Java 基礎(二)

介紹

這一篇是 Java 基本語法介紹的第一篇，我們將由淺入深來探討程式碼架構。

Java 基礎觀念

Java 是以類別(class)型態為單位，且大小寫有所區別。
一個檔案可以包含一個以上的類別，但最多只能有一個公開的接口，而這個接口由唯一的公用(public)的類別來表示。

如果一個檔案內有多個 public 類別，編譯器會無法判定執行入口。
一個應用程式，必須有一個「程式進入點」，程式的進入點必須宣告為靜態的 main 方法。
{ }內的程式屬於同一個區塊。
每行程式的尾段都必須要加上;來代表結束；大括號除外。

Hello Java

剛開始學程式一定會遇到的開頭式，就是教你怎麼打印輸出Hello world。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello world!");
    }
}

public class Main: Java 程式碼必須要在 class 裡面，class 的名稱必須要和檔案名稱一樣。

public static void main(String[] args): 程式的入口地址，Java 運行時先找 main 方法；和 C 語言的 main()函數用法一樣。

System.out.println("Hello World!");: 印出字串。

註解

在 Java 中有兩種註解方式。

// 單行註解

/*
多行註解1
多行註解2
......
*/

類別的宣告與建構

我們要如何宣告類別並建構出來。
以下範例可以看到 Main 為程式的進入點；Printer 為我們宣告的類別。

class Printer {
    public int PN; // 定義類別的屬性

    public void hello() {
        System.out.println("你好，Java");
        System.out.println("序號：" + PN);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Printer pt = new Printer();
        pt.PN = 1234567;
        pt.hello();
    }
}

Printer pt: 把 Printer 這個類別命名為 pt。

new Printer(): 建構一個 Printer 類別。

pt.PN: pt 的 PN 屬性。

pt.hello(): 呼叫 pt 的 hello 方法。

public void hello(): 回傳值類型為 void 則代表沒有回傳值。

沒有加上 public 的類別屬於預設存取權限(default)，表示該類別只可以被同一個 package 裡的其他類別所存取。

類別宣告

<修飾語> class <類別名稱> {
	屬性;
	方法;
}

屬性宣告

1	<修飾語> <類型> <屬性名稱> [=初始值];

[ ]: 表示可選內容(option)。

方法宣告

1
2
3

<修飾語> <回傳值類型> <方法名稱>(<接收的參數>) {
	程式敘述;
}

修飾語

Public

任何地方都能存取，即使跨 package 也能夠存取。

public class Cat {
    public String name;
    public void meow() {
        System.out.println("Meow!");
    }
}

不論在哪個檔案或 package，都可以 new Cat 存取 name 和 meow() 方法。

Protected

在同一 package 內可使用，或是不同 package 的子類別也可以存取。

class Animal {
    protected String sound = "generic";
}
class Dog extends Animal {
    public void bark() {
        System.out.println(sound); // 可以存取父類 protected 屬性
    }
}

Dog 類別（即使不同 package）可以存取父類 Animal 的 protected 屬性，不是子類或同個 package 就不能存取。

Default

類別與方法僅限同個 package 存取。

class Student {
    int id;
    void printId() {
        System.out.println(id);
    }
}

預設型態，無修飾詞。

Private

範圍是最小的，只能在定義它的範圍區域內使用。

class BankAccount {
    private double balance;
    public void deposit(double amount) {
        balance += amount;
    }
    public double getBalance() {
        return balance;
    }
}

非存取權限修飾詞

有很多非存取權限修飾詞，以下僅列出常用的「非存取權限修飾詞」:

Static

static 被載入時就會分配記憶體，在整個程式執行期間都會存在，不會因為創建新物件而被重複分配。所有該類別的物件都共用同一份 static 成員，無論建立多少物件，static 變數只有一份。

class Counter {
    public static int count = 0;

    public static void add() {
        count++;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Counter.add();
        Counter.add();
        System.out.println("Count: " + Counter.count);
    }
}

Final

用來設定 Only read 屬性，不可被覆寫、不能被繼承。

final class MathUtil {
    public static final double PI = 3.14159;

    public final void show() {
        System.out.println("不可覆寫的方法");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("PI: " + MathUtil.PI);
        MathUtil mu = new MathUtil();
        mu.show();
    }
}

