《面向对象技术与方法》Java语言基础.pdf

2-1/69 Lecture Notes on Object-Oriented Programming / 存款余额 / 向帐户中存款，存款金额为amount public void deposit(double amount) balance = balance + amount; / 从帐户中取款，取款金额为amount public boolean withdraw(double amount) if (amount javac Account.java 运行例子程序一（第一种组织方式）： java Account 2-19/69 编译例子程序一（第二种组织方式）： javac Account.java Bank.java或 javac *.java 运行例子程序一（第二种组织方式）： java Bank 注意以下命令会导致错误： java Account 2-20/69 编译并运行例子程序二： javac Hello.java java Hello 2-21/69 Java Virtual Machine（JVM） JVM定义了： 指令集（CPU） 寄存器集 类文件的格式 堆栈 垃圾收集堆 内存区域 2-22/69 Java Runtime Environment（JRE） JVM：装入代码校验代码执行代码 2-23/69 Java程序的调试 调试（debugging）：程序员自己运行程序以发现、定 位和改正错误。 很大程度上依赖于程序员的技巧。 测试（testing）：由程序员以外的专门小组检查程序是 否有错。 测试人员只负责检查程序是否有错，不必定位和改正错误。 ?测试只能证明程序有错，无法保证程序是正确的。 验证（verification）：采用数学方法证明程序的正确 性，可保证程序是正确的。 正确性是一个相对的概念：规格说明 vs 实现。 规格说明必须形式化。 2-24/69 Java程序的错误 编译错误：漏掉行末的分号、括号不配对、混淆了分 号与逗号、标识符未声明、.（语法错误） 编译程序会发现并报告发现并报告所有的这类错误。 ?编译程序定位定位错误未必总是正确的! 运行错误：实际输出与预期输出不一致（逻辑错误） 区别：Fault (Bug)、Failure。一个Fault可能引起多个Failures。 2-25/69 集成化开发环境（IDE） IBMEclipse BorlandJBuilder SunNetBeans WebGainVisualCaf MicrosoftVisual J+ 2-26/69 Java程序的性能优化 原则：First make it work, then make it fast ! 执行性能优化前必须首先探明影响代码性能的瓶颈。 Profiling tools：网上搜索“java+optimi”或“java+profile”并下载试用版。 使用JDK 1.2开始提供的JVMPI (Java Virtual Machine Profiler Interface)接 口。 JVM自带的简单Profiler： java -Xrunhprof JDK 1.2 or later（生成 java.hprof.txt） java -prof JDK 1.x（生成f） java -Xprof with Suns HotSpot 2-27/69 性能分析例子 java -Xrunhprof:cpu=“samples“,thread=“y“ ProfileTest CPU SAMPLES BEGIN (total = 7) Wed Aug 28 13:54:10 2002 rank self accum count trace method 1 28.57% 28.57% 2 4 java.lang.FDBigInt.add 2 14.29% 42.86% 1 7 java.lang.FDBigInt.quoRemIteration 3 14.29% 57.14% 1 3 java.lang.FDBigInt.add 4 14.29% 71.43% 1 5 java.lang.FloatingDecimal.toJavaFormatString 5 14.29% 85.71% 1 6 java.lang.Long.toString 6 14.29% 100.00% 1 1 .URLStreamHandler.parseURL CPU SAMPLES END 有兴趣的同学请参考： /developer/onlineTraining/Programming/JDCBook/perf3.html 2-28/69 高级性能分析工具 Intuitive System: OptimizeIt! KL Group: JProbe ParaSoft: CodeWizard for Java/wizard PureIT AB: PureLoadhttp:/www.pureit.se/products/pureload Segue: SilkObserver IBM alphaWorks: SockPerf/tech/sml Compuware: TrueTime/DevPartner/numega/ Rational: Visual Quantify/products/vis_quantify/ 2-29/69 2.3 Java程序中的单词 原子性：单词是组成一个程序的最小单位。 “最小”意味着单词是语言中具有独立意义的最基本单位，在一个单词中不 可包含其他单词。 最长匹配原则：当一个符号串可能构成多个单词时，规 定可构成单词的最长串作为单词。 例如：“domain”应理解为一个完整的单词，而不是单词“do”接着单词 “main”。 编译程序的第一项任务（词法分析）就是将源程序划分 为一个个的单词序列。 词法规则定义工具：正规表达式、线性文法、有限自动机。 词法分析自动化工具：lex。 2-30/69 单词的分类 保留字：语言规定了固定意义的单词 标识符：程序员对程序中各种元素的命名 常量：其值在运行时不会改变的基本数据类型数据 运算符：在表达式中表示对数据执行某类运算 分界符：用于分隔特定的语法单位 2-31/69 Java语言的保留字 注意：Java语言是大小写敏感的！ abstractdefaultifprivatethrow booleandoimplementsprotectedthrows breakdoubleimportpublictransient byteelseinstanceofreturntry caseextendsintshortvoid catchfinalinterfacestaticvolatile charfinallylongsuperwhile classfloatnativeswitch constfornewsynchronized continuegotopackagethis 保留，但未使用！ 2-32/69 标识符命名 标识符 由字母、“_”或“$”开头的字母、数字、“_”或“$”组成的序列。 虽然可以用“$”开头，但建议不要如此使用！ 虽然Java语言对标识符的长度没有约束，但编译器通常会加以约束，实际的 编程规范也应加以约束。 标识符命名原则 含义自明：选用能表达明确意义的英文单词命名。 规范缩写：采用规范的单词缩写形式。 规范分隔：采用规范的单词分隔形式。 2-33/69 标识符缩写风格 英文单词缩写可参考以下规则 单词首字母一定保留； 单词首部比尾部重要； 辅音字母比元音字母重要； 遵循英文缩写习惯，例如可用“2”表示“to”。 多阅读一些程序范例可帮助积累标识符命名的经验。 2-34/69 标识符分隔风格 如果一个标识符由多个单词组成，有两种流行的分隔方式： 单词之间以大写首字母分隔 例如CreditCard、selectMenu、isEmpty、. 单词之间以下划线分隔 例如CREDIT_CARD、select_menu、is_empty、. 两种都是好的程序设计风格，但在程序中应只选择其中一种。 2-35/69 善用程序中的空白 空白（blank） 空格（space）、制表符、回车、换行、注释统称为空白。 借助空白编写具有良好风格的程序 利用缩进、空行、注释等形式使程序版面的层次段落反映出程序的逻辑结 构，从而提高程序的可读性。 2-36/69 划分源程序的单词 代码1 if(average=60)isPassed = true; 代码2 / 判断平均成绩是否合格 if (average = 60) isPassed = true; 2-37/69 序号单 词类 别 1if保留字 2(分界符 3average标识符 4=运算符（关系运算） 560常量（整数类型） 6)分界符 7isPassed标识符 8=运算符（赋值运算） 9true保留字 10;分界符 2-38/69 Java程序设计指南 标识符命名 程序注释 程序版面 程序包组织 . . 2-39/69 标识符命名 标识符命名总则 程序中应采用有意义的标识符名字，让标识符含义自明含义自明。 尽量使用应用领域熟知的名词和术语，避免生造一些普通词汇。 避免使用近似的名字。 标识符采用英文单词命名，禁止使用汉语拼音或其缩写形式命名。 在一个对象的操作名字中不必重复出现对象的名字。 2-40/69 对象接口中的命名约定 接口、类、异常、对象实例、属性、符号常量等成份的标识符应选择 名词或名词短语，不宜采用动词或动名词短语。 利用一个形容词命名接口通常比一个名词更好。 尽管一个接口或类拥有多个对象实例，但其名字仍应为单数形式。 异常名通常采用否定形式，建议以Bad、Incomplete、Invalid、 Wrong、Missing或Illegal等词作为前缀，不宜机械套用Error、 Exception等含义不清的词。 对于返回布尔类型的方法通常采用is、has或can等前缀；其他方法宜 选择动词或动名词短语，不宜采用名词来命名。 如果属性的Getter和Setter方法可在问题域中找到与对象建模相对应的 实体自然映射，则应采用这种更自然、更易理解的命名采用这种更自然、更易理解的命名。 2-41/69 对象实现中的命名约定 形式参数名采用与局部变量相同的命名约定。避免形式参数名与属性 名相同：既可为形式参数名前缀“a”或“an”，也可将重名的形式参数采 用缩写形式。 对于描述一组对象的集合属性或局部变量（例如类型为数组、 Vector、HashTable、Enumeration等），用英文复数形式命名其标识 符。 