Java 编程基础

学习目标

通过本课，你将掌握以下核心内容：

理解 Java 的“一次编写，到处运行”（WORA）特性及其运行机制
搭建 Java 开发环境（JDK、JRE、JVM 的区别与作用）
掌握 Java 基本语法结构（类、主方法、输出语句）
熟悉 Java 中的注释、数据类型、变量、关键字和运算符
能够使用条件控制语句（if、switch）和循环结构（for、while 等）

Java 语言概述

Java 是一种基于类（class-based）的面向对象编程语言（OOP），其设计目标是安全性高和可移植性强。

核心理念：“Write Once, Run Anywhere”（一次编写，到处运行）
只要设备上安装了 Java 虚拟机（JVM），Java 程序就能在任何操作系统（Windows、macOS、Linux 等）上运行。

Java 开发环境搭建

要运行 Java 程序，需先配置开发环境，主要包括以下三个组件：

组件	全称	作用
JVM	Java Virtual Machine	将 Java 字节码（.class 文件）转换为操作系统能理解的机器码
JRE	Java Runtime Environment	= JVM + 核心类库 + 运行时组件 → 用于运行 Java 程序
JDK	Java Development Kit	= JRE + 编译器（javac）、调试器等开发工具 → 用于开发 Java 程序

提示：开发 Java 应用必须安装 JDK。配置环境变量（如 JAVA_HOME 和 PATH）是关键步骤

Java 基本语法

每个 Java 程序都由类（class）构成，程序入口是 main 方法。

Hello World

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, World");
    }
}

输出：

Hello, World

代码解析

public class HelloWorld：定义一个名为 HelloWorld 的公共类（文件名必须与类名一致）
public static void main(String[] args)：程序的入口点，JVM 从此处开始执行
System.out.println(...)：向控制台输出一行文本

Java 中的注释

注释是写给程序员看的说明文字，编译器会忽略它们，用于提升代码可读性和可维护性。

三种注释类型

public class CommentsExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 单行注释
        System.out.println("Hello"); // 行尾注释

        /*
         * 多行注释
         * 可跨越多行
         */

        /**
         * 文档注释（Javadoc）
         * 用于生成 API 文档
         */
    }
}

Java 数据类型

Java 中的数据类型分为两大类：

基本数据类型

类型	字节数	示例
`byte`	1	`100`
`short`	2	`30000`
`int`	4	`100000`
`long`	8	`10000000000L`
`float`	4	`3.14f`
`double`	8	`3.14159265359`
`char`	2	`'A'`（Unicode 字符）
`boolean`	1 bit	`true` / `false`

引用数据类型

String（字符串）
数组（如 int[]）
类（Class）、接口（Interface）、对象（Object）
包装类（如 Integer, Double）

完整示例

public class DataTypesDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 基本类型
        int i = 100;
        double d = 3.14;
        char c = 'A';
        boolean flag = true;

        // 引用类型
        String str = "Hello, Java";
        int[] arr = {1, 2, 3};
        Integer num = Integer.valueOf(50);

        System.out.println("String: " + str);
        for (int x : arr) System.out.print(x + " ");
    }
}

Java 变量

变量是存储数据的容器，包含名称、类型和值。

四种变量类型

类型	声明位置	特点
局部变量	方法 / 块内部	仅在该作用域内有效
实例变量	类中、方法外	每个对象拥有独立副本
静态变量	类中，用 `static` 修饰	所有对象共享同一份
final 变量	任意位置，用 `final` 修饰	值不可更改（常量）

public class VariablesDemo {
    int instanceVar = 10;           // 实例变量
    static String staticVar = "I am static"; // 静态变量

    public void showVariables() {
        int localVar = 5;           // 局部变量
        System.out.println("Local: " + localVar);
    }

    public static void main(String[] args) {
        VariablesDemo obj = new VariablesDemo();
        obj.showVariables();
        System.out.println("Static via class: " + VariablesDemo.staticVar);
    }
}

Java 关键字

关键字是 Java 预留的特殊单词，不能用作变量名或类名。常见关键字包括：

public, private, protected, static, final, class, new, 
return, if, else, for, while, switch, case, default, 
package, import, extends, implements, try, catch...

Java 共有 53 个关键字（含 2 个保留字 goto 和 const）

Java 运算符

运算符用于对变量或值进行操作，共 7 大类：

类型	示例
算术运算符	`+`, `-`, `*`, `/`, `%`
关系运算符	`==`, `!=`, `>`, `<`, `>=`, `<=`
逻辑运算符	`&&`, `
赋值运算符	`=`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
一元运算符	`++`, `--`, `+`, `-`, `!`
三元运算符	`condition ? a : b`
位运算符	`&`, `

int a = 10, b = 3;
System.out.println("a + b = " + (a + b));      // 13
System.out.println("a > b ? " + (a > b));      // true
System.out.println("a += 5 → " + (a += 5));    // 15

int max = (a > b) ? a : b;                     // 三元运算
System.out.println("Max = " + max);            // 15

条件控制语句

用于根据条件选择执行路径。

常见结构

if
if-else
if-else if-else
switch-case

int num = 10;
if (num > 0) System.out.println("正数");

if (num % 2 == 0) 
    System.out.println("偶数");
else 
    System.out.println("奇数");

int day = 3;
switch (day) {
    case 1: System.out.println("Monday"); break;
    case 2: System.out.println("Tuesday"); break;
    case 3: System.out.println("Wednesday"); break;
    default: System.out.println("其他");
}

正数
偶数
Wednesday

用于重复执行一段代码。

四种循环

循环类型	适用场景
`for`	已知循环次数
`while`	条件成立时循环（先判断）
`do-while`	至少执行一次（后判断）
`for-each`	遍历数组或集合

// for 循环
for (int i = 1; i <= 3; i++) {
    System.out.println("i = " + i);
}

// while 循环
int j = 1;
while (j <= 3) {
    System.out.println("j = " + j++);
}

// for-each
int[] nums = {10, 20, 30};
for (int n : nums) {
    System.out.println("n = " + n);
}

重点总结

Java 是跨平台的面向对象语言，依赖 JVM 实现“一次编写，到处运行”
开发需安装 JDK，运行只需 JRE
所有代码写在类中，main 方法是程序入口
支持基本数据类型（8 种）和引用类型（String、数组、对象等）
变量分局部、实例、静态、final 四类
控制流包括 if/switch（分支）和 for/while（循环）

思考题

为什么 Java 程序可以在不同操作系统上运行？JVM 在其中起什么作用？
int 和 Integer 有什么区别？什么时候使用包装类？
for 循环和 for-each 循环在遍历数组时各有什么优缺点？