CoreJava第三章要点速记

  由于时间原因，不能像讲课一样给大家一一列出所有的要点，故在此篇博客中，仅记录一些个人之前忽略的点和常见易错点，将不展开全面介绍，各位读者可以当做闲暇阅读，查漏补缺。

第三章 要点、易错点速记

• 第三章 Java的基本程序设计结构
  • 3.4 变量
    • 3.4.1 变量初始化
    • 3.4.2 常量
  • 3.5 运算符
    • 3.5.1 数学函数与常量
    • 3.5.2 数值类型之间的转换
    • 3.5.3 强制类型转换
    • 3.5.4 结合赋值和运算符
    • 3.5.5 自增与自减运算符
    • 3.5.6 关系和boolean运算符
    • 3.5.7 位运算符
    • 3.5.8 括号与运算符级别
    • 3.5.9 枚举类型
  • 3.6 字符串
    • 3.6.1 子串
    • 3.6.2 拼接
    • 3.6.3 不可变字符串
    • 3.6.4 检测字符串是否相等
    • 3.6.5 空串与null
    • 3.6.6 码点与代码单元
    • 3.6.7 String API（略）
    • 3.6.8 阅读联机API文档（略）
    • 3.6.9 构建字符串
  • 3.7 输入输出
    • 3.7.1 读取输入(控制台输入)
    • 3.7.2 格式化输出
    • 3.7.3 文件的输入与输出
      • 补充点：PrintStream和PrintWriter的区别
  • 3.8 控制流程
    • 3.8.1 块作用域
    • 3.8.2 条件语句(略)
    • 3.8.3 循环(略)
    • 3.8.4 确定循环(略)
    • 3.8.5 多重选择
    • 3.8.6 中断控制流程语句
  • 3.9 大数值
  • 3.10 数组
    • 3.10.1 for each 循环
    • 3.10.2 数组初始化以及匿名数组
    • 3.10.3 数组拷贝
    • 3.10.4 命令行参数
    • 3.10.5 数组排序
    • 3.10.6 多维数组
    • 3.10.7 不规则数组

第三章 Java的基本程序设计结构

3.4 变量

1. Java变量名是字母、’_‘或’'开头的字母数字串，没有长度限制，大小写敏感。常用于编译器或其他工具生成的名字中，通常不使用。
2. 变量名最好不要只存在大小写上的差异。
3. 访问权限修饰符、static修饰符、final修饰符位置都可以随意交换，但通常为public static final DataType varName;

3.4.1 变量初始化

1. Java中声明变量后必须进行确定的显式初始化，否则无法通过编译。
2. Java可以将变量声明放在代码中任意位置，但变量的声明应尽可能靠近第一次使用的地方，这是一种良好的程序编写风格。
3. Java不区分变量的声明和定义。所有的Java变量声明都会开辟空间，而C/C++只有定义时会开辟空间，声明不会。

3.4.2 常量

1. 关键字final表示该变量只能赋值一次，一旦赋值便不可修改。习惯上，常量名使用全大写+下划线。
2. Java常常希望某个常量在一个类的多个方法使用，称之为类常量。
3. const是Java保留的关键字，但目前并没有使用。

3.5 运算符

1. 整数除零会产生java.lang.ArithmeticException: / by zero异常；浮点除零会产生无穷大或NaN结果。
2. Java为了实现可移植性，需要定义统一的运算规范。但问题是，例如double计算，很多Intel处理器会将中间计算结果保存在80位的寄存器中，这无疑会导致精度的增加。Java中默认允许对中间结果采用扩展的精度，如果不允许，要使用strictfp关键字标记该方法。

3.5.1 数学函数与常量

  常用的数学函数都包含在Math类中，可以直接调用。

1. 例如：Math.sqrt(x)求平方根；Math.pow(x,a)求xa；Math.floorMod(x, y)求非负余数等。
2. Math类也提供了常用的三角函数：sin/cos/tan；以及指数函数exp/log/log10等；还提供了π和e的近似值：Math.PI和Math.E。

