Java编程入门指南

### Java编程入门指南 #### 1. 编程简介 计算机在我们日常生活中变得不可或缺。即便你不使用计算机写信、浏览互联网或玩游戏，每次从自动取款机取钱、使用手机或拨打自动查询电话时，你都在使用计算机。计算机本身没有智能，它只能遵循详细的指令集，因此需要程序员编写这些指令，才能让计算机为人所用。从文字处理器到网络浏览器，每一款软件都是由程序员（更可能是一个程序员团队）编写的。 计算机能理解的指令集被称为机器语言，在机器语言中，一切都被编码为二进制数字（1 和 0）。不久前，程序员还必须用这种机器语言编写程序。如今，我们可以使用高级语言（如 Java）编写程序。编译器（另一个程序）负责将用编程语言编写的程序翻译成机器代码，以便在计算机上运行。一些游戏程序员仍选择使用接近机器代码的低级汇编语言，因为这样程序运行速度更快。 Java 作为一种编程语言，有着有趣的历史。它由 Sun Microsystems 的 James Gosling 于 1991 年开发。Gosling 是名为“Green Team”的 13 人秘密团队的一员。最初的目标并非开发新语言，而是开发数字控制的消费设备和计算机。在开发家庭娱乐设备控制器（称为 *7）时，团队意识到需要一种新的处理器无关语言。第一个版本被称为“Oak”（以 Gosling 窗外的树命名）。尽管 *7 未能成功，但这种语言却发展起来。1995 年，Netscape 宣布将 Java 纳入 Netscape Navigator，此后，Java 作为互联网编程语言广受欢迎。Java 不仅在互联网编程方面表现出色，也是一种优秀的通用编程语言。它是一种流行且设计良好的面向对象语言，其主要特点之一是平台独立性，通过“Java 虚拟机”（JVM）实现。编译器将 Java 程序翻译成中间代码（字节码），字节码独立于机器，但需要 JVM 进行解释。 #### 2. 为 Java 编程设置计算机 在开始编程之前，你需要安装以下两款软件： - **编辑器或集成开发环境（IDE）**：编辑器允许你输入文本并保存到文件。文本编辑器与文字处理器不同，通常不进行格式设置。一些文本编辑器（如 Microsoft 的 Notepad）没有专门为程序员设计的功能，而其他编辑器则有支持编程的特殊功能。你可以从在线软件库（如 http://www.tucows.com）找到许多共享软件和免费软件编辑器，建议选择具有 Java 语法着色（也称为语法高亮）功能的编辑器。IDE 提供编辑、编译程序的功能以及其他编程支持，但通常需要付费。有些 Java IDE 会使编程变得复杂（如需要创建项目），因此在某些情况下，使用简单的文本编辑器可能更容易。本书假设你使用文本编辑器。 - **Java 编译器**：推荐使用 Sun Microsystems 的 Java 软件开发工具包（SDK），它是流行的选择，因为可以免费获取。本书使用的是 1.3.1 版本，你也可以使用更高版本。其他兼容 Java 2 的编译器也可以使用。 ##### 安装 Java 2 “Java 2”指的是 Sun 的 Java SDK 从 1.2 版本开始的所有版本（包括 1.3.x），之前的版本称为“Java 1”。安装 Java 2 的步骤如下： 1. 使用你喜欢的网络浏览器访问 Sun 的 Java 网站：http://www.java.sun.com 2. 从“Products and APIs”链接到“Java 2 Platform, Standard Edition”（SDK），选择相关平台并按照说明操作。安装完成后，你的目录结构应类似于图 1.1 所示。 3. 建议下载 Java 2 平台标准版文档，在学习编程时，你会经常需要参考这些文档。 4. 你需要更改 PATH 变量，使其包含 javac.exe 和 java.exe 文件所在的文件夹。具体操作细节可在 jdk 文件夹中的 readme.html 文件中找到。 ##### Jikes 作为替代编译器 如果 Java 2 编译器在你的家用计算机上运行缓慢，你可以尝试使用 Jikes 作为替代的更快编译器。Jikes 由 IBM 开发，是开源软件，它与 Sun 的 SDK 配合使用，因此你仍需按照上述说明安装 Java 2（实际上只需要安装运行时环境或 JRE）。Jikes 是免费的，你可以从以下网站下载：http://oss.software.ibm.com/developerworks/opensource/jikes/ 。下载的 zip 文件包含一个名为 jikes.exe 的文件，设置 Jikes 的最简单方法如下： 1. 更改 PATH 变量，使其包含 jikes.exe 文件所在的文件夹。 2. 按以下方式定义 JIKESPATH（注意：此设置假设 Java 安装在 C 盘，如果不是，请相应更改文件夹）： ```plaintext set JIKESPATH=c:\jdk1.3.1\jre\lib\rt.jar; c:\jdk1.3.1\jre\lib\ext\essential.jar ``` 3. 现在你可以使用 jikes 命令代替 javac 进行编译。 ##### 安装 essential 包 与本书配套的网站提供了一个 Java 代码包 essential，包含绘制图形、处理矩阵等功能。安装 essential 包非常简单，在网站上找到 essential.jar 文件，将其复制到 jdk 文件夹的特定位置，即安装 essential 作为 Java 的扩展。将 essential.jar 文件复制到以下目录： ```plaintext c:\jdk1.3.1\jre\lib\ext ``` 如果你的 SDK 版本存储在其他位置，请将其复制到等效的 \jre\lib\ext 文件夹。 #### 3. 编写第一个 Java 程序 现在我们来编写第一个 Java 程序，不要担心不理解某些内容，后续会详细解释。 1. **编写程序**：打开编辑器，输入以下 Java 程序： ```java public class FirstProgram { public static void main (String[] args) { System.out.print("Hello, 2 + 3 = "); System.out.println(2 + 3); System.out.println("Good Bye"); } } ``` 注意 Java 是区分大小写的，System 与 SYSTEM 或 system 不同。 2. **保存程序**：将程序保存为 FirstProgram.java 文件，文件名的大小写很重要，确保 F 和 P 为大写，其余为小写。 3. **编译程序**：打开 MS-DOS 命令提示符窗口，将目录更改为保存文件的目录，输入以下命令： ```plaintext javac FirstProgram.java ``` 按下 Enter 键后，如果没有错误，命令提示符将返回。如果有错误，你需要返回编辑器，确保代码复制正确。继续重复步骤 2 和 3，直到没有错误为止。 4. **运行程序**：程序成功编译后，输入以下命令运行程序： ```plaintext java FirstProgram ``` 你应该会看到如图 1.2 所示的输出。 ##### 程序编译时会发生什么 使用 javac 命令编译 FirstProgram.java 时，会创建一个名为 FirstProgram.class 的文件，该文件是 Java 字节码格式（接近机器代码）。如果你尝试用文本编辑器打开这个文件，可能会出错或显示一些奇怪的字符。使用 java 命令运行程序时，.class 文件由 Java 虚拟机解释。如果你想让别人运行你的程序，只需将 .class 文件发送给他们，只要他们的计算机上安装了 Java 运行时环境，就可以运行程序，无需重新编译。 ##### 理解 FirstProgram 下面解释程序的工作原理。图 1.3 展示了一个简单 Java 程序的组成部分。灰色区域的部分是每次编写程序时都需要的，我们称之为“应用程序模板”，它是编写简单程序的基本结构。灰色区域中唯一不同的部分是程序的名称（也是类的名称）。每次编写程序时，你都需要决定给程序取什么名字。例如，以下是一个名为 AnotherProgram 的程序大纲： ```java public class AnotherProgram { public static void main(String[] args) { } } ``` 这个程序运行时不会有任何操作，因为中间的花括号之间没有语句。我们称花括号为块标记，它们标记代码块的开始和结束。在应用程序模板中，第一个和最后一个花括号标记整个程序的开始和结束，中间的两个花括号标记主方法的代码块。主方法的作用将在后面解释。 现在尝试以下操作： 1. 复制 FirstProgram 并保存为 SecondProgram.java。 2. 在 SecondProgram.java 中，将 class 语句后的程序名称更改为 SecondProgram。 3. 保存、编译并运行 SecondProgram。 这样你就有了一个可以稍后修改的程序副本。 ##### 屏幕打印命令 现在我们来看看主方法中的语句： ```java System.out.print("Hello, 2 + 3 = "); System.out.println(2 + 3); System.out.println("Good Bye"); ``` 每条语句以分号结尾，这表示语句的结束，类似于英语句子末尾的句号。所有三行都以 System.out 开头，它指的是计算机的屏幕。System.out.print 命令用于向屏幕打印内容，具体要打印的内容在括号内指定。在第一条语句中，我们要求屏幕显示一个字符串，字符串是用双引号括起来的字符序列。 以下是一个简单的流程图，展示了编写和运行 Java 程序的基本步骤： ```mermaid graph LR A[编写程序] --> B[保存程序] B --> C[编译程序] C -->|有错误| B C -->|无错误| D[运行程序] ``` 下面是一个表格，总结了安装和设置 Java 编程环境的步骤： |步骤|操作| | ---- | ---- | |安装编辑器或 IDE|选择具有 Java 语法着色功能的文本编辑器或合适的 IDE| |安装 Java 编译器|推荐使用 Sun 的 Java SDK| |安装 Java 2|访问 Sun 网站，按步骤操作，更改 PATH 变量| |安装 Jikes（可选）|从指定网站下载，设置 PATH 和 JIKESPATH| |安装 essential 包|从网站下载 essential.jar 文件，复制到指定目录| ### Java编程入门指南 #### 4. 输入和输出 在 Java 编程中，输入和输出是非常重要的操作。下面我们来详细了解一下。 ##### 键盘输入的工作原理 从键盘获取输入是编程中常见的需求。在 Java 中，有多种方式可以实现从键盘读取数据。 ##### 从键盘读取数字 可以使用相关的类和方法来读取键盘输入的数字。例如，通过特定的输入流和解析方法，将输入的字符串转换为数字。 ##### 不使用 Keyboard 类的输入（可选） 除了常规的输入方式，还可以选择不使用 Keyboard 类进行输入。这在某些特定场景下可能会更灵活。 ##### 示例：计算复利 下面通过一个计算复利的示例来展示输入和输出的应用。 ```java import java.util.Scanner; public class CompoundInterest { public static void main(String[] args) { Scanner scanner = new Scanner(System.in); System.out.print("请输入本金: "); double principal = scanner.nextDouble(); System.out.print("请输入年利率: "); double rate = scanner.nextDouble(); System.out.print("请输入存款年限: "); int years = scanner.nextInt(); double amount = principal * Math.pow(1 + rate, years); System.out.println("复利计算结果: " + amount); } } ``` 这个示例中，我们使用 `Scanner` 类从键盘读取本金、年利率和存款年限，然后计算复利并输出结果。 #### 5. 注释 在 Java 代码中，注释是一种非常重要的元素。它可以帮助程序员更好地理解代码，提高代码的可读性和可维护性。Java 中有两种注释方式： - **单行注释**：以 `//` 开头，用于注释一行代码。例如： ```java // 这是一个单行注释 System.out.println("Hello World"); ``` - **多行注释**：以 `/*` 开头，以 `*/` 结尾，可以注释多行代码。例如： ```java /* 这是一个多行注释 可以包含多行内容 */ System.out.println("Hello Java"); ``` #### 6. 使用对象 在 Java 中，对象是面向对象编程的核心概念。下面介绍如何使用一些常见的类对象。 ##### 使用 Turtle 类 Turtle 类可以用于绘制图形。通过调用 Turtle 类的方法，可以控制一个虚拟的“乌龟”在屏幕上移动和绘制。以下是一个简单的示例： ```java import essential.Turtle; public class TurtleExample { public static void main(String[] args) { Turtle turtle = new Turtle(); turtle.forward(100); turtle.right(90); turtle.forward(100); } } ``` 这个示例中，我们创建了一个 Turtle 对象，并调用其 `forward` 和 `right` 方法来绘制一个直角。 ##### 关于 essential 包的帮助 essential 包提供了很多有用的类和方法。可以通过查看相关文档来获取关于 essential 包的详细信息。 ##### 使用 Graph 类 Graph 类可以用于绘制图形。以下是一个简单的示例： ```java import essential.Graph; public class GraphExample { public static void main(String[] args) { Graph graph = new Graph(); graph.addPoint(0, 0); graph.addPoint(1, 1); graph.addPoint(2, 4); graph.draw(); } } ``` 这个示例中，我们创建了一个 Graph 对象，并添加了几个点，最后调用 `draw` 方法绘制图形。 #### 7. Java 在万维网中的应用（可选） Java 也可以在万维网中使用。例如，可以编写 Java 小程序（Applet）在网页中运行。不过在本书中，我们主要使用 Java 应用程序。以下是一个简单的 Java Applet 示例： ```java import java.applet.Applet; import java.awt.Graphics; public class HelloApplet extends Applet { public void paint(Graphics g) { g.drawString("Hello from Java Applet", 20, 20); } } ``` 要在网页中运行这个 Applet，需要在 HTML 文件中嵌入相应的代码。 #### 8. 总结 通过以上内容，我们学习了 Java 编程的基础知识，包括编程简介、环境设置、第一个 Java 程序的编写、输入输出、注释、使用对象以及 Java 在万维网中的应用等。下面通过一个表格来总结这些内容： |知识点|描述| | ---- | ---- | |编程简介|了解计算机编程的基本概念和 Java 语言的历史| |环境设置|安装编辑器、编译器和相关包| |编写程序|掌握编写、保存、编译和运行 Java 程序的步骤| |输入输出|学会从键盘读取数据和向屏幕输出数据| |注释|使用单行和多行注释提高代码可读性| |使用对象|使用 Turtle 类和 Graph 类绘制图形| |Java 在万维网中的应用|简单了解 Java Applet 的编写和使用| 以下是一个 mermaid 流程图，展示了 Java 编程的主要流程： ```mermaid graph LR A[编程简介] --> B[环境设置] B --> C[编写程序] C --> D[输入输出] D --> E[注释] E --> F[使用对象] F --> G[Java 在万维网中的应用] ``` 希望通过这些内容，你能够对 Java 编程有一个初步的认识，并开始编写自己的 Java 程序。在后续的学习中，你可以进一步深入学习 Java 的高级特性和应用。