JAVA基础知识（一）——Java语言描述、变量和运算符

@TOC(Java语言描述、变量和运算符)

一、JAVA语言描述

1.1 java语言描述

• JDK、JRE、jVM三者之间的关系，以及JDK、JRE包含的主要结构有哪些？

  • JDK=Jre +java的开发工具（javac.exe java.exe javadoc.exe）
  • jre = jvm+java的核心类库

• 为什么要配置path环境变量？如何配置？

  • 希望在任何目录下都可以执行java命令
  • cmd命令输入sysdm.cpl 在path中配置
    • JAVA_HOME:存储bin的上一层目录
    • PATH = %JAVA_HOME%\bin

• 常用的几个命令行操作有哪些

  • cd md rd del cd .. cd /

• java语言结构示意图
  
  应用程序=算法 + 数据结构

• java语言特点

  • 面向对象性：

    • 两个要素：类、对象
    • 三个特征：封装、继承、多态

  • 健壮性 ：

    • 去除了c语言中的指针
    • 自动的垃圾回收机制（仍然会出现内存溢出、内存泄漏）

  • 跨平台性

    • write once, run anywhere: 一次编译，到处运行
      功劳归功于：JVM

• 编译过程
  

• 注释方式

  • java的三种注释方式

    • 单行注释
    • 多行注释
    • 文档注释（java特有）

  • 单行注释和多行注释的作用

    • 对所写的程序进行解释说明，增强可读性。方便自己，方便别人。
    • 调试所写的代码

  • 特点

    • 单行注释和多行注释，注释了的内容不参与编译。换几句话说，编译以后生成的.class结尾的字节码文件中不包含注释掉的信息。

  • 文档注释的使用

    • 注释内容可以被JDK提供的工具javadoc所解析，生成一套以网页文件形式体现的该程序的说明文档。

  • 多行注释不可以嵌套使用

二、变量和运算符

1.1 关键字与保留字

• 关键字（keyword）的定义与特点
  • 定义：被java语言赋予了特殊含义，用做专门用途的字符串（单词）
  • 特点：关键字中所有字母都为小写
  • 官方地址：https://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/nutsandbolts/_keywords.html

用于定义数据类型的关键字
class	interface	enum	byte	short
int	long	float	double	char
boolean	void
用于定义流程控制的关键字
if	else	switch	case	default
while	do	for	break	continue
return
用于定义访问权限修饰符的关键字
private	protected	public
用于定义类、函数、变量修饰符的关键字
abstract	final	static	synchronized
用于定义类与类之间关系的关键字
extends	implements	static
用于定义建立实例及引用实例，判断实例的关键字
new	this	super	instanceof
用于异常处理的关键字
try	catch	finally	throw	throws
用于包的关键字
package	import
其他修饰符的关键字
native	strictfp	transient	volatile	assert
用于定义数据类型值的字面值
true	false	null

true、false、null 严格意义上并不算是关键字、但是定义变量上还要避免使用它

• Java保留字：现有Java版本尚未使用，但以后版本可能会作为关键字使用。自己命名标识符时要避免使用这些保留字 goto、const。

1.2 标识符（Identifier）

• 标识符：
  • Java对各种变量、方法和类等要素命名时使用的字符序列称为标识符。
  • 技巧： 凡是自己可以起名字的地方都叫标识符
• 定义合法标识符规则：
  • 由26个英文字母大小写，0-9，_或$组成。
  • 数字不可以开头。
  • 不可以使用关键字和保留字，但能包含关键字和保留字。
  • Java中严格区分大小写，长度无限制。
  • 标识符不能包含空格

**不遵守规则编译不通过**

1.3 Java中的名称命名规范(建议)

包名：多单词组成时所有字母都小写：xxxyyyzzz
类名、接口名：多单词组成时，所有单词的首字母大写：XxxYyyZzz
变量名、方法名：多单词组成时，第一个单词首字母小写，第二个单词开发每个单词首字母大写：xxxYyyZzz
常量名：所有字母都大写。多单词时每个单词用下划线连接：XXX_YYY_ZZZ