注意：

• Math类为了达到最快性能，所有方法都使用本地计算机浮点单元中的例程(机器有关)。如果要在所有平台上得到相同结果，要使用StrictMath类。

3.5.2 数值类型之间的转换

  当有类型转换不会造成数据溢出(Java允许丢失精度)时，或使用结合赋值运算符时，Java会根据计算需要自动进行类型转换。

1. int -> float、long -> float、long -> double 可能丢失精度
2. 二元操作需要将两个操作数转为同一类型。类型转换规则：
   1. 如果有一个数是double，则另一个转double。
   2. 如果有一个数是float，则另一个转float。
   3. 如果有一个数是long，则另一个转long。
   4. 如果有一个数是int，则另一个转int。

3.5.3 强制类型转换

  当类型转换可能造成数据溢出从而损坏数据时（结合赋值运算符除外），Java不会自动进行类型转换。这时，就需要用小括号进行强制类型转换，强制类型转换会直接截断，不会进行舍入运算，而且如果超过目标类型的表示范围，就可能产生一个完全不同的值。   可以调用Math.round(x)产生一个四舍五入的long类型的值。

注意：

• 不要在boolean类型与任何其他类型之间进行强制类型转换！如有需要，可以使用表达式b? 1 : 0。

3.5.4 结合赋值和运算符

注意：

• 如果运算符得到的值与左侧操作数类型不同，会发生强制类型转换。例如x是一个int，而后调用x += 3.5;是合法的，这等价于x = (int) (x + 3.5);。

3.5.5 自增与自减运算符

注意：

• 自增自减运算符的操作数是变量不能是常量。
• 建议不要在表达式中使用++，这样的代码阅读起来比较困难，且易错。

3.5.6 关系和boolean运算符

1. !、==、!=、>、<、=、>=、<=
2. 常常利用&&和||运算符的短路特点来避免出错。例如if(obj != null && obj.xxx);。
3. Java支持三元操作符?:。

3.5.7 位运算符

  处理整型类型时，可以直接进行位操作。位运算符包括：

1. &，与
2. |，或
3. ^，异或
4. ~，按位取反
5. <<，算数(逻辑)左移（低位填零）
6. >>，算数右移（高位填充符号位）
7. >>>，算数右移（高位填充0）

  利用掩码技术可以得到整数中的各个位。例如：int forthBitFromRight = (n & 0b1000) / 0b1000或int forthBitFromRight = (n & (1<<3)) >> 3。利用&并结合使用2的适当的幂，可以将其他位“掩盖掉”，从而只保留某一位。

注意：

• 将&和|应用在boolean上时，也会得到一个boolean值，但是不会采用短路的方式，左右的表达式都需要计算。
• >>>会用0填充高位，>>用符号位填充高位。如果做除以2的操作，应该使用算数右移。
• 在C/C++中，>>是进行逻辑右移(通常强转为unsigned类型然后右移从而保证是高位填0)还是算数右移(通常是算数右移)依赖具体实现，而Java则消除了这种不确定性。

3.5.8 括号与运算符级别

1. 分不清时候可以使用()运算符
2. Java不使用,运算符。不过可以在for语句的第1部分和第3部分使用逗号分隔表达式列表。

3.5.9 枚举类型

• 枚举类型是一种自定义的类型，枚举类型的声明有点像类的声明。
• 枚举类型只包括有限个命名的值。

3.6 字符串

  Java中，字符串的本质就是一串Unicode序列。Java没有内置的字符串基本类型，而是在Java类库中提供了一个预定义类java.lang.String

3.6.1 子串

String对象可以调用其substring(beginIndex, endIndex)方法获得子串(起始下标为0)。 注意：

• substring的第二个参数是不想复制的第一个位置。
• 这样做的优点是容易计算子串的长度。长度 = endIndex-beginIndex。

3.6.2 拼接

1. String 可以使用+拼接字符串。当一个字符串与非字符串拼接时，后者将被转换成字符串。
2. 如果要使用分隔符拼接一个字符串数组，可以使用String.join("/", “s”, “m”, “l”, “xl”)方法。

3.6.3 不可变字符串

  相比C/C++可以修改单个字符而言，String类没有提供用于修改字符串的方法。   由于不能修改Java字符串中的字符，所以Java文档中将String类对象称为“不可变字符串”。如果需要修改某个字符串变量，通常直接让它引用另一个字符串。

