的都是引用类型的变量。无论可变类型的变量还是不可变类型的，都适用这种理解方式。

Java 面向对象编程

面向对象编程以对象为核心，该方法认为程序由一系列对象组成。类是对现实世界的抽象，包括表示静态属性的数据和对数据的操作，对象是类的实例化。对象间通过消息传递相互通信，来模拟现实世界中不同实体间的联系。在面向对象的程序设计中，对象是组成程序的基本模块。

我们要注意：一个 Java 源文件可以包含多个类的定义，但只能定义一个 public 类，且 public 类名必须与文件名一致。如果要定义多个 public 类，则必须拆到多个 Java 源文件中。

类的构造方法

在我们创建类的实例的时候，实际上是通过构造方法来初始化实例的，构造方法只会在对象被创建的时候调用。构造方法的名称就是类名，构造方法的参数没有限制，在方法内部，也可以编写任意语句。但是，构造方法没有返回值（连 void 也没有）。

每个类都有构造方法。如果一个类没有定义构造方法，那么编译器会自动生成一个默认构造方法，它没有参数，也没有执行语句。需要注意的是，如果我们定义了一个构造方法，那么，编译器就不再自动创建默认构造方法。

一个类的构造方法，也不是唯一的。它可以通过**重载（overload）**的方法来定义多个构造方法。这些构造方法的名字都是一样的，区别在于参数（如参数的数量、位置、类型）不同。

类的继承与多态

类的继承带来的一个重要优势就在于提高了代码的复用性。子类自动获得了父类的字段和方法注意，正因如此，子类中严禁定义与父类同名的字段，而如果定义与父类相同的方法（注意，要求方法名相同、参数相同、返回值类型相同）则会重写（override）这个方法。如果只是方法名相同，则是会重载这个方法。

另外需要注意的是：子类不会继承任何父类的构造方法。子类默认的构造方法是编译器自动生成的，不是继承的。

如果子类重写了父类的方法，那么实际运行（可能在代码中，我们不能确定此时的对象究竟是父类还是子类的实例）时，究竟调用谁的方法呢？Java 对象的方法调用是基于运行时的实际类型的动态调用，而非变量的声明类型。这个非常重要的特性在面向对象编程中称之为多态（polymorphic）。多态是指，针对某个类型的方法调用，其真正执行的方法取决于运行时期实际类型的方法。

在 Java 中，所有类（除 Object 类外）都直接或间接继承自 Object 类，而 Object 类也定义了一些方法，其中几个如下：

• toString()：把对象输出为 String；
• equals()：判断两个对象是否逻辑相等；
• hashCode()：计算一个对象的哈希值。

这也意味着我们可以重写 Object 类的这些方法，来使得这些方法也对我们设计的类正确处理。

抽象类与接口

通过 abstract 关键字可以将一个方法声明为抽象方法，抽象方法没有任何的实现语句。含有抽象方法的类就是抽象类。抽象类无法实例化，因为它的抽象方法并没有实现出来。抽象类它的存在意义就是为了被继承，它要强迫继承它的子类实现它的抽象方法。

抽象类直接体现了多态的概念，引用抽象类，我们只需要对其进行方法调用，而不需要关心它的具体子类型。

在抽象类中，抽象方法本质上是定义接口规范：即规定高层类的接口，从而保证所有子类都有相同的接口实现，这样，多态就能发挥出威力。那个，如果一个抽象类没有字段，所有方法全部都是抽象方法，我们就可以把该抽象类改写为接口。

接口定义的所有方法默认都是 public abstract 的，所以这两个修饰符不需要写出来（写不写效果都一样）。

我们需要注意，在 Java 中，一个类只能继承自另一个类，不能从多个类继承。但是，一个类可以实现多个接口。

包

Java 引入包（package），主要是为了解决命名冲突。Java 定义了一种名字空间，称之为包。一个类总是属于某个包，类名只是一个简写，真正的完整类名是包名.类名。如果一个源文件中没有使用包声明，那么它将被安排到默认包中。通常使用小写的字母命名包，来避免与类、接口名字的冲突。

包可以是多层结构，用 . 隔开。Java 文件对应的目录层次要和包的层次一致。需要注意的是：包没有父子关系。java.util 和 java.util.zip 是不同的包，两者没有任何继承关系。

我们在使用编译器编译时，默认自动导入了 java.lang 包，这就是我们之前没有手动引入任何包却不报错的原因。

Java 泛型

泛型就是编写模板代码来适应任意类型。我们可以通过改变泛型参数 <T> 中的 T 为某个特定的引用类型来使用泛型。可以为类、接口、方法编写泛型。

例如，我们可以按照如下的方式定义一个泛型的类：

public class MyClass<T> {
    ...
}

这样，T 就可以作为一种类型在类内部使用，而 T 真正的类型取决于实例化这个类时在 <> 中填写的类型。泛型还可以有多种类型，参数间用逗号隔开。比如，如果我们想要使用两种类型，可以写成：

public class MyClass<T, K> {
    ...
}