注意1：在起名字时，为了提高阅读性，要尽量有意义，“见名知意”。

2.1 变量

• 变量的概念：
  • 内存中的一个存储区域
  • 该区域的数据可以在同一类型范围内不断变化
  • 变量是程序中最基本的存储单元。包含变量类型、变量名和存储的值。
• 变量的作用：
  • 用于在内存中保存数据
• 使用变量注意
  • Java中每个变量必须先声明，后使用
  • 使用变量名来访问这块区域的数据
  • 变量的作用域：其定义所在的一对{}内
  • 变量只有在其作用域内才有效
  • 同一个作用域内，不能定义重名的变量
• 变量的分类
  • 定义：对于每一种数据都定义了明确的具体数据类型（强类型语言），在内存中分配了不同大小的内存空间。

补充：变量的分类-按声明的位置的不同

• 在方法体外，类体内声明的变量称为成员变量
• 在方法体内部声明的变量称为局部变量。
  
• 注意：二者在初始化值方面的异同
• 同：都有生命期 异：局部变量除形参外，需显示初始化。

2.2 变量整数类型

• 整数类型： byte、short、int、long
• Java各整数类型有固定的表数范围和字段长度，不受具体OS的影响，以保证java程序的可移植性。
• java的整型变量默认为int型，声明long型常量须后加‘I’或‘L’
• java程序中变量通常声明为int型，除非不足以表示较大的数，才使用long

类型	占用存储空间	表数范围
byte	1字节=8bit位	-128~127
short	2字节	-2^15 ~ 2^15-1
int	4字节	-2^31 ~ 2^31-1（约21亿）
long	8字节	-2^63 ~ 2^63-1

500MB 1MB = 1024KB 1KB=1024B B=byte bit
bit:计算机中的最小存储单位。 byte：计算机中基本存储单位。

• 变量在类中声明的位置

/**
* 成员变量vs局部变量
*/
class VariableTest1 {public static void main(String[] args) {//1.byte范围 -128~127byte b1= 12;byte b2 = -128;//b2= 128;//编译失败  从int转换到byte可能会有损失System.out.println(b1);System.out.println(b2);}
}

2.3 浮点类型：float、double

• 与整数类型类似，Java浮点类型也有固定的表数范围和字段长度，不受具体操作系统的影响。
• 浮点型常量有两种表示形式：
  • 十进制数形式：如：5.12 512.0f .512(必须有小数点)
  • 科学计数法形式：如5.12e2 512E2 100E-2
• float：单精度，尾数可以精确到7位有效数字。很多情况下，精度很难满足需求。
• double: 双精度，精度是float的两倍。通常采用此类型。
• Java的浮点型常量默认为double型，声明float型常量，须后加‘f’或‘F’。

类型	占用存储空间	表数范围
单精度float	4字节	-3.403E38~3.403E38
双精度double	8字节	-1.798E308~1.798E308

//2.声明long型变量，必须以"l"或"L"结尾//3.通常，定义整型变量时，使用int型。short s1 =128;int i1 = 1234;long l1 = 3114234324L;System.out.println(l1);//2. 浮点型：float(4字节) \double(8字节)//1) 浮点型,表示带小数点的数值//2) float表示数值的范围比long还大double d1 = 123.3;System.out.println(d1 + 1);//3. 定义float类型变量时，变量要以"f"或"F"结尾float f1 = 123.4F;System.out.println(f1);

注意：通常，定义浮点型变量时，默认使用double型。

2.4 字符类型：char

• char型数据用来表示通常意义上“字符”(2字节)

• java中的所有字符都是用Unicode编码，故一个字符可以存储一个字母，一个汉字，或其他书面语的一个字符。

• 字符型变量的三种表现形式

  • 字符常量是用单引号（‘’）括起来的单个字符。例如：char c1 = ‘a’; char c2 = ‘中’;char c3 = ‘9’;
  • Java中还允许使用转义字符’'来将其后的字符转变为特殊字符型常量。例如：char c3= ‘\n’; //‘\n’ 表示换行符
  • 直接使用Unicode值表示字符型常量：‘\uXXXX’。其中，XXXX代表一个十六进制整数。如：\u000a表示\n。
  • char类型是可以进行运算的。因为它都对应有Unicode码。

转义字符	说明
\b	退格符
\n	换行符
\r	回车符
\t	制表符
\"	双引号
\’	单引号
\\	反斜线

	    //char c1= 'a';//c1 = 'AB';//编译失败 错误: 未结束的字符文字System.out.println(c1);char c2 = '1';char c3 = '中';char c4 = '@';System.out.println(c2);System.out.println(c3);System.out.println(c4);char c5 = '\n';System.out.println(c5);char c6 = '\t';System.out.println(c6);char c7 = '\u0043';System.out.println(c7);