  虽然重新建立一个字符串的效率并不高，但是不可变字符串带来一个优点：编译器可以让字符串共享。Java中有一个字符串池，每个字符串变量分别指向存储池中相应的位置。如果复制一个字符串变量，原始字符串与复制的字符串可以共享相同的字符串，而不必担心字符串被莫名其妙修改的问题。   Java设计者认为共享带来的高效远远胜于提取、拼接字符串带来的低效。因为更多时候我们做的不是修改而是比较。（有一种例外情况，将来自输入流的单个字符或较短的字符串拼接成长串，不过为此有专门的类StringBuilder来负责）

  此外，不必担心过多的字符串导致堆内存遗漏，Java有GC机制。

3.6.4 检测字符串是否相等

  可以使用equals方法检测两个字符串(变量或字面量)是否相等。（如果忽略大小写可以使用equalsIgnoreCase方法）。

注意：   一定不要使用 == 检查两个字符串是否相等！这只能判断两个字符串是否放在同一内存位置上。虽然放在同一位置上的字符串必然相等，但是完全有可能将内容相同的多个字符串拷贝防止在不同的位置上！“==”返回true或false与两个字符串相等与否并非等价。

  如果虚拟机始终将所有相同的字符串共享，那么是可以使用==来判断的。但实际上只有字符串常量是共享的，而 + 或substring等操作产生的结果是不共享的。   C++中的string类重载了==运算符，以便检测字符串内容的相等性。C语言中则通常使用strcmp()方法。这类似于Java中的compareTo()方法，但是Java中的compareTo()通常用于比较字典序，判断String相等还是使用equals()最为清晰。

3.6.5 空串与null

注意，如果要检查一个String既不是null也不是空串，要先判断是否为null，再调用它身上的方法判断是否为空串。

3.6.6 码点与代码单元

  Java字符串由char值序列组成。char类型是一个采用UTF-16编码表示的Unicode码点的代码单元。大多数Unicode使用一个代码单元，某些特殊符号则需要两个。

1. 求长度：str.length()返回代码单元数量；str.codePointCount(0, str.length())返回码点数量。
2. 根据下标找char / int码点：char ch = str.charAt(index);返回对应的char（太底层，不建议使用，可能返回一个无意义的代码单元）；int cp = str.codePointAt(index);返回Unicode码点值。
3. 根据字符偏移量找下标：int index = str.offsetByCodePoints(0, i);，即从下标0开始，向后偏移i个码点对应码点的下标。
4. 如果需要遍历所有码点，可以使用int[] codePoints = str.codePoints().toArray()方法，得到一个int[]数组；反之使用new String(codePoints, 0, codePoints.length)得到原来的字符串。

3.6.7 String API（略）

3.6.8 阅读联机API文档（略）

3.6.9 构建字符串

  StringBuilder(JDK 5引入)和StringBuffer的区别：

• StringBuilder效率高，但是只支持单线程；
• StringBuffer效率较低，但是支持多线程添加和删除字符；

3.7 输入输出

3.7.1 读取输入(控制台输入)

• 标准打印流：System.out
• 标准字节输入流：System.in
• 因为System.in是字节输入流，所以只能以字节为单位从控制台读取，所以如果要把一串字节(byte[])转换成字符串、数字等等，就非常非常麻烦，因此，需要有一个包装类Scanner帮我们处理这类繁琐无聊的事情。
• 如果需要控制台输入，最好将一个Scanner对象与标准输入流关联：new Scanner(System.in);，直接调用它的next()、nextLine()、nextInt()、nextDouble()等方法，这个Scanner便会帮我们处理这些琐碎无聊且易错的事情。

