Java 语言基础

Java 语言基础

模块 2 · 课次 04 + 实验1 / 教材第 2 章（2.1 语法基础、2.2 运算符与表达式、2.3 流程控制、2.4 数组、2.5 字符串） 目标：掌握标识符与关键字；数据类型、变量与常量、类型转换与作用域；运算符与优先级；分支/循环与 break/continue/return；一维与多维数组；String/StringBuffer；并初步建立「程序 = 数据结构 + 算法」的抽象认识，为第 3 章面向对象铺垫。

〇、引入：程序 = 数据结构 + 算法

• 程序 = 数据结构 + 算法：数据结构描述「处理什么数据」，算法描述「怎么处理」。
• 数据结构是对现实世界的抽象：把现实事物的属性与行为，抽象成计算机能处理的数据组织方式。
• 由此过渡到类与对象的抽象映射（第 3 章正式展开）：

贯穿示例：素材/Erase-JAVA/ 的 com.zmofun.erase.protogame.ErasGame 类，就是把「擦除小游戏」这一类事物（属性：棋盘、分数；行为：擦除、计分、过关）抽象成类，再实例化为对象——下文会持续引用它的真实代码。

一、2.1 语法基础

标识符与关键字

• 标识符命名规则：字母、下划线 _、$ 开头，后接字母/数字/_；区分大小写（score 与 Score 是两个变量）。
• 关键字被语言占用，不能作标识符：class、public、static、void、int、final……

数据类型

Java 是强类型语言：每个变量都有确定的类型；各类型占用固定内存长度，与具体软硬件平台无关；每种类型有缺省值，变量取值总是确定的。

类型转换：

• 自动提升（widening）：小 → 大，如 byte → int → double，安全。
• 强制转换（narrowing）：大 → 小必须显式 (int) d，可能丢精度/溢出（本章难点之一）。
• char 与整型可互转：char c = 65; 等价于 'A'。

int a = 10;            // int 字面量
long b = 10L;          // long 必须加 L
float f = 3.14f;       // float 必须加 f
double d = 3.14;       // double 默认
byte y = (byte) a;     // int → byte 需强转（可能溢出）

变量与常量、作用域

• 成员变量：定义在类体里，自动有默认值（上表），生命周期随对象。
• 局部变量：定义在方法/语句块内，没有默认值，用前必须初始化。
• static：属于类而非某个对象，所有实例共享同一份；如 Math.PI、Erase 里的 private static final long serialVersionUID。
• final：一旦赋值不可再改（引用变量是「指向不可变」，对象内容仍可被修改）。

class Game {
    static final int MAX_ROWS = 18;   // 类级常量：所有对象共享、不可改
    int score = 0;                    // 成员变量，默认 0

    void add(int n) {
        int local = n;                // 局部变量，必须初始化
        score += local;
    }
}

二、2.2 运算符与表达式

++/-- 前缀 vs 后缀：

int i = 5;
int a = i++;    // 先使用（a=5），再自增 → i=6
int b = ++i;    // 先自增（i=8），再使用 → b=8

短路求值（&& vs &）：

// && 短路：左边为 false，右边根本不求值
if (a > 0 && b(a) > 1) { ... }   // a<=0 时 b(a) 不会被调用
// & 不短路：两边都求值（位运算语义）

移位运算符：<< 左移补 0（×2），>> 右移带符号（÷2），>>> 无符号右移。

优先级从高到低（同层默认左结合，拿不准就加括号）：

注释：// 单行；/* … */ 与 /** … */（文档注释）多行。

三、2.3 流程控制语句

分支：

if (score >= 90) {
    System.out.println("优秀");
} else if (score >= 60) {
    System.out.println("及格");
} else {
    System.out.println("不及格");
}

switch (day) {               // int / char / String 都可作 case
    case 1: case 2: case 3: case 4: case 5:
        System.out.println("工作日"); break;   // 漏 break 会「贯穿」到下一 case
    default:
        System.out.println("周末");
}