2.5 了解ASCII码

• 在计算机内部，所有数据都使用二进制表示。每一个二进制位（bit）有0和1两种状态，因此8个二进制位就可以组合出256种状态，这就称为一个字节（byte）。一个字节一共可以用来表示256种不同的状态，每一个状态一应一个符号，就是256个符号，从0000000到1111111。

• ASCII码：上个世纪60年代，美国制定了一套字符编码，对英语字符与二进制位之间的关系，做了统一规定。这被称为ASCII码。ASCII码一共规定了128个字符的编码，比如空格“SPACE”是32（二进制00100000）,大写的字母A是65（二进制01000001）。这128个符号(包括32个不能打印出来的控制符号)，只占用了一个字节的后面7位，最前面的1位统一规定为0。

• 缺点

  • 不能表示所有字符。
  • 相同的编码表示的字符不一样：比如 130在法语编码中代表了ě,在希伯来语编码中却代表了字母Gimel(λ)

2.6 Unicode编码

• 乱码：世界上存在着多种编码方式，同一个二进制数字可以被解释成不同的符号。因此，要想打开一个文本文件，就必须知道它的编码方式，否则用错误方式解读，就会出现乱码。
• Unicode：一种编码，将世界上所有的符号都纳入其中。每一个符号都给予一个独一无二的编码，使用Unicode没有乱码的问题。
• Unicode的缺点：Unicode只规定了符号的二进制代码，却没有规定这个二进制代码应该如何存储：无法区别Unicode和ASCII;计算机无法区分三个字节表示一个符号还是分别表示三个符号。另外，我们知道，英文字母只用一个字节表示就够了，如果unicode统一规定，每个符号用三个或四个字节表示，那么每个英文字母前都必然有二到三个字节是0，这对于存储空间来说是极大地浪费。

2.7 UTF-8

• UTF-8是在互联网上使用最广的一种Unicode的实现方式。

• UTF-8是一种变长的编码方式。它可以使用1-6个字节表示一个符号，根据不同的符号而变化字节长度。

• UTF-8的编码规则：

  • 对于单字节的UTF-8编码，该字节的最高位为0，其余7位用来对字符进行编码（等同于ASCII码）。
  • 对于多字节的UTF-8编码，如果编码包含n个字节，那么第一个字节的前n位为1，第一个字节的第n+1位为0，该字节剩余各位用来对字符进行编码。在第一个字节之后的所有的字节，都是最高两位为“10”,其余6位用来对字符进行编码。

2.8 boolean布尔型

 //布尔型//1、只能取两个值之一：true false//2、常常在条件判断、循环结构中使用boolean bb1 = true;System.out.println(bb1);boolean isMarried = true;if (isMarried) {System.out.println("你就不能参加\"单身\"party了！\\n很遗憾");} else {System.out.println("你可以多谈谈女朋友！");}

2.9 类型装换

2.9.1 自动类型提升

       byte b1 = 2;int i1 = 129;//byte b2 = b1 + i1; //编译不通过 错误: 不兼容的类型: 从int转换到byte可能会有损失int i2 = b1 + i1;long l1 = b1 + i1;System.out.println(i2);//131float f= b1 + i1;//float的精度大于long 131.0System.out.println(f); //131.0

结论：当容量小的数据类型的变量与容量大的数据类型的变量做运算时，结果自动提升为容量大的数据类型。
byte、char、short --> int --> long --> float --> double
特别的：当byte、char、short三种类型的变量做运算时，结果为int型。(原因可能他们之间做运算可能会超过其精度)

2.9.2 强制类型转换

• 需要使用强转符：（）
• 注意点：强制类型转换，可能导致精度损失

 double d1 = 12.9;int i1 = (int)d1;//截断操作System.out.println(i1);//没有精度损失long l1 = 123;short s2 = (short)l1;//精度损失举例2int i2 = 128;//1000 0000byte b = (byte)i2;System.out.println(b); //-128 （1000 0000 byte字节-128的补码）

2.10 字符串类型

• String不是基本数据类型，属于引用数据类型
• 使用方式与基本数据类型一致。例如：String str = “abcd”;
• 一个字符串可以串接另一个字符串，也可以直接串接其他类型的数据。例如：str = str + “xyz”; int n =100; str = str + n;
• 基本数据类型与String之间的转换

	  char c = 'a'; //a 97int num =10;String str= "hello";System.out.println(c + num + str);//107helloSystem.out.println(c + str + num);//ahello10System.out.println(c + (num + str));//a10helloSystem.out.println((c + num) + str);//107helloSystem.out.println(str + num + c);//hello10a