布尔型属性或局部变量的标识符通常采用is、has或can等前缀；且这 些标识符应使用肯定形式的判定句式，不要使用其否定形式。 简单循环的计数器可命名为i、j、k、ptr、index或counter；复杂循环 的计数器应采用问题域中对应的名字作为标识符。 习惯将输入流局部变量命名为in、输出流为out、I/O流为inOut。 习惯将异常对象实例命名为exc。 图形用户界面控件命名为控件含义后缀控件类型，控件类型与该控件 的类名相同。 2-42/69 标识符大小写约定 属于类型范畴的接口、类、异常等名字以大写开头；属于实例范畴 的对象实例、对象属性、形式参数、局部变量等名字以及属于操作 范畴的方法名等均以小写开头；程序包名字以小写开头。 如果一个标识符由两个或多个英文单词组成，则单词之间以首字母 大写进行分隔，而不使用下划线连接。 符号常量采用特殊的大小写与单词分隔约定：符号常量名采用全部 大写的标识符，两个单词之间以下划线连接。 2-43/69 单词缩写约定 总则：程序成份的作用域越大，则越应采用完整的单词程序成份的作用域越大，则越应采用完整的单词；仅当该成 份的作用域局限于程序员自己控制范围时，才宜采用缩写形式。 一个对象公开给其他组件的接口、类、方法、对象实例、属性等均 应避免使用缩写，除非该单词本身冗长且有约定俗成的简写。 仅在一个对象实现的内部对过长的单词采用缩写，从而将这些缩写 的涉及范围约束在一个较小的名字空间中。 需要缩写单词时，遵循以下原则以提高标识符的可读性： 保留单 词的首字母（注意ex前缀的单词常转换为x开头）； 单词的首部比 尾部重要； 单词中的辅音字母比元音字母重要； 遵循英文单词 的缩写习惯。 2-44/69 标识符长度 各类标识符长度应控制在24个字符之内。 如果个别难以表述的标识符确实需要更大的长度，禁止超过36个字 符。 2-45/69 程序注释 程序注释总则 程序员编写程序时，先编写注释、后编写代码；程序员修改程序 时，也是先修改注释、再修改代码。 注释不仅仅是只列出相应代码执行的功能，而且还应给出为什么如 此编写代码的原因或理由。 注释以清晰、实用为目的，避免广告横幅那样的装饰性注释风格。 如果在具体应用问题中本指南约定的注释条目内容为空，则该注释 条目的整行都不应出现；不要只留下一些空的注释标题。 注释条目关键字为复数形式表示该条目可列多个项，各个项之间以 逗号分隔。 2-46/69 程序注释约定 程序注释采用的语言：对于用户界面为中文或支持多国语言的软件 产品，程序中的注释采用中文书写；否则采用英文书写。 程序注释采用的形式：程序逻辑的注解说明均采用以“/”前缀的行 尾注释风格；注释符号“/* . */”仅限用于临时隐藏无用代码，此时 应注明隐藏代码的时间、作者和原因。 注释中的日期书写格式：采用ANSI格式“yyyy.mm.dd”，其中yyyy、 mm和dd分别为年、月、日（注意年份全部采用4位数字）。 注释中的版本号书写格式：包括小数点分开的整数部分与小数部 分，整数部分表示版本编号，两位小数部分表示该版本的修订编 号。 注释中的断言书写格式：每一断言可独占一行，不同行之间断言的 关系是“与”关系。命名断言的形式为“断言名字 - 断言”。断言本身 尽量以类似程序设计语言逻辑表达式的形式化方法进行说明，其中 可以使用约束关键字OLD、NOCHANGE和RESULT。 2-47/69 关于程序注释的其他规则： 程序包的注释 Java接口的注释 Java类的注释 . . 2-48/69 程序版面 缩进与分隔符 全部采用制表符缩进，不采用固定数目的空格表示缩进。 两个单词（保留字、标识符）之间以一个空格作分隔。 所有单目操作符（不论前缀还是后缀）与其操作数之间不分隔。 所有双目操作符与其左、右操作数之间都以一个空格作分隔。 各种括号（包括圆括号、方括号、尖括号等）与其括号中的内容 不分隔。 除括号之外的标点符号与左边标识符不分隔，与右边标识符以一 个空格作分隔。 2-49/69 关于程序版面的其他规则： Java接口的版面 Java类的版面 Java语句的版面 . . 2-50/69 Sun公司建议的Java编码习惯 /docs/codeconv/ 2-51/69 2.4 Java程序的文档化注释 Java提供三种注释风格 C语言原有：/* . */ C+语言新添：/ . Java语言新添：/* . */，称为文档化注释。 指导思想：将文档与程序放在同一位置容易管理。 javadoc生成HTML格式的文档 Sun公司提供的Java API文档即由javadoc生成。 缺省时只生成public和protected成员的文档， 除非加上命令行参数-private。 2-52/69 两种使用方式 使用HTML标记 . . . . . 使用javadoc标记 see .param . version .author . return .exception . 2-53/69 三种注释内容 类或接口注释 刚好出现在一个类的定义之前。 数据成员注释 刚好出现在一个数据成员的定义之前。 方法成员注释 刚好出现在一个方法成员的定义之前。 /* A class comment */ public class Test /* A variable comment */ public int i; /* A method comment */ public void f() . 2-54/69 类或接口注释 see：将交叉参考转换为HTML的链接。 see qualifiedclass_name see qualifiedclass_name#method_name version：列出类或接口的版本号。 version version_information author：列出作者的姓名，该项可连续出现多次。 author author_name 命令行参数： javadoc -author -version ClassName 2-55/69 数据成员注释 see：将交叉参考转换为HTML的链接（同上）。 2-56/69 方法成员注释 see：将交叉参考转换为HTML的链接（同上）。 param：描述方法的参数，该项可连续出现多次。 param parameter_name parameter_description return：描述方法的返回值。 return returned_value_description throws：描述方法抛出的异常（转换为HTML链接）， 可连续出现多次。 throws exception_class_name exception_description deprecated：指明方法是过期的。 2-57/69 /*银行帐户的模型，演示面向对象程序的用法。 * author李文军 * version1.01 * seeexamples.Bank#main */ public class Account private double balance = 0; / 存款余额 /*向帐户中存款 * paramamount存款金额 */ public void deposit(double amount) balance = balance + amount; /*从帐户中取款 * paramamount取款金额 * return取款成功返回true，否则返回false。 */ public boolean withdraw(double amount) . /*查询帐户的当前余额 * return帐户的当前余额。 */ public double getBalance() . 2-58/69 进一步探讨javadoc工具 不足：缺乏灵活性或可扩展性。 程序员无法根据本软件企业的需要定制注释项目。 对中文注释的处理尚欠统一与美观。 只能算是文档化注释的入门级工具。 启发：软件企业应开发适合本企业特色的文档化软件 工具。 可借鉴javadoc工具的思路。 任何对语言（源程序）进行处理的软件工具都具有相当的开发难度。 2-59/69 2.5 阅读JDK源程序代码 两种获取方式 随J2SDK下载，或单独下载。 解压并阅读 解压：安装j2sdk后解压文件src.zip。 目的：对Java API文档的补充；学习好的程序设计风格。 只有Java API的公有类，不含sun.*的类 其实还算不上是开源的（open source）。 2-60/69 2.6 Java语言的主要特点 语言渊源 语法：主要源于C+ 语义：主要源于Smalltalk-80 其他：Eiffel、Ada、Objective-C 2-61/69 两种应用程序 Graphic User Interface (GUI) Application Command Line Applet 2-62/69 先进性 较纯的面向对象程序设计语言 较纯是相对于C+语言而言，但还不是纯的面向对象程序设计语言。 非面向对象的基本类型数据都有相应的包装类（wrapper）。 结合编译与解释的混合型执行方式 解释型：虽不利于软件的执行效率，但提高了软件开发的效率。（总成 本！） 中间码：比纯解释型语言提高了解释执行的效率，且提高了代码的可移植 性。 性能通过优化的虚拟机不断提高 JIT、HotSpot、. JVM既可以是软件，也可以设计为硬件（特别是在移动设备或家电产品 上）。 在语言级支持多线程 2-63/69 平台无关性 平台：硬件、操作系统、网络系统 提高了应用程序的可移植性。 采用中间语言与虚拟机 Java：字节码（bytecode）JVM。 Microsoft .Net：MSIL（Microsoft Intermediary Language）CLR （Common Language Runtime）。 Write once, run anywhere. 但仍无法实现“独立于程序设计语言”！ 2-64/69 垃圾自动回收 自动检测并释放不再需要的内存空间 由系统自动完成（而不是程序完成） Java语言提供了一个系统级线程跟踪内存的分配情况 2-65/69 代码安全性 主要指Applet应用 Applet运行在一个沙盒（sandbox）中。 JVM的任务 (1) 装入代码：装入执行一个程序时所需的所有类；在本地文件系统的不同 名字空间维护类；避免受到欺骗。 (2) 校验代码：符合JVM规范；不会破坏系统完整性；不会引起栈溢出；参 数类型的正确性；无非法数据转换（例如整数转为指针）。 (3) 执行代