3.7.2 格式化输出

  幸运的是，Java沿用了C/C++的标准输入输出printf()，在Java中是System.out.printf()方法。转换符、格式控制符基本沿用了C/C++的风格。   此外Java还给出了很多扩展功能的printf()标志，以及用于Date类对象的日期和时间的转换符。   可以使用静态的String.format(String… args)方法创建一个格式化的字符串。

3.7.3 文件的输入与输出

• 文件输入：只需要在构造Scanner时，传输一个File对象作为输入即可(不能直接使用字符串)，根据源码，Scanner会自动将File装入FileInputStream。
• 文件输出：同理，构造一个打印流对象即可。

补充点：PrintStream和PrintWriter的区别

• System.out使用的是PrintStream，其工作原理是将字符以系统默认编码转换成字节流送给控制台，不支持指定编码，这就导致在将数据传输给另一个平台时，解码出现错误。因为我们常用的控制台是在本地机器的，所以一般没有问题。PrintStream类出现较早，所以为了兼容性，System.out沿用了PrintStream。
• 我们通常使用的是较晚出现的PrintWriter，其基本功能同PrintStream一样，主要区别在于PrintWriter支持指定的编码方式java.nio.charset.Charset，使得在跨平台时，兼容性和可控性会更好。

3.8 控制流程

3.8.1 块作用域

• 块作用域：用一对大括号括起来的若干条Java语句。
• Java中嵌套的块作用域不允许声明同名的变量（C++中是允许的，并且内层变量覆盖外层变量，但是容易出错）。
• 使用块（复合语句）可以在Java程序结构中原本只能放置一条（简单）语句的地方放置多条语句。

3.8.2 条件语句(略)

• if () {} else if () {} else {}

3.8.3 循环(略)

• while(){}
• do{}while();

3.8.4 确定循环(略)

• for(int i = 0; i < n; ++i) {}

3.8.5 多重选择

• 在程序中不建议使用switch，因为一旦忘记break就容易引发错误。
• case标签可以是：
  • char、byte、short、int的常量表达式。
  • 枚举常量。
  • 从JavaSE7开始可以是字符串字面量。

3.8.6 中断控制流程语句

• Java除了支持普通的break之外，还额外支持一种带标签的break，例如：

read_data:
while(...) {
	for(...;...;...) {
		......
		break read_data;
		......
	}
}

if(...) {

} else {

}

• 注意，对于任何使用break语句的代码，都最好检测一下循环是否正常结束，还是break跳出。
• 实际上，continue也有带标签的continue，因为不常用且导致代码难以阅读，故不再展开。

3.9 大数值

  如果基本的整数和浮点数运算无法满足精度需要，则可以使用BigInteger和BigDecimal类，它们分别实现了任意长度的整数运算和任意精度的浮点运算。

注意：   与C++不同，Java没有重载运算符的功能。虽然Java设计者为String重载了 + 运算符，但没有重载其他运算符，也不支持程序员重载运算符。

3.10 数组

  数组是一种顺序存储的数据结构。优点在于支持随机访问，缺点在于增删元素的时间复杂度较高。

有关数组初始化问题：

• 在Java中，创建一个数组时，所有元素都初始化为0、false或null，表示没有存放任何对象。

有关数组长度问题：

• 在Java中，数组的长度不要求是常量。假设n已经被显式初始化，则new int[n]是合法的语句。
• 可以通过数组的public final int length属性可以获得数组的长度，一旦访问越界则会抛出异常。
• 如果需要可扩展长度的数组，可以使用ArrayList类。

3.10.1 for each 循环

  Java有一种简洁不易错且功能很强的循环结构：for (variable : collection) statement，这样我们就无需担心集合长度以及下标问题辣~~~

注意：

1. collection必须是数组或实现了Iterable接口的类对象
2. 其实每次迭代都是把一个collection中的变量赋值给了variable，所以如果要对基本数据类型进行遍历，则仅仅支持访问，而不支持修改，因为修改的仅仅是临时变量，而非集合中的真正值。
3. 如果需要在循环中使用下标值，或者仅仅访问集合中的个别元素，则需要使用传统的for循环。
4. 如果仅仅需要打印所有值，可以使用Arrays.toString()方法。它会调用数组中每个对象的toString方法(基本数据类型是直接转换成字符串)，然后加一个方括号，每个元素用逗号分隔，将集合中的元素全部打印出来。