2.11 关于进制

• 所有数字在计算机底层都以二进制形式存在

• 对于整数，有四种表示方式

  • 二进制（binary）:0,1 满2进1,以0b或0B开头。
  • 十进制（decimal）:0-9 满10进1。
  • 八进制（octal）: 0-7 满8进1 以数字0开头表示。
  • 十六进制（hex）:0-9及A-F，满16进1。以0x或0X开头表示。此处的A-F不区分大小写。 如：0x21AF+1=0X21B0

• 进制图表

十进制	十六进制	八进制	二进制
0	0	0	0
1	1	1	1
2	2	2	10
3	3	3	11
4	4	4	100
5	5	5	101
6	6	6	110
7	7	7	111
8	8	10	1000
9	9	11	1001
10	A	12	1010
11	B	13	1011
12	C	14	1100
13	D	15	1101
14	E	16	1110
15	F	17	1111
16	10	20	10000
17	11	21	10001

• 进制运算
  

• 变量之进制

  • Java整数常量默认是int类型，当用二进制定义整数时，其第32位是符号位；当是long类型时，二进制默认为占64位，第64位是符号位。

  • 二进制的整数有如下三种形式：

    • 原码：直接将一个数值换成二进制数。最高位是符号位
    • 负数的反码：是对原码按位取反，只是最高位（符号位）确定为1
    • 负数的补码：其反码加1.

  • 计算机以二进制补码的形式保存所有的整数

    • 正数的原码、反码、补码都相同
    • 负数的补码是其反码+1

3.1 运算符

• 运算符是一种特殊的符号，用以表示数据的运算、赋值和比较等。

  • 算数运算符
  • 赋值运算符
  • 比较运算符（关系运算符）
  • 逻辑运算符
  • 位运算符
  • 三元运算符

3.1.1 运算符：算数运算符

运算符	运算	范例	结果
+	正号	+3	3
-	负号	b=4;-b	-4
+	加	5+5	10
-	减	6-4	2
*	乘	3*4	12
/	除	5/5	1
%	取模（取余）	7%5	2
++	自增（前）；先运算后取值	a=2;b=++a;	a=3;b=3
++	自增（后）；先取值后运算	a=2;b=a++;	a=3;b=2
–	自减（前）；先运算后取值	a=2;b=–a;	a=1;b=1
–	自减（后）；先取值后运算	a=2;b=a–;	a=1;b=2
+	字符串连接	“He” + “llo”	“Hello”

• 注意点

short s1 = 10;
//s1 = s1 + 1;编译失败 （自动向上转型为int）
s1 = (short)(s1+1);//正确的
s1++;//自增1不会改变本身变量的数据类型byte bb1 = 127;
bb1++;
System.out.println("bb1=  " + bb1);//127 二进制对应为01111111 增加1 为10000000 最高位为符号位所以 该二进制为-128

3.1.2 运算符：赋值运算符

• 符号：=

  • 当“=”两侧数据类型不一致时，可以使用自动类型转换或使用强制类型转换原则进行处理。
  • 支持连续赋值。

• 扩展赋值运算符： +=，-=， *=，/=, %=

int i2, j2;
i2 = j2 = 10;
int i3 = 10, j3 = 10;

//思考1：short s =3;//s = s+2;//编译失败s +=2;//不会进行类型的变化
//思考2int i =1;i*=0.1;System.out.println("i = " + i);//因为1*=0.1 没有进行自动类型提升所以 i取整为0i++;System.out.println("i = " + i);//结果
//        i = 0
//        i = 1
//思考3int m = 2;int n =3;n*=m++;System.out.println("m = " + m);//3System.out.println("n = " + n);//6//结果
//        m = 3
//        n = 6//思考4：int n =10;n += (n++) + (++n);// n = n + (n++) + (++n) ===> n = 10 + 10 + 12System.out.println("n = " + n);//32

3.1.3 运算符：比较运算符

运算符	运算	范例	结果
==	相等于	4 == 3	false
!=	不等于	4 != 3	true
<	小于	4<3	false
>	大于	4>3	true
<=	小于等于	4<=3	false
>=	大于等于	4>=3	true
instancof	检查是否是类的对象	“Hello" instanceof String	true

