Java语言入门：从起源到C++影响

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"这是一份适合新手的Java基础教程，旨在帮助初学者理解并掌握Java编程语言。" 在Java的起源和发展历程中，我们可以看到它如何从C和C++语言中汲取精华并创新。Java的诞生是为了适应不断变化的计算环境和编程需求，同时也致力于提升编程的艺术性。作为C和C++的后代，Java继承了它们的语法结构和面向对象特性，但同时引入了诸如垃圾回收机制、平台独立性等创新特性。 1.1 Java的由来 Java的诞生与C语言有着紧密的联系。C语言因其结构化、高效和高级特性，成为系统编程的首选，改变了编程的格局。然而，C++的出现进一步推动了面向对象编程的发展，Java在此基础上进行了优化，比如简化了内存管理，通过自动垃圾回收机制避免了内存泄漏问题，同时提供了更强大的类型安全性和跨平台能力。在设计Java时，开发者需要在易用性、功能、安全性和效率之间找到平衡。C语言之前的语言如FORTRAN在特定领域表现出色，但无法满足全面的需求。BASIC虽然简单易学，但在大型程序开发中显得力不从心。Java则试图兼顾这些方面，提供一个既易学又功能强大的语言，能够支持大规模的软件开发。 1.1.1 现代编程语言的里程碑：C语言 C语言的出现标志着结构化编程时代的到来。它允许程序员以更接近机器但比汇编语言更高级的方式来编写代码，提高了开发效率。C语言的设计考虑了易用性、功能、安全性和稳定性，使得它能够广泛应用于操作系统、设备驱动程序和其他系统级软件的开发。 Java的发展历程中，还受到了其他语言和编程思想的影响，如Smalltalk的面向对象概念，以及函数式编程的一些思想。Java 1.0发布后，随着版本的迭代，如Java 2（J2SE, J2EE, J2ME）的推出，Java逐渐成为企业级应用开发的主流语言，其安全性、可移植性和多线程支持得到了广泛的赞誉。在后续的章节中，这份教程将深入探讨Java的语法、类和对象、异常处理、集合框架、输入/输出流、网络编程等核心概念，帮助新手逐步建立起对Java编程的全面认识，从而能够编写出实际的应用程序。此外，还会介绍如何使用Java开发工具，如Eclipse或IntelliJ IDEA，以及如何调试和测试代码，确保学习者能够快速上手并实践。这份Java基础教程是初学者入门的理想资源，通过系统的学习，新手可以快速掌握Java编程的基础知识和实践技巧。

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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忘年之

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