Java语言程序设计基础及特点解析

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"自考04747Java语言程序设计(一)电子档教材涵盖了Java语言的基础知识，适合计算机专业的自学者。教材内容包括Java语言的特点、应用程序和小应用程序的基础、程序开发过程、基本数据类型等。教材强调了Java在互联网环境中的应用，尤其是其平台无关性和安全性，以及作为面向对象编程语言的优势。" Java语言作为一门广泛使用的高级编程语言，其特点和核心概念对于学习者至关重要。以下是详细解释： 1. **强类型**：Java是一种强类型语言，意味着每个变量在声明时必须指定其类型，且在程序执行过程中不能改变。这种特性有助于避免类型错误，提高了代码的稳定性和安全性。 2. **编译与解释**：Java程序的执行分为两个步骤，首先是编译，将源代码编译成中间的字节码（.class文件），这一步是平台无关的。然后是解释，由Java虚拟机（JVM）负责将字节码解释执行，使得Java程序能在任何安装了JVM的平台上运行，实现了跨平台性。 3. **面向对象**：Java是完全面向对象的，支持类、对象、继承、封装和多态等面向对象特性。面向对象编程允许开发者将复杂的问题分解为更小、更易于管理的部分，提高了代码的复用性和可维护性。 4. **垃圾回收机制**：Java内置了垃圾回收机制，自动管理内存，程序员无需手动释放内存，降低了内存泄漏的风险。 5. **异常处理**：Java通过异常处理机制来处理程序运行时可能出现的错误，使得程序的健壮性得到保障。 6. **多线程**：Java提供了丰富的多线程支持，允许开发者创建并发执行的任务，提高了程序的效率。 7. **丰富的库支持**：Java标准库（Java API）包含了大量的类和接口，覆盖了网络通信、文件操作、图形用户界面等多个领域，大大简化了开发工作。 8. **安全性**：Java设计时考虑了安全性，例如通过沙箱模型限制了代码的权限，防止恶意代码对系统的破坏。在学习Java语言时，初学者应重点关注基本语法、类和对象的概念、异常处理、输入/输出流、集合框架等内容。同时，理解Java的运行机制，如JVM的工作原理和字节码的执行流程，也是深入学习Java的关键。通过实践编写小程序，可以更好地掌握这些知识点，逐步提升编程技能。

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的叙述），this 表示调用该方法的当前对象。

class Jerry{

int x,z;

void g(int z){

int x = 5+z;

this.x = x;

this .z = z;

}

参数名和局部变量名可随意命名，建议尽量使用互不相同的名。

在 Java 程序中，类的方法可以重载。方法重载是指在一个类中定义多个相同名字的方法，但这些方法或者参

数个数不同或者顺序参数的类型不同。

[例 3.4]方法重载的例子，类Ｃ的４个 fun（）方法或因参数个数不同，或因参数的类型顺序不同，是４个合理

的重载方法。

class C{

float fun(float s){

return s*s;

}

float fun(float x,int y){

return x*x+y*y;

}

float fun(int x,float y){

return x*x+y*y;

}

float fun(float x,float y){

return x*x+y*y;

}

编译器将根据方法调用时的参数个数和参数类型及顺序确定调用的是哪一个方法。例如，调用方法 fun()时，

如果提供一个 float 参数，则是调用第一个 fun()方法，如果参数有两个，且第一个是 float 参数，第二个是

int 参数，则是调用第二个 fun()方法。方法参数的名称不能用来区分重载方法。

４．构造方法

构造方法是一种特殊的方法，这种方法的名与它的类名相同，并且不返回结果，也不写上 void 关键字。构造

方法的作用是创建类的对象，并给对象初始化。构造方法是公共方法，但程序不能显式调用构造方法。程序运

行时，当有对象要创建时，由系统自动调用构造方法。

[例 3.5]类内定义构造方法的例子。类 Point 定义了两个构造方法。

class Point{

int x,y;

Point(){

x=10;y=20;

