认识Java程序的框架

1. 大括号、段及主体

将类名称定出之后，就可以开始编写类的内容。左大括号“{”为类的主体开始标记，而整个类的主体至右大括号“}”结束。每个命令语句结束时，都必须以分号“;”做结尾。当某个命令的语句不止一行时，必须以一对大括号“{}”将这些语句包括起来，形成一个程序段（segment）或是块（block）。

下面以一个简单的程序为例来说明什么是段与主体（body）。

在上面的程序中，可以看到main() 方法的主体以左右大括号{}包围起来；for循环中的语句不止一行，所以使用左右大括号{}将属于for循环的段内容包围起来；类TestJava3_2的内容又被第3行与第12行的左右大括号{}包围，这个块属于public类TestJava3_2所有。此外，应注意到每个语句结束时，都是以分号“；”作为结尾。

2. 程序运行的起始点 —— main() 方法

Java程序是由一个或一个以上的类组合而成，程序起始的主体也是被包含在类之中。这个起始的地方称为main()，用左右大括号将属于main()段的内容包围起来，称之为“方法”（method）。

main()方法为程序的主方法，如同中国的古话“家有千口，主事一人”。类似的，在一个Java程序中，不论它有千万行，执行的入口只能有一个，而这个执行的入口就是main()方法，它有且仅有一个。通常看到的main() 方法如下面的语句片段所示。

main() 方法之前必须加上publicstatic void 这3个标识符。public代表main()公有的方法；static表示main()是个静态方法，可以不依赖对象而存在，也就是说，在没有创建类的对象情况下，仍然可以执行；void英文本意为空的，这里表示main()方法没有返回值。main后面括号（）中的参数String args[]表示运行该程序时所需要的参数，这是固定的用法

我们在学习Java中经常遇到“方法”这个概念，而在学习C语言或者C++中，又会遇到“函数”概念，语言都是相通的，那二者又有什么区别和联系呢？

⑴ “函数”是一段实现某种“功能”的代码，函数的操作是对输入数据的处理。函数的英文“function”恰恰有“功能”的含义，可以达到“见名知意”。通过函数的名称来实施函数调用。它能将一些数据（也就是参数）传递进去进行处理，然后返回一些数据（即函数的返回值），也可以没有返回值。所有传递给函数的数据都是显式传递的。而方法的参数传递通常是隐式的，它可以直接操作类内部的数据

⑵ “方法”也是一段完成某项功能的代码，也通过名字来进行调用，但它依赖于某个特定的对象，例如，我们可以说“调用对象X的Y方法”，而不能“调用Y方法”。简单来讲，方法和对象相关；而函数和对象无关。因为Java是一门完全面向对象编程的语言，所以在Java里只有方法。

3、认识标识符

Java中的包（package）、类、方法、参数和变量的名称，可由任意顺序的大小写字母、数字、下划线（_）和美元符号（$）等组成，但这些名称的标识符不能以数字开头，也不能是Java中保留的关键字。
下面是合法的标识符。

比如，下面的4个标识符是非法的。

非法的原因分别是：class是Java的保留关键字；6num23的首字母为数字；abc@sina中不能包含@等特殊字符；x+y不能包含运算符。此外，读者应该注意，在Java中，标识符是区分大小写的，也就是说，A123和a123是两个完全不同的标识符。

注意标识符的命名规则属于强制性的，不然编译时会报错。一些刚接触编程语言的人可能会觉得记住上面的规则很麻烦，所以在这里提醒一下，标识符最好永远用字母开头，而且尽量不要包含其他的符号。规则是必须遵守的，而规范是约定俗成的，鼓励大家都遵守的。

4、认识关键字

和其他语言一样，Java中也有许多关键字（Keywords，也叫保留字），如public、static、int等，这些关键字不能当做标识符使用。下表列出了Java中的关键字。在程序开发中一旦使用了这些关键字做标识符，编译器在编译时就会报错，而对智能的编辑器（如Eclipse等）会在编写代码时自动提示这些语法错误

注意
虽然goto、const在Java中并没有任何意义，却也是保留的关键字，与其他的关键字一样，在程序里不能用来作为自定义的标识符，true、false、null等看起来像关键词，实际上在Java中，它们仅仅是普通的字符串。Java中的所有关键字均由小写字母构成。