Abstract

抽象類別或物件，用來當作一個模板，需要使用時可以繼承並實作有抽象屬性的方法。

abstract class Animal {
    int height = 100;
    int weight = 100;

    abstract void name();
}

class Dog extends Animal {
    void name() {
        System.out.println("狗");
    }

    void printInfo() {
        System.out.printf("height: %d\nweight: %d\n", height, weight);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        dog.name();
        dog.printInfo();
    }
}

在繼承時需要實作所有抽象的方法。

建構物件

上面介紹了如何宣告類別並建構，當我們創建一個類別就是創建了一個物件。意思是依據類別的宣告，配置記憶體空間，再將空間位址指定給物件名稱。

我們除了可以創建類別，也可以導入 Java 內建的類別使用。
下列範例使用了內建的 Scanner 類別，讓我們能夠取得輸入資訊。

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("請輸入學生分數：");
        int scoreOfStudent = scanner.nextInt();
        System.out.println("該生是否及格? " + (scoreOfStudent >= 60 ? "是" : "否"));
    }
}

Scanner(System.in): 讀取輸入設備。

scanner.nextInt(): 讀取鍵盤上輸入的整數。

導入宣告

有兩種方式可以導入套件類別，一種是指定類別名稱；另一種是讀取所有類別。

1 2	import <套件名稱>.<類別名稱>; import <套件名稱>.*;

資料類型

原生資料類型

名稱	說明	資料類型	可儲存範圍	佔用空間
整數	只能儲存整數	byte	-128~127	1 byte
		short	-32768~32767	2 bytes
		int	-2147483648~2147483647	4 bytes
		long	-9223372036854775808~9223372036854775807	8 bytes
浮點數	儲存小數	float	-3.410³⁸~3.410³⁸ (小數後6到7位)	4 bytes
雙精度浮點數	儲存小數(範圍更大)	double	-1.710³⁰⁸~1.710³⁰⁸ (小數後15位)	8 bytes
字元	字元採用 Unicode 的編碼	char	'\u0000' ~ '\uffff'	2 bytes
布林值	就是布林值	boolean	True / False	2 bytes

字元與字串的表示: ' ' 代表單一字元；" " 代表由多個字元組成的字串。

參考資料類型

Java 支援參考資料類型(Reference Data Type)，是物件在記憶體中堆區的參考位址，而非物件本身的值。因此，當參考變數被賦值時，是複製物件的記憶體地址，而非物件本身。我們可以使用 new 來建立物件。
以下是參考資料類型的種類:

類別(class): 用於創建物件的模板，裡面定義物件的屬性與方法。
介面(interface): 定義一組方法，讓類別可以使用這些方法。
陣列(array): 儲存同類型的元素集合。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 創建 Point 物件 p1
        Point p1 = new Point(1, 2);
        System.out.println("p1 的座標為: (" + p1.x + ", " + p1.y + ")");
    }
}

// 定義 Point 類別
class Point {
    int x, y;

    public Point(int a, int b) {
        x = a;
        y = b;
    }
}

預設值

使用資料類型宣告一個變數時，如果沒有指定值，則會自動設定一個初始值。

類型名稱	預設值
整數	0
浮點數	0.0
字元	“”
布林值	False

範例程式:

public class Main {
    static byte defaultByte;
    static short defaultShort;
    static int defaultNumber;
    static long defaultLong;
    static float defaultFloat;
    static double defaultDouble;
    static char defaultChar;
    static boolean defaultBoolean;

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Default byte: " + defaultByte);
        System.out.println("Default short: " + defaultShort);
        System.out.println("Default int: " + defaultNumber);
        System.out.println("Default long: " + defaultLong);
        System.out.println("Default float: " + defaultFloat);
        System.out.println("Default double: " + defaultDouble);
        System.out.println("Default char: " + defaultChar);
        System.out.println("Default boolean: " + defaultBoolean);
    }
}

查看資料類型

必須將指定變數轉為物件型態才能查看該變數的類型。

1 2	x = 123; System.out.println(((Object)x).getClass().getSimpleName()); // Integer

等同於

1 2	Object x = 123; System.out.println(x.getClass().getSimpleName());

資料類型轉換

有三種轉換變數類型的方式:

(int)<變數名稱>: 將指定變數轉換成 int 類型。
(char)<變數名稱>: 將指定變數轉換成 char 類型。
(double)<變數名稱>: 將指定變數轉換成 double 類型。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int score = 85;
        double newScore = (double) score;
        System.out.println("原始成績: " + score);
        newScore = Math.sqrt(newScore) * 10;
        System.out.println("開根號乘 10 後的成績: " + newScore);
    }
}