}

Point(int x,int y){

this.x=x;

this.y=y;

}

int getX(){return x;}

int getY(){return y;};

}

如果类的声明没有定义构造方法，系统就增补一个没有参数的默认构造方法。

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３.2.2 对象

类被声明后，就可用类创建对象，被创建的对象称为类的实例。程序使用对象需依次经历４个步骤：声明对象、创

建对象、使用对象和撤销对象。

１．声明对象

由于类是一种引用类型（参见节后面叙述的对象的内存模型），声明对象只是命名一个变量，这个变量能引用类的对

象。由于对象还没有创建，所以也暂不要为对象分配内存。声明对象的一般形式为：

类名对象名；

例如，代码：

Point p1,p2;

这里的 Point 是前面声明的类名，上述代码声明 p1,p2 两个对象。

２．创建对象

创建对象就是为对象分配内存，为对象分配内存也称为类的实例化。一般形式为：

new 构造方法([参数表])

其中参数被构造方法用于给对象设置初值。例如，代码：

p1 = new Point();p2= new Point(30,40);

对象 p1 用无参数的构造方法初始化，使 p1 的 x 坐标为 10,y 的坐标为 20，对象 p2 用带两个参数的构造方法初始化，

使 p2 的 x 坐标为 30,y 坐标为 40。

对象创建的两个也可一起完成，一般格式为：

类名对象名＝ new 构造方法（[参数表]）

例如，代码：

Point p3 = new Point(),p4=new Point(60,70);

同时创建两个 Point 对象，p3 的坐标为 10，y 的坐标为 20;p4 的坐标为 60,y 坐标为 70。

３．对象的内存模型

Java 语言将类型分成基本类型和引用类型

两种。第２章介绍的整型、浮点型、字符型等是基本类型，程序引用这种

类型的变量，采用直接访问形式。

在 Java 语言中，数组类型和类类型是引用类型。程序访问引用类型的变量采用间接访问方式。

４．使用对象

程序使用对象有多种情况：或为对象设置状态、或获取对象的状态、或改变对象的状态、或应用对象的某种方法。

前三种需要访问对象的成员变量，最后一种要调用对象的方法。程序通过操作符“.”对某对象的成员变量进行访问

和方法调用。一般形式为：

对象名.成员变量

对象名.方法（[参数表]）

参见例３.6，程序首先创建对象 p1 和 p2，并利用对象提供的方法 getX()和 getY()，用代码 p1.getX()获得对象 p1

的属性值，p2.getY()获得对象 p2 的 y 属性值。由于类 Point 声明中，成员变量是 public 的（参见 3.2.5 访问权限），

程序也可以直接用代码 p1.x 获得对象 p1 的 x 属性值；用代码 p2.y 获得对象 p2 的 y 的属性值。

[例 3.6]使用对象的程序例子

public class Examle3_1{

public static void main(String []args){

Point p1,p2,p3;

p1 = new Point();

p2 = new Point(40,50);

p3= new Point(p1.getX()+p2.getX(),p1.getY()+p2.getY());

System.out.println(“p3.x=”+p3.getX()+”,p3.y=”+getY());

Point p4 = new Point(p1.x,p.y);

System.out.println(“p4.x=”+p4.x+”,p4.y=”+p4.y);

}

//这里是类 Point 声明代码，限于篇幅，这里不再给出，参见３.5 中 Point 类的定义。

3.2.3 实例变量和类变量

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类的成员变量又分为实例变量和类变量。在定义成员变量时，用关键字 static 修饰的是类变量，定义时未用

static 修饰的是实例变量。例如，以下代码定义成员变量 x 是实例变量，成员变量 y 是类变量。

class D{

float x;

static int y;