5、认识注释

注释在源代码中的地位非常重要，虽然注释在编译时被编译器自动过滤掉，但为程序添加注释可以解释程序的某些语句的作用和功能，提高程序的可读性。特别当编写大型程序时，多人团队合作，A程序员写的程序B程序员可能很难看懂，而注释能起到非常重要的沟通作用。
Java里的注释根据不同的用途分为以下3种类型。⑴ 单行注释。⑵ 多行注释。⑶ 文档注释。单行注释，就是在注释内容的前面加双斜线（//），Java编译器会忽略这部分信息。如下所示。

多行注释，就是在注释内容的前面以单斜线加一个星形标记（/）开头，并在注释内容末尾以一个星形标记加单斜线（/）结束。当注释内容超过一行时，一般可使用这种方法，如下所示。

文档注释，是以单斜线加两个星形标记（/**）开头，并以一个星形标记加单斜线（/）结束。用这种方法注释的内容会被解释成程序的正式文档，并能包含进如javadoc之类的工具生成的文档里，用以说明该程序的层次结构及其方法。范例3-1中的第1-11行对源代码的注释属于类别（3），通常在程序开头加入作者，时间，版本，要实现的功能等内容注释，方便后来的维护以及程序员的交流。本质上注释类别（3）是（2）的一个特例，（3）中的第2个星号可看作注释的一部分。由于文档注释比较费篇幅，在后面的范例中，我们不再给出此类注释，读者可在随书配备的光盘中看到注释更为全面的源代码。

6、认识变量

在Java程序设计中，变量（Variable）在程序语言中扮演着最基本的角色，它是存储数据的载体。计算机中的变量是实际存在的数据。变量的数值可以被读取和修改，它是一切计算的基础。

与变量相对应的就是常量（Constant），顾名思义，常量是固定不变的量，其一旦被定义并赋初值后，它的值就不能再被改变。

Java变量使用和其他高级计算机语言一样：先声明，后使用。即必须实现声明它想要保存数据的类型。

1. 变量的声明
声明一个变量的基本方式为：

另外，在定义变量的同时，给予该变量初始化，建议使用这种声明变量的风格。

举例来说，想在程序中声明一个可存放整型的变量，这个变量的名称为num。在程序中即可写出如下所示的语句。

int为Java的关键字，代表基本数据类型——整型（Integer）。若要同时声明多个整型的变量，可以像上面的语句一样分别声明它们，也可以把它们都写在同一个语句中，每个变量之间以逗号分开。下面的变量声明的方式都是合法的。

虽然上面两种定义多个变量的语句都是合法的，但对它们添加注释不甚方便，特别是对后一种同一行有多个语句，由于可读性不好，建议不要采纳此种编程风格。

2. 变量名称

可以依据个人的喜好来决定变量的名称，但这些变量的名称不能使用Java的关键字。通常会以变量所代表的意义来取名。当然也可以使用a、b、c等简单的英文字母代表变量，但是当程序很大时，需要的变量数量会很多，这些简单名称所代表的意义就比较容易忘记，必然会增加阅读及调试程序的困难度。变量的命名之美在于：在符合变量命名规则的前提下，尽量对变量做到“见名知意”，如：用num表示数字，用length 表示高度等。

3. 变量的设置

给所声明的变量赋予一个属于它的值，用赋值运算符（=）来实现。具体可使用如下所示的3种方法进行设置。

⑴ 在声明变量时设置。

举例来说，在程序中声明一个整数的变量num，并直接把这个变量赋值为2 ，可以在程序中写出如下的语句。

⑵ 声明后再设置。

一般来说也可以在声明后再给变量赋值。举例来说，在程序中声明整型变量num1、num2及字符变量ch，并且给它们分别赋值，在程序中即可写出下面的语句。

⑶ 在程序的任何位置声明并设置。

以声明一个整数的变量num为例，可以等到要使用这个变量时再给它赋值。

认识数据类型

除了整数类型之外，Java还提供有多种数据类型。Java的变量类型可以是整型（int）、长整型（long）、短整型（short）、浮点型（float）、双精度浮点型（double），或者字符型（char）和字符串型（String）等。下面对Java中的基本数据类型给予简要介绍

整型是取值为不含小数的数据类型，包括byte类型、short类型、int类型及long类型，默认情况下为int类型，可用八进制、十进制及十六进制来表示。另一种存储实数的类型是浮点型数据，主要包括float型（单精度浮点型，占4个字节）和double型（双精度浮点型，占8个字节）。用来表示含有小数点的数据，必须声明为浮点型。在默认情况下，浮点数是double型的。如果需要将某个包括小数点的实数声明为单精度，则需要在该数值后加字母‘F’（或小写字母‘f’）。