• 比较运算符的结果都是boolean型，也就是要么是true，要么是false。
• 比较运算符“==” 不能语写成“=”

int i = 10;
int j = 20;
System.out.println(i == j);//false
System.out.println(i = j);//20

3.1.4 运算符：逻辑运算符

• &——逻辑与 |——逻辑或 ！—— 逻辑非
• &&——短语与 ||——短路或 ^——逻辑异或

a	b	a&b	a&&b	a|b	a||b	!a	a^b
true	true	true	true	true	true	false	false
true	false	false	false	true	true	false	true
false	true	false	false	true	true	true	true
false	false	false	false	false	false	true	false

• 练习题

   //题目一int x =1;int y = 1;if (x++==2 & ++y ==2) {x = 7;}System.out.println("x = " + x + ",y="+ y);//x = 2,y=2
//题目二int x =1, y = 1;if (x++==2 && ++y ==2) {x = 7;}System.out.println("x = " + x + ",y="+ y);//x=2,y=1//题目三int x =1;int y = 1;if (x++==1 | ++y ==1) {x = 7;}System.out.println("x = " + x + ",y="+ y);//x=7 y=2
//题目四int x =1, y = 1;if (x++==1 || ++y ==1) {x = 7;}System.out.println("x = " + x + ",y="+ y);//x=7,y=1

 boolean x = true;boolean y = false;short z = 42;//if (y==true)if ((z++==42) && (y=true))z++; //42 43 44if ((x=false)||(++z==45))z++;//46System.out.println("z = " + z);//46}

3.1.5 运算符：位运算符

与运算 有0则0 或运算 有1 则1

/*** 结论：* 1、位运算符操作的都是整形的数据。* 2、 <<：在一定范围内，每向左移动一位，相当于 *2*     >>：在一定范围内，每向右移动一位，相当于 /2*/
public class OperatorTest {public static void main(String[] args) {int i = 21;System.out.println("i << 1 : " + (i << 1));//42System.out.println("i << 1 : " + (i << 2));//84System.out.println("i << 27 : " + (i << 27));//-1476395008int j = -21;System.out.println("j << 1 : " + (j << 1));//-42System.out.println("j << 2 : " + (j << 2));//-84//面试题：最高效方式的计算 2 * 8？// 2 << 3 或者 8 << 2}
}

3.1.6 运算符：三元运算符

• 格式:

  • (条件表达式)?表达式1：表达式2；
  • 为true，运算后的结果是表达式1；
  • 为false，运算后的结果是表达式2；
  • 表达式1和表达式2为同种类型

• 三元运算符与if-else的联系与区别：

  • 1）三元运算符可简化if-else语句
  • 2）三元运算符要求必须返回一个结果。
  • 3）if后的代码块可有多个语句

• 三元运算符的使用

/*** 运算符之六：三元运算符* 1、结构：(条件表达式) ? 表达式一 : 表达式二。* 2、说明：* （1）条件表达式的结果为boolean类型。* （2）根据条件表达式真或假，决定执行表达式1，还是表达式2。*      如果表达式结果为true，则执行表达式1。*      如果表达式结果为false，则执行表达式2。*  (3)表达式1和表达式2要求是一致的。*  (4)三元运算符可以嵌套使用。** 3、凡是可以使用三元运算符的地方，都可以改写为if-else。*    反之，不成立。** 4、如果程序既可以使用三元运算符，又可以使用if-else结构，那么优先选择三元运算符。原因：简洁、执行效率高。**/
public class OperatorTest {public static void main(String[] args) {//获取两个整数的较大值int a = 1;int b = 2;int max = (a > b) ? a : b;System.out.println("a: " + a);System.out.println("b: " + b);System.out.println("较大值为: " + max);//        (a > b) ? 1 : "hello"; 编译不通过String maxStr = (a > b) ? "a大" : ((a == b) ? "a和b相等" : "b大");System.out.println(maxStr);//获取三个数的较大值int i = 1;int j = 2;int k = 3;int temp = (i > j) ? i : j;temp = (temp > k) ? temp : k;System.out.println("最大的数为：" + temp);}
}

3.1.7 运算符：运算符优先级

• 运算符有不同的优先级，所谓优先级就是表达式运算中的运算顺序。如上表，上一行运算符总优先于下一行。
• 只有单目运算符、三元运算符、赋值运算符是从右向左运算的。