…

}

由前面的示例程序看出，程序定义的每个对象都有自己的实例变量。例如，前面程序中，对象 p1,p2,p3 和 p4

都有自己的实例变量 x 和 y。类变量是类的所有对象共享成员变量，一个类变量在类中只有一个，它属于整个类，

而不属于类的某个对象。引用类变量途径有两条，或通过类，或通过对象，格式如下：

类名.类变量名或对象名.类变量名

不同对象的实例变量将被分配不同的内存空间。改变类的某一个对象的实例变量的值不会影响其他对象的实例

变量。

类变量的内存只有一处

，让类的所有对象共享。从类的任一对象改变类变量，类的其他对象都能发现这个改变。

３．２．４实例方法和类方法

如同类的成员变量有实例变量和类变量两种一样，类的方法也有两种：实例方法和类方法。在方法定义时，冠以修饰字

static 的方法称为类方法，没有冠以 static 修饰字的方法是实例方法。

[例 3.7]类 D 定义了一个实例方法，两个类方法。

class D{

int a;//实例变量

static int c;//类变量

float max(int x,int y)//实例方法

｛a = x>y?x:y;｝

static int setCount(int c0)//类方法

{ c=c0;}

static void incCount(int step)//类方法

｛c+=step;｝

}

类中的实例方法可以互相调用，并可调用类方法。类方法也能相互调用，但不能直接调用实例方法，除非类方法引

入局部对象，然后通过局部对象调用实例方法。另外，类方法能直接引用类变量，不能引用实例变量。实例方法可引用

实例变量，也可引用类变量。例如，例 3.8 给出的类声明中有些是合法的代码，而有些是不合法的代码。

[例 3.8]含不合法的代码的例子。程序的注释指明合法和不合法的原因

class E{

float u;

static float v;

static void setUV(boolean f){

u = s_m(f);// 非法，类方法不可以调用实例变量 u

v = s_m(f);//合法，类方法可以调用类方法

v = r_m(!f);//非法，类方法不能直接调用实例方法。

}

static float s_m(boolean f){

return f?u:v;//非法，类方法只能类变量

}

float r_m(boolean f){

return f?u:v;//合法，实例方法能引用实例变量和类变量

}

实例方法可以访问类变量和当前对象的实例变量。实例方法必须通过对象调用，不能通过类名调用。类方法只能类变量，

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不能够访问实例变量。类方法除了可以通过实例对象调用之外，还可以通过类名调用。

[例 3.9]说明类变量用法的，应用程序。改写 Point 类的声明，在 Point 类中增加一个类变变量 pCount,它的初值为 0。

在构造方法中，有类变量 pCount 增 1 的代码，这能记录类的对象个数。

public class Example3_2{

public static void main(String args[]){

Point p1,p2,p3;

p1 = new Point();

p2 = new Point(40,50);

p3 = new Point(p1.getX()+p2.getX(),p1.getY()+p2.getY());

System.out.println(“p3.x=”+p3.getX()+”,p3.y=”+p3.getY());

Point p4 = new Point(p1.x,p2.y);

System.out.println(“p4.x=”+p4.x+”,p4.y=”+p4.y);

System.out.println(“程序共有 Point 对象”+Point.pointNum()+ “个”);

}

class Point{

int x,y;

static int pCount =0;

Point(){

x=10;

y=20;

pCount++;

}

Point(int x,int y){

this.x = x;

this.y=y;

pCount++;

}

static int pointNum(){return pCount;}

int getX(){ return x; }

int getY(){ return y; }

}

由于 java 系统内设废弃内存回收程序，所以一般情况下，一个对象使用结束后，程序不必特别通知系统撤销对象。但有

时为提高系统资源的利用率，程序也可通过调用方法 finialize()显式通知系统，请求系统撤销对象。

3．2．5 访问权限

访问权限实现访问控制。在类的成员中引入权限控制，保护类的成员不在非期望的情况下被引用。在类声明中，除

了类中方法总能访问类的成员变量外，Java 语言为其他类的方法访问本类成员变量和方法，提供以下 4 种访问权限：

public:设置没有限制的访问权限，其他类的方法都能访问。

private：设置最强限制的访问权限，其他类的方法都不能访问。

protected:只限于子类和同一包中的类的方法能访问。

<default>：(无修饰，友好的)只允许同一包中类的方法访问。

1． public(共有)