下面的语句是主要数据类型的定义说明。

定义数据类型时，要注意两点。

⑴ 在定义变量后，对变量赋值时，赋值大小不能超过所定义变量的表示范围。例如，在本例第3行是错误的，给age2赋值129，已超出了byte类型（一个字节）所能表示的最大范围（-128～127）。这好比某人在宾馆定了一个单人间（声明byte类型变量），等入住的时候，说自己太胖了，要住双人间，这时宾馆服务员（编译器）是不会答应的。解决的办法很简单，需要重新在一开始就定双人间（重新声明age2为short类型）。

⑵ 在定义变量后，对变量赋值时，运算符（=）左右两边的类型要一致。例如，在本例第5行是错误的，因为在默认情况下，包含小数点的数（12.5）是双精度double类型的，而“=”左边定义的变量price是单精度float类型的，二者类型不匹配！这好比一个原本定了双人间的顾客，非要去住单人间，刻板的宾馆服务员（编译器）一般也是不答应的，因为单人间可能放不下双人间客人的那么多行李，丢了谁负责呢？如果住双人间的顾客非要去住单人间，那需要双人间的顾客显式声明，我确保我的行李在单人间可以放得下，或即使丢失点行李，我也是可以承受的（即强制类型转换）。下面的两个语句都是合法的。

认识运算符和表达式

计算机的英文为Computer，顾名思义，它存在的目的就是用来做计算（Compute）的。而要运算就要使用各种运算符。最简单的算术运算符是加（“+”）、减（“-”、）、乘（“*”）、除（“/”）、取余（“%”）等。

表达式则是由操作数与运算符所组成，操作数可以是常量、变量，甚至可以是方法。下面的语句说明了这些概念的使用。

在这个语句中，1+2 为表达式，操作符为“+”，计算结果为 3，通过“=”赋值给整型变量result对于表达式，由于操作符是有优先级的，所以即使有计算相同的操作数和相同的操作符，其结果也是有可能不一样的，例如：

在上述的表达式中，由于除法操作符“/”的优先级比加法操作符“+”高，所以c的值为b除以100后的值再加上a之和，这可能不是程序员的本意，如果希望是a+b之和一起除以100，那么就需要加上括号（）来消除这种模糊性，如下所示：

7、认识类

Java程序是由类（class）所组成。类的概念在以后会详细讲解，读者只要记住，类是一种用户自定义的类型就可以了，所有的Java程序都是由类组成的。下面的程序片段即为定义类的典型范例。

程序定义了一个新的public类Test，这个类的原始程序的文件名称应取名为Test.java。类Test的范围由一对大括号所包含。public是Java的关键字，指的是对于该类的访问方式为公有。

需要注意的是：由于Java程序是由类所组成，因此在一个完整的Java程序里，至少需要有一个类。我们曾提到，在Java程序的文件名不能随意命名，必须和public类名称一样（大小写也必须保存一致）。因此，在一个独立的源码程序里，只能有一个public类，却可以有许多non-public（非公有）类。若是在一个Java程序中没有一个类是public，那么对该Java程序的文件名就可以随意命名了。

Java提供了一系列的访问控制符来设置基于类（class）、变量（variable）、方法（method）及构造方法（constructor）等不同等级的访问权限。Java的访问权限主要有4类：默认模式（default）、private（私有）、public（公有）和protected（保护）。

8、输入与输出

在Java中，流（Stream）是一个重要的但初学者很容易困惑的概念。输入/输出（I/O）是指程序与外部设备或其他计算机进行交互的操作。几乎所有的程序都具有输入与输出功能，如从键盘上读取数据，向屏幕或文件输出数据等。通过输入和输出操作可以从外界接收信息，或者把信息传递给外界。Java把这些输入与输出操作用流的模式来实现，通过统一的接口来表示，从而使程序设计更为简单。

流(stream)的概念最早源于UNIX操作系统中管道(pipe)的概念。在UNIX中，管道是一条不间断的字节流，用来实现进程或程序间的通信，或读写外围设备、外部文件之间的信息交互等。一个流必须有起源端和目的端，它们可以是计算机内存的某部分区域，也可以是某个磁盘文件，甚至可以是Internet上的某个URL。

