Java语言：从C++到Internet的革命

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"这份学习资料详尽介绍了Java语言的起源、发展历程及其重要性，适合想要深入了解Java编程的人群。内容涵盖Java如何从C和C++语言中继承特性，以及Java设计背后的动机和历史背景。" 在深入学习Java之前，了解其历史背景至关重要。Java的诞生并非偶然，而是计算机语言演进的自然结果。它在适应不断变化的技术环境和满足编程艺术提升的需求中应运而生。Java的语法基础来源于C语言，而其面向对象的特性则受到了C++的影响。这两种语言的特性在Java中得到了融合和创新。 1972年，B语言的出现催生了C语言，C语言以其结构化、高效和高级特性彻底改变了编程方式。然而，随着计算机技术的进步，C语言在某些领域，如安全性和可移植性上逐渐显得不足。为了解决这些问题，C++应运而生，它增加了类和模板等面向对象的概念，但仍然存在一些限制。 1995年，Sun Microsystems推出了Java，它不仅继承了C++的面向对象特性，还引入了垃圾回收机制、平台无关性（Write Once, Run Anywhere, WORA）和安全性等创新特性，旨在解决C++在跨平台和网络环境中的局限性。Java的诞生是为了解决当时互联网兴起带来的新挑战，如动态网页和分布式计算。在设计Java时，开发者考虑了易用性、功能、安全性和效率之间的平衡。Java通过强类型检查、自动内存管理以及严格的异常处理，提高了代码的安全性。同时，其虚拟机（JVM）确保了代码在不同操作系统上的可移植性，这是C++所不具备的。学习Java的过程中，你需要理解其核心概念，如类、对象、接口、包、多态性和异常处理。此外，Java集合框架、输入/输出流、多线程和网络编程也是关键知识点。随着技术的发展，Java也不断更新，Java 8引入了Lambda表达式和函数式编程，Java 11加入了HTTP客户端API等新特性，这些都是现代Java开发者需要掌握的内容。在深入学习Java的同时，不要忘记实践，通过编写实际项目来巩固理论知识。此外，理解Java生态系统，如Spring框架、Maven构建工具和JUnit测试框架，将有助于你成为一名全面的Java开发者。这份Java学习资料将带你穿越语言的历史，揭示Java的内在逻辑和设计哲学，从而帮助你更深入地理解和运用这种强大的编程语言。通过系统学习，你将能够熟练地利用Java进行软件开发，应对各种复杂的计算任务。

16 第 1 部分 Java 语言

私家轿车，或是保时捷汽车，或是家庭汽车，司机差不多都能找到方向盘、制动闸和加速

器，并知道如何操作。经过一段驾驶，大多数人甚至能知道手动档与自动档之间的差别，

因为他们从根本上理解这两个档的超类——传动。

人们在汽车上看见的总是封装好的特性。刹车和踏脚板隐蔽着不可思议的复杂性，但

接口却是如此简单，你的脚就可以操作它们！引擎、制动闸及轮胎的大小对于你如何定义

踏脚板类的接口没有任何影响。

最后的属性，多态性，在汽车制造商基于相同的交通工具所提供的多种选择的能力上

得到了充分反映。例如，刹车系统有正锁和反锁之分，方向盘有带助力或不带助力之分，

引擎有4缸、6缸或8缸之分。无论设置如何，你都得脚踩刹车板来停车，转动方向盘来转向，

按离合器来制动。同样的接口能被用来控制许多不同的实现过程。

正如你所看到的，通过封装、继承及多态性原理，各个独立部分组成了汽车这个对象。

这在计算机程序设计中也是一样的。通过面向对象原则的使用，可以把程序的各个复杂部

分组合成一个一致的、健壮的、可维护的程序整体。

正如本节开始时提到的，所有的Java程序都是面向对象的。或者，更精确地说，每个

Java程序都具有封装性、继承性及多态性。尽管在本章将要介绍的简单示例程序及以后几

章的示例程序中并未体现所有这些特性，但也有所体现。你将看到，Java提供的许多特性

是它的内置类库的一部分，这个库使封装性、继承性及多态性得到更广泛应用。

2.2 第1个简单程序

既然Java面向对象的基础已经被讨论过了，接下来让我们看一些实际的Java程序。让我

们从编译及运行下面这个简短示例程序开始。你将看到，这个程序的功能比你想像的要多。

This is a simple Java program.