类的成员变量被设置成 public 访问权限，则类外的任何方法都能访问它。这样的成员变量就没有任何安全性，在应

用程序中很少使用。通常，只有为对象设定的功能性方法被设置 public 访问权限，让类外的方法可以通过对象调用

这样的方法，让对象完成它的服务功能。

2． private(私有)

类的成员变量被设置 private 访问权限，则类外的任何方法都不能访问它。方法被设置成私有的，通常这些方法是

类内部专用的方法。类通常另定义一些 public 访问权限的方法，通过这些方法访问的成员变量，这样的成员变量的

安全性能得到有效的保证。

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3． protected(受保护)

受保护访问权限是一种公有权限和私有权限之间的访问权限。例如，在类 A 的声明中，成员 x 被定义成是受保护的，

则类 A 的子类和与类 A 同一包中的别的类可以访问类 A 的受保护成员 x；但对于不是类 A 的子类或与类 A 不在同一包

中别的类来说，不可访问受保护成员 x。通常同一包中的一些类与定义受保护成员的类有许多相关性，为了提高系统

的效率，让这些相关类的方法可直接访问，这样的成员可考虑设置受保护访问权限。

4．友好变量和友好方法

没有修饰的成员变量和方法称为友好变量和友好方法。与受保护访问权限比较，如果只允许同一包中的相关类的方

法访问，不让类的子类和其他类的方法访问时，可设置成友好变量和友好方法。

在同一源程序文件中的类，总是在同一包中，如果声明类 A 的源文件中用 import 语句引入了另外一个包中的类

C，并用类 C 创建了一个对象 c，那么对象 c 将不能访问类 A 的友好变量和友好方法。如果一个类被修饰为 public 的，

那么可以在任何另外一个类中使用该类创建对象。如果一个类不加任何修饰，那么在另外一个类中使用这个类创建

对象时，要保证它们是在同一包中。

访问权限说明能访问的范围，表 3-1 是访问权限表，其中打勾的表示可访问，没有打勾的表示不可访问。

表3-1 访问权限表

同类同包的其他类所有其他类不同包的子类

public YES YES YES YES

private YES

protected YES YES YES

<无修饰>(友好) Yes Yes

3．2．6 继承

继承是面向对象语言的重要机制。借助继承，可以扩展原有的代码，应用到其他程序中，而不必重新编写这些代码。

在 java 语言中，继承是通过扩展原有的类，声明新类来实现的。扩展声明的新类称为子类，原有的类称为超类(父类)。

继承机制规定，子类可以拥有超类的所有属性和方法，也可以扩展定义自己特有的属性，增加新方法和重新定义超类的

方法。

java语言不支持多重继承，限定一个类只能有一个超类。在子类声明中加入 extends 子句来指定超类。格式如下：

class 子类名 extends 超类名

{

类体

}

例如，代码：

class E extends D

{…}

声明类 E 的超类是类 D，这里假定类 D 已在某处声明。类声明时，如果缺省 extends 子句，未指定超类，则该类的超类

是系统声明的类 java.lang.Object.

子类对父类的继承性，java 语言作以下规定：

子类自然地继承其父类的不是 private 的成员变量作为自己的成员变量，并且自然地继承父类中不是 private 的方

法作为自己的方法。

[例 3.10]继承声明子类的例子

程序先声明 Mother 类，定义了一些成员变量和方法。类 Daughter 继承类 Mother,并增加了一些成员变量和方法。通过

Daughter 类对象 girl，能调用从 Mother 类继承的方法，也能调用 Daughter 类新增的方法，或重新定义的方法。

class Mother{

private int money;

float weith,height;

String speak(String s){return s;}

float getWeitht(){return weight;}

float getHeight(){return height;}

String dance(){return “我会跳舞”;}

}

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