循环：

int i = 0;
while (i < 5) {              // 先判断后执行：可能一次都不跑
    i++;
}

do {                          // 先执行后判断：至少跑一次
    i--;
} while (i > 0);

for (int j = 0; j < 10; j++) {   // 初始化; 条件; 步进
    sum += j;
}

// 增强 for（foreach）：遍历数组/集合，不用下标
for (String s : names) {
    System.out.println(s);
}

三种循环可互相改写；选型原则：次数已知用 for，未知次数用 while，至少要执行一次用 do-while。

跳转语句：

for (int n = 2; n < 20; n++) {
    if (n % 2 == 0) continue;   // 偶数跳过
    if (n > 15) break;          // 超过 15 直接结束循环
    System.out.println(n);      // 只打印 3,5,7,...,13
}

四、2.4 数组

数组是同类型元素的定长序列：声明与实例化分离，索引从 0 开始，合法下标 0 ~ length-1，越界抛 ArrayIndexOutOfBoundsException。

// 一维：声明 + 实例化
String[] names = new String[5];      // 5 个 null
names[0] = "Alice";

// 二维：new String[5][5] —— 5 行 × 5 列，每行是一个 String[]
String[][] grid = new String[5][5];
grid[2][3] = "X";

// 声明并初始化（长度由元素个数决定）
int[] keya = { 87, 83, 65, 68 };     // Erase Game.java：W/S/A/D 的键码

贯穿示例：单机版 ERASE 的 Game.java 用两个数组记住键盘映射——int[] keya = { 87, 83, 65, 68 };（W/S/A/D）与 int[] keyb = { 38, 40, 37, 39 };（方向键）。棋盘本身就是二维数组：行×列每个格子存一个方块编号，这正是「数据结构」的最直观形态。

五、2.5 字符串

String 不可变：任何「修改」方法都返回新串，原串不变——这是学生最容易踩的坑（s.toUpperCase() 不接返回值就等于没改）。

频繁拼接用 StringBuffer（可变，避免每次 new 一个 String）：append()、insert()、setCharAt()。

String s = "hello,world";
System.out.println(s.split(","));      // [hello, world]
System.out.println(s.equals("Hello")); // false（区分大小写）

StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append("score=").append(100);       // 反复追加不产生中间串

六、方法：参数传递

• 形参是方法的「局部副本」，实参是调用方传入的表达式。
• Java 只有传值——传的是「值的拷贝」：基本类型拷数值；引用类型拷引用的地址（所以能改对象内容，但不能让实参指向新对象）。

void swap(int a, int b) {   // 基本类型：交换无效
    int t = a; a = b; b = t;
}
int x = 1, y = 2;
swap(x, y);                 // x、y 仍是 1、2

class Box { int v; }
void setV(Box box, int n) { // 引用类型：能改对象内容
    box.v = n;
}
Box b = new Box();
setV(b, 99);                // b.v 变成 99 —— 因为传的是引用地址的拷贝

贯穿示例：Erase 里 Game、GameBox、NewShape 各管一块——Game 持有棋盘数组与分数（数据结构），GameBox 负责画格子，键码数组驱动移动逻辑（算法）。结构化语法到 OOP 的过渡，就是「把变量、方法、控制结构装进类」。

思考题

1. 结合 Erase-JAVA 项目的 ErasGame 类，用自己的话说明「类是对同类事物共同特性的抽象」这句话的含义；
2. String 为什么设计成不可变？如果它是可变的，s.toUpperCase() 这类方法会遇到什么问题？（提示：多个变量可能共享同一个串）
3. 用 for、while、do-while 三种方式分别写一个「找出 2~20 之间所有奇数」的循环，比较哪种写法最清晰；
4. 以 ERASE 棋盘为例说明「数据结构是对现实世界的抽象」：二维数组的每个格子对应游戏里的什么？分数、关卡又该用什么数据组织？

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