为了便于理解，可以将Java中流想象成一种“数据流通的管道”，文件和程序之间一旦有了数据请求，二者之间就会建立某种形式的连接，从而形成了一个数据流。

就如在真正的管道中，可以传输不同形态的东西，既可以是水，也可以是天然气。类似的， Java中的数据流也有不同的形式，既可以是基于二进制的字节流，也可以是基于某种编码方式（如Unicode、UTF-8等）的字符流。

流的方向是重要的，根据流的方向，流可大致分为两类：输入流和输出流。当程序需要读取数据时，就会开启一个通向数据源的管道，程序可从该管道中提取数据，这种模式下的流称之为输入流。类似地，如果程序想要输出数据，也会建立一个通往输出目的地管道，一旦建立后，程序就可以经由此管道输出数据，这种模式的流称之为输出流。关于数据流，它们的输入、输出关系可用下图来说明。

作为程序输入数据源，其对象可以是键盘，也可以是某个文件或磁盘。作为程序输出数据源，其对象可以是显示器，也可以是某个文件或磁盘。为了方便一些频繁的设备交互，Java语言系统预定了3个可以直接使用的流对象，它们分别是：

⑴ System.in（标准输入），通常代表键盘输入。
⑵ System.out（标准输出）：通常输出到终端显示器。
⑶ System.err（标准错误输出）：通常将错误信息输出到终端显示器。

System.in是个标准的输入流（InputStream ）对象，它主要是用来连接控制台程序和键盘的输入。目前System.in并不经常用到，这是因为Java命令行应用程序主要是通过命令行参数或配置文件来传递数据的，对于图形用户界面（GUI）程序，则主要是用图形界面来接纳用户的键盘输入。

System.out是打印输出流（PrintStream）对象，主要向控制台输出数据，这个对象经常会被面向控制台的程序使用到，它也常被程序员用作程序调试输出的工具。

System.err也是打印输出流（PrintStream）对象，除了其主要用于错误输出之外，它和System.out没有太大区别。有些应用程序（如Java程序员常用的Eclipse）用System.err以红色字体来输出错误信息。它可以看作一个专门用于输出错误信息的System.out。

数据的输入、输出属于I/O操作部分，Java把处理输入/输出相关的类放在java.io包中，这个包不属于java.lang包，没有被默认加载，所以如果需要使用与I/O相关的类和对象时，需要把java.io显式的导入（import）到相应的程序中。下面用范例3-3来说明标准输入和输出的使用。

9、简单的输入、输出流使用范例

程序第2行，如果要完全使用Java输入、输出流类模块，就必须导入相应的包库（java.io.*）支持。java.io.中的字母“i”表示input（输入），字母“o”表示output（输出），“”是代表任何含义的通配符，它表示输入/输出（io）下所有模块。在Java中，“.”表示对象与组件之间的所有关系，为了方便起见，读者可以直接用中文“的”来代替之。譬如：

我们可以直接读成“导入java“的”io包库下“的”所有模块”。

程序的第9行表示创建标准输入流对象stdin ，来接收键盘System.in的输入。

程序的第11行表示以缓冲流模式来接收stdin。缓冲机制主要是为了处理应用程序和外设（输入/输出）之间速度不匹配的问题。

程序的第15和19行，使用的是标准输出对象System.out，这在前面的范例中频繁使用。

程序第20行用System.err对象输出程序的错误信息。

其实程序20行的功能完全可以用被注释掉的第19行代替，二者均可输出程序的错误信息，二者在此处可通用，所不同的是，使用System.err代码的可读性更好一点，其中err表示error（错误）。System.err可以理解为专用于输出错误信息的System.out特例。

程序的13行到22行，使用了Java的try-catch错误捕捉处理机制。正如“天有不测之风云”一样，在Java程序设计过程中，程序员虽已尽量考虑全面以避免各种错误，但从软件工程角度来看，在程序运行过程中还是不可避免的发生各种不可预测的异常情况，程序越大，此类情况越是明显。对此，一个良好的程序需要有一定的容错机制，即不能因为程序成员的某个潜在的设计缺陷或用户可能的操作失误（如输入信息出错），而导致整个程序崩溃。因此，需要添加相应的代码来处理程序中异常（Exception）错误。try-catch机制对于程序的健壮性（Robust）非常重要。

Java—最常用的编程元素—常量与变量