3.10.2 数组初始化以及匿名数组

• 初始化数组：int[] arr = {1, 2, 3} 。其效果等价于 int[] arr = new int[]{1, 2, 3}。
• 创建匿名数组：new int[N] 或new int[] {1, 2, 3}，其优点在于不创建新变量的情况下创建一个数组对象。

注意：Java中，允许数组的长度为零。长度为零的数组与null不同，是占用空间的。

3.10.3 数组拷贝

• 如果直接使用“=”赋值，则仅仅拷贝数组的引用（浅拷贝）。
• 如果需要“深拷贝”，将整个数组再拷贝一份副本，则需要使用Arrays.copyOf(arr, arr.length)方法，这将返回拷贝后新数组的引用。长度小于原数组则截断，大于原数组则补0/false。
• Java中的数组变量没有重载+/-运算符，所以不能像C++的指针一样通过加减来得到下一个元素。
• Java的数组是对象，因此是在堆内存中保存的（GC回收）。而C++中，int arr[100];是保存在栈内存中（随着代码块结束自动回收）；int* a = new int[100];才是保存在堆中（且需要手动delete）。

3.10.4 命令行参数

  在Java中，main方法固定带有一个字符数组String[] args作为参数。   当在命令行键入如下字符串并会车时，会调用Message类的main入口方法，并将"-g"、“cruel”、"world"作为参数传入String[] args中，并可以在程序中使用。

java Message -g cruel world

3.10.5 数组排序

  可以直接调用Arrays.sort()方法，进行优化的快速排序，快排对于大多数数据集合来说效率还是比较高的。   程序清单3-7给出一个非常巧妙的不重复抽签办法。每次只随机产生下标，然后找出该元素后，用最后一个元素覆盖之，然后n–，使得下一次抽签的范围变成0 ~ (n-1)，然后不断迭代这一过程即可。

3.10.6 多维数组

  Java中，N维数组的定义和初始化大体与之前的一维数组类似，只不过多了几个维度。 注意：

1. for each 不能直接遍历二维数组中的每一个元素，它是按照一位数组处理的。可以使用下面嵌套的foreach语句：

for(double[] row : arr)
	for(double value : row)
		do something with value......

1. 如果要快速打印一个二维数组的数据元素列表，可以调用

System.out.println(Arrays.deepToString(arr));

3.10.7 不规则数组

  Java的多维数组与C/C++在使用上大同小异，但是在存储结构上存在着很大差别，这正是Java的优势所在。   C/C++中，多维数组中的所有数据通常也是连续摆放在内存的一片区域中的，而Java中的数组更像是“数组的数组”，例如二维数组a引用的内存中，其实保存的是row个一位数组的引用。

这样带来的好处是：   第一，我们可以很轻易的将两行进行交换：

double[] tmp = balances[i];
balances[i] = balances[j];
balances[j] = tmp;

  第二，我们可以创建一个每行长度不等的不规则数组（例如对角矩阵）：

int[][] odds = new int[rowCount][]; // odds数组中均为null
// 依次为每一行创建一个新数组
for(int i = 0; i < rowCount; ++i) {
	odds[i] = new int[i+1];
}

注意：

1. 由于Java多维数组的内存分布与C和C++有显著差异，所以在Java的二维数组声明中，往往“行”数比“列”数重要。“列”数可以省略(因为列数的长度可以是任意的)，而“行”数不能。这一点与C/C++恰好相反。
2. 在C++中，Java声明double[][] balances = new double[10][6];等价于double **balances = new double*[10];，然后为指针数组中的每个元素申请堆中的空间：

for(int i = 0; i < 10; ++i) {
	balances[i] = new double[6];
}

庆幸的是在Java中会自动进行这样的空间开辟，除非建立的是不规则数组。

小博同学，2020年7月8日凌晨00:32，于小破邮。