Call this file "Example.java".

class Example {

// Your program begins with a call to main().

public static void main(String args[]) {

System.out.println("This is a simple Java program.");

}

注意：在下面的介绍中，将使用标准JDK（Java Developer’s Kit，Java 开发工具

包），它可从Sun Microsystems公司得到。如果你正在使用其他的Java开发环境，

则Java程序编译、运行过程可能有所不同。在这种情况下，请你查阅编译器的用户

手册来获得具体指导。

2.2.1 键入程序

对大多数计算机语言，包含程序源代码的文件名是任意的，但对于Java就不行。关于

Java，你需要知道的第一件事就是源文件的名字非常重要。对这个例子，源程序文件名应

第 2 章 Java 语言概述 17

该是Example.java。下面我们将解释其中的原因。

在Java中，一个源程序文件被称为一个编译单元（compilation unit）。它是一个包含一

个或多个类定义的文本文件。Java编译器要求源程序文件使用.java文件扩展名。请注意，

文件扩展名长度是4个字符。所以，你的操作系统一定要有支持长文件名的能力。这意味着

DOS和Windows 3.1是不支持Java的（至少在目前是这样)。当然，它可在Windows 95/98和

Windows NT/2000下正常工作。

从上述示例程序中可以看出，程序中定义的类名也是Example。这不是巧合。在Java中，

所有的代码都必须驻留在类中。按照约定，类名必须与源程序的文件名相同。你也应该确

保文件名的大小写字母与类名一样，这是因为Java是区分大小写的。虽然文件名与类名必

须一致的约定似乎有点专制，但是这个约定有助于你轻松地维护及组织程序。

2.2.2 编译程序

要编译示例程序Example，须运行编译器程序javac，并在命令行上指定源程序文件名，

格式如下所示：

C:\>javac Example.java

编译器javac产生了一个名为Example.class的文件，该文件包含程序的字节码。前面已

讨论过，Java字节码中包含的是Java解释程序将要执行的指令码。因此，javac的输出并不

是可以直接运行的代码。

要真正运行该程序，你必须使用名叫java的Java解释器。具体做法是把类名Example作

为一个命令行参数输入，格式如下所示：

C:\>java Example

运行这个程序，将输出如下内容：

This is a simple Java program.

当Java源代码被编译后，每个单独的类都被放入自己的输出文件中，并以类的名字加

“.class”扩展名为其文件名。这就是为什么Java源程序文件必须与其中包含的类同名的原

因——源程序文件将与“.class”文件相同。运行Java解释器实际上是指定你想要解释器运

行的类的名字，它会自动搜索包含该名字且带有.class扩展名的文件。如果找到，它将运行

包含在该指定类中的代码。

2.2.3 详细讨论第1个示例程序

尽管Example.java很短，但它包括了所有Java程序具有的几个关键特性。让我们仔细分

析该程序的每个部分。

程序开始于以下几行：

This is a simple Java program.

Call this file "Example.java".

18 第 1 部分 Java 语言

这是一段注释（comment）。像大多数其他的编程语言一样，Java也允许你在源程序文

件中加注释。注释中的内容将被编译器忽略。事实上，注释是为了给任何阅读源代码程序

的人说明或解释程序的操作。在本例中，注释对程序进行说明，并提醒你该源程序的名字

叫做Example.java。当然，在真正的应用中，注释通常用来解释程序的某些部分如何工作或

某部分的特殊功能。

Java支持3种类型的注释。在示例程序顶部的注释称为多行注释（multiline comment）。

这类注释开始于“/*”，结束于“*/”。这两个注释符间的任何内容都将被编译器忽略。正

如“多行注释”名字所示，一个多行注释可以包含若干行文字。

程序的下一行代码如下所示：

class Example {

该行使用关键字class声明了一个新类，Example是类名标识符，整个类定义（包括其所

有成员）都将位于一对花括号（{}）之间，花括号在Java中的使用方式与C或C++相同，目

前，不必考虑类的细节，只是有一点要注意，在Java中，所有程序活动都发生在类内，这

就是为什么Java程序是面向对象的。

下面一行程序是单行注释：

// Your program begins with a call to main().