變數宣告與命名

變數宣告

Java 是一種嚴格型態 (Strong-typed) 的程式語言，變數在使用之前一定要先宣告該變數的資料型別。

宣告的主要目的是依據資料類型來配置記憶體空間。

public class Main {
    public static void main (String[] args){
        int i, j=10;  //宣告 i, j 兩個整數變數，將 10 只指定給變數 j
        i=20;         //將 20 指定給變數 i
        System.out.println( "變數i的內容 = " + i );
        System.out.println( "變數j的內容 = " + j );
    }
}

有三種宣告方式:

一般宣告

1	<資料類型> <變數名稱> [=初始值];

[ ]: 表示可選內容(option)。

重複的資料型別變數

1	<資料類型> <變數名稱1>,<變數名稱2>,...;

重複的資料型別變數 (指定初始值)

1	<資料類型> <變數名稱1> = <初始值>,<變數名稱2> = <初始值>,...;

命名方式

在命名時盡量使用良好的命名規則，不僅方便辨識其變數代表的意思，也方便知道其所屬的資料型別。
常見的命名方式: 駝峰式 (大駝峰 / 小駝峰)、蛇型命名 (Snake Case)、烤肉串命名 (Kebab Case)、匈牙利命名法 (Hungarian notation)

以下是 Java 推薦的命名方式。(僅供參考)

類型	命名規則	範例
Class	每個單字的字首大寫 (大駝峰)	Printer, NumberCounter
Method	第一個單字字首小寫，其餘字首大寫 (小駝峰)，通常是動作 + 用途	splitData, getCodeBase
Variable	第一個單字字首小寫，其餘字首大寫 (小駝峰)，通常是型別 + 用途	iCount, bFlag
Constant	每個字大寫，並使用底線區隔單字	MAX_NUMBER, MIN_NUMBER

字串 String

逃脫字元

逃脫字元 (Escape Character)，又稱溢出字元。有兩種使用目的:

會被判斷是命令的字母或符號。
需要在字串中輸出特殊字元。

以下是常見的逃脫字元:

字元	說明
\b	Backspace 鍵
\n	換行符號
\t	Tab 鍵
\"	輸出雙引號
\’	輸出單引號
\\	輸出反斜線

逃脫字元都是由 \ + 特定字元 組成。

字串的方法

因為字串屬於一個物件，所以也具備了屬性與方法。

方法	功能
`length()`	取得字串字元數量。
`equals()`	比較兩個字串的內容是否相同。(回傳 true / false)
`toLowerCase()`	將字串內容轉換為小寫。
`toUpperCase()`	將字串內容轉換為大寫。
`substring(起始位址)`	擷取起始位址以後的字。
`substring(起始位址, 結束的下個位址)`	擷取起始位址到結束位址之間的字。
`indexOf(字串)`	尋找特定字串，回傳第一次出現的位址。(找不到則為 -1)
`lastIndexOf(字串)`	尋找特定字串，回傳最後一次出現的位址。(找不到則為 -1)
`replace(舊字串, 新字串)`	取代舊字串。

資料輸出

我們可以使用 Java 內建的 System.out 類別的方法將內容顯示在螢幕上。
System.out 提供了三種方式: print(), println(), printf()

無換行式輸出

文字輸出時會接續內容，不會換行。

1 2	System.out.print("你好!") System.out.print("我是XXX")

換行式輸出

每次輸出時都會換行。

1 2	System.out.println("這是一段文字1") System.out.println("這是一段文字2")

格式化輸出

可以在指定位置插入特定值。
以下為格式化輸出的方式:

%nd: 十進位整數。
%m.nf: 十進位浮點數格式。
%no: 八進位數。
%nu: 無符號的十進位數字。
%nx: 十六進位數。
%nc: 單一個字元。
%ns: 字串。
%%: 輸出 % 符號。

int x = 100;
double y = 252.55;
System.out.printf("Hello, %s. You are %d years old.\n", "Ray", 21);
System.out.printf("座標位置: x = %d, y = %.2f\n", x, y);

靠左對齊 & 靠右對齊

格式化輸出方式:

%<字元數>: 靠右對齊 (預設)。
%-<字元數>: 靠左對齊。

1 2	System.out.printf("[%10d]", 100); // [ 100] System.out.printf("[%-10d]", 100); // [100 ]

下一篇將會繼續介紹 Java 的基礎語法。

文章連結

Java 基礎(一)

Java 基礎(三)