这是Java支持的第二种类型的注释。单行注释（single-line comment）始于“//”，在该

行的末尾结束。通常情况下，程序员们对于较长的注释使用多行注释，而对于简短的、一

行一行的注释则使用单行注释。

下一行代码如下所示：

public static void main(String args[]) {

该行开始于main( )方法。正如它前面的注释所说，这是程序将要开始执行的第一行。

所有的Java应用程序都通过调用main( )开始执行（这一点同C/C++一样），我们在此还不能

对该行的每一个部分作出精确的解释，因为这需要详细了解Java封装性的特点，但是，由

于本书第1部分中的大多数例子都用到这一行代码，我们将对各部分作一个简单介绍。

关键字public是一个访问说明符（access specifier），它允许程序员控制类成员的可见

性。如果一个类成员前面有public，则说明该成员能够被声明它的类之外的代码访问（与

public相对的是private，它禁止成员被所属类之外的代码访问）。在本例中，main( )必须被

定义为public类型，因为当程序开始执行时它需要被它的类之外的代码调用。关键字static

允许调用main( )而不必先实现该类的一个特殊实例。这是必要的，因为在任何对象被创建

之前，Java解释器都会调用main()。关键字void仅通知编译器main()不返回任何值。你将看

到，方法也可以有返回值。如果这一切似乎有一点令人费解，别担心。所有这些概念都将

在随后的章节中详细讨论。

前面已经介绍过，main()是Java程序开始时调用的方法。请记住，Java是区分大小写的。

因此，main与Main是不同的。Java编译器也可以编译不包含main()方法的类，但是Java解释

程序没有办法运行这些类。因此，如果你输入了Main而不是main，编译器仍将编译你的程

序，但Java解释程序将报告一个错误，因为它找不到main()方法。

第 2 章 Java 语言概述 19

你要传递给方法的所有信息由方法名后面括号中指定的变量接收，这些变量被称为参

数（parameters）。即使一个方法不需要参数，你仍然需要在方法名后面放置一对空括号。

在main()中，只有一个参数，即String args[]，它声明了一个叫做args的参数，该参数是String

类的一个实例数组（注：数组是简单对象的集合）。字符串类型的对象存储字符的串。在

本例中，args接收程序运行时显示的任何命令行参数。本例中的这个程序并没有使用这些

信息，但是本书后面讲到的其他一些程序将使用它们。

该行的最后一个字符是“{”。它表示了main()程序体的开始。一个方法中包含的所有

代码都将包括在这对花括号中间。

另外，main( )仅是解释器开始工作的地方。一个复杂的程序可能包含几十个类，但这

些类仅需要一个main( )方法以供解释器开始工作。当你开始引用被嵌入在浏览器中的Java

小应用程序时，你根本不用使用main( )方法，因为Web浏览器使用另一种不同的方法启动

小应用程序。

接下来的代码行如下所示。请注意，它出现在main( )内。

System.out.println("This is a simple Java program.");

本行在屏幕上输出字符串“This is a simple Java program.”，输出结果后面带一个空行。

输出实际上是由内置方法 println ( )来实现的。在本例中，println ( )显示传递给它的字符串。

你将会看到，println ( )方法也能用来显示其他类型的信息。该行代码开始于System.out，现

在对它作详细说明为时尚早，需涉及很多复杂内容。简单的说，System是一个预定义的可

访问系统的类，out是连接到控制台的输出流。

可能你已经猜到了，控制台输出（输入）在实际的Java程序和小应用程序中并不经常

使用。因为绝大多数现代计算环境从本质上讲都是窗口和图形界面的，控制台I/O主要被用

简单的实用工具程序和演示程序使用。在本书后面，你将会学到用Java生成输出的其他方

法。但是目前，我们将继续使用控制台I/O方法。

请注意，println( )语句以一个分号结束。在Java中，所有的语句都以一个分号结束。该

程序的其他行没有以分号结束，这是因为从技术上讲，它们并不是程序语句。

程序中的第一个“}”号结束了main( )，而最后一个“}”号结束类Example的定义。

2.3 第2个示例程序

对于编程语言来说，变量是一个最为基本的概念。你可能知道，变量是一个有名字的

内存位置，它能够被赋值。而且，在程序的运行过程中，变量的值是可以改变的。下一个

程序将介绍如何声明变量，如何给变量赋值。另外，该程序也说明了控制台输出的某些新

特点。从程序开始的注释可以看出，你应该把这个文件命名为Example2.java。

Here is another short example.

Call this file "Example2.java".

class Example2 {

public static void main(String args[]) {

20 第 1 部分 Java 语言

int num; // this declares a variable called num

num = 100; // this assigns num the value 100

System.out.println("This is num: " + num);

num = num * 2;

System.out.print("The value of num * 2 is ");

System.out.println(num);

}

运行该程序时，你将会看到如下的运行结果：

This is num: 100

The value of num * 2 is 200

让我们来进一步查看这个结果是如何产生的。我们重点考虑与前一示例不同的代码，

在上一个程序中未出现的第一行代码是：

int num; // this declares a variable called num

该行声明了一个名为num的整型变量。和其他大多数语言一样，在Java中一定要先声明

变量，然后再使用变量。

下面是声明变量的一般形式：

type var-name;

在这里，type表示所要声明的变量的类型，var-name是所要声明变量的名称。如果你要

声明多个属于同一类型的变量，只需用逗号将各个变量名分开即可。Java定义了几种数据

类型：整型（integer），字符型（character），浮点型（floating-point）。关键字int指的是

整数类型。

在程序中，下面这一行代码将100赋予变量num。

num = 100; // this assigns num the value 100

在Java中，赋值符号是等号。

下面的这行程序在输出变量值之前，先输出字符串“This is num:”。

System.out.println("This is num: " + num);

在这个语句中，变量num之前的加号“+”的作用是，让num的取值与它前面的字符串

相连接，然后再输出结果字符串的内容（实际上，变量num先被它赋值再超值转换成字符

串，然后再和加号之前的字符串相连接。这个过程将在本书的后面详细讨论）。这种方法

可以被推广。通过加号“+”的连接操作，你可以在println（）这个方法之内将尽可能多的

字符串内容连在一起。

接下来的语句行将变量num乘2以后的结果重新赋值给变量num。和其他大多数语言一

样，Java用“*”符号来表示乘法运算。在执行这行语句之后，变量num的值变成了200。

本程序接下来的两行代码是：

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韓濤

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