第1部分 编程基础.doc

第1章 Java简介 7第1部分 编 程 基 础现在，您已经对Java有了很多了解，一定急于想编写Java程序了。本书的第1部分是开始Java学习之旅的基石。您将开始熟悉Java，并学习基本的编程技能，还将特别学习如何使用基本数据类型、控制语句、方法和数组编写简单的Java程序。第1章 Java简介本章学习目标： 学习Java及其发展史 理解Java和World Wide Web之间的关系 创建、编译和运行Java程序 理解Java的运行环境 编写简单的Java应用程序 将输出显示在控制台和对话框内1.1 引言现在，您已经了解了许多有关Java编程语言的激动人心的功能。看起来好像Java无处不在！当地书店里摆满了有关Java的书籍。每份主要的报纸、每本主要杂志上都有关于Java的文章。在阅读计算机杂志时，如果没有遇到Java这个充满魔力的字眼是绝对不可能的。您一定很想知道为什么Java如此热门。答案就是，它使用户可以在因特网上为服务器、桌面计算机和小型手持设备部署应用程序。实际上，这是Java最显著的特征。计算技术的未来将很大程度上受到因特网的影响，Java很有希望在这个前景下保留自己的主体位置。Java是因特网编程语言。我们将开始学习强大的编程语言的激动人心的旅程了。Java是跨平台、面向对象、基于网络及支持多媒体的语言。自1995年5月发布以来，Java很快成为开发因特网应用程序的极具魅力的语言。本章介绍了Java及其编程特征，以及Java应用程序的一个简单 例子。注意：本书假定读者有一定的计算机知识。如果您对诸如CPU、内存、硬盘、操作系统和编程语言之类的术语不熟悉，请阅读本书配套Web站点上的“Computer Basics”。1.2 Java的发展史Java由Sun Microsystems（以Sun工作站而出名的一家公司）的James Gosling领导的工作组开发。最初叫做Oak，是在1991年为嵌入式顾客电器应用程序设计的。1995年，重命名为Java，被重新设计用来开发因特网应用程序。Java程序可以嵌入在HTML页中，由Web浏览器下载，为Web客户带来动画和交互式的享受。因为它是通用的编程语言，Java的强大功能还不仅限于Web应用程序。它的编程功能完备，可以用于开发单独的应用程序。Java是天生面向对象的。虽然许多面向对象的语言一开始就是严格的过程式语言，Java却从一开始就被设计为面向对象的。面向对象编程（OOP）是一种取代传统过程式编程技术的流行编程方法。注意：软件开发过程中的一个中心问题是如何重用代码。面向对象的编程通过封装、继承和多态性（这些都将在本书学到）提供了很大的灵活性、模块性、清楚性和可重用性。1.3 Java的特征Java现已极为流行。Java的快速发展和广泛被接受可归因于其设计和编程特征，尤其是它的编写一次程序可随处运行的承诺。与Sun公司在Java语言白皮书中声明的一样，Java是简单的、面向对象的、分布式的、解释性的、强大的、安全的、与体系结构无关的、可移值的、高性能的、多线程的及动态的。让我们来分析一下这些常用的词汇。1.3.1 Java的简单性没有一种语言是简单的，但是比起其他流行的面向对象编程语言如C+（在Java之前它曾主宰了软件开发语言）来说，Java是相对简单的。Java有些部分模仿了C+，但是很大程度上对C+进行了简化和改进。例如，指针和多重继承通常使编程变得复杂。Java用一种称为“接口”的简单语言构造取代了C+中的多重继承，并取消了指针。Java使用动态内存分配和无用单元收集，而C+需要程序员分配内存和收集无用单元。同时，对这样强大的语言来说，它的语言构造数目又很少。简洁的语法使Java程序易于编写和阅读。一些人喜欢将Java称为“C+”，因为它像C+，但却拥有更多功能和更少消极的方面。1.3.2 Java的面向对象性计算机程序也就是计算机的指令集合。可以通过程序告诉计算机做什么。没有程序，计算机只是一个空壳。计算机不懂人类语言，因此需要用计算机语言与之进行交流。目前大约有100多种编程语言，其中最流行的语言有：COBOL（COmmon Business Oriented Language，面向普通商务的语言）FORTRAN（FORmula TRANslation，公式翻译）BASIC（Beginner All-purpose Symbolic Instructional Code，面向初学者的通用符号化指令代码）Pascal（以Blaise Pascal命名）Ada（以Ada Lovelace命名）C（因为它的开发者首先设计B而得名）Visual Basic（Microsoft开发的类似于Basic的可视化语言）Delphi（Borland开发的类似于Pascal的可视化语言）C+（基于C的面向对象语言）这些语言都是为特定的目的设计的。COBOL是为商务应用程序设计的，现在主要用于处理商务数据。FORTRAN设计用来进行数学运算。BASIC与其名字的含义一样，为便于学习和使用而设计。Pascal设计为一种简单结构的编程语言。Ada是按照美国国防部的指示开发的，主要用于国防工程。C在系统软件工程开发（如编写编译器和操作系统）中很流行。Visual Basic和Delphi为快速应用程序开发而设计。C+是具有面向对象特征的C语言。所有这些语言（除C+之外）都是过程式编程语言。使用过程式编程语言的软件系统开发是基于过程范型的。面向对象编程以术语“对象”模拟现实世界。世界上的每件事物都可以模拟为对象。一个圆是一个对象，一个人是一个对象，一个窗口图标也是一个对象，甚至抵押也可以作为对象。Java程序是面向对象的，因为在Java中编程的重点是创建对象、操纵对象及使对象协同工作。第1部分“编程基础”介绍了基本数据类型和操作、控制语句、方法及数组。这些对所有编程语言来讲都是基础。本书将在第2部分“面向对象编程”中学习面向对象的编程知识。面向对象编程提供了很大的灵活性、模块性和可重用性。几年来，面向对象技术被认为是杰出的成果，需要培训及基础结构上的大量投资。Java帮助面向对象技术进入了计算机的主流。其简单性、简洁的语法使程序便于读写。Java程序在设计和开发应用上十分便捷。1.3.3 Java的分布性分布式计算涉及到在一个网络上几个协同工作的计算机。Java的设计就是为了使分布式计算变得简单。既然网络功能被固有地集成进Java中，那么编写网络程序就如同向文件发送和从文件接收数据。图1.-1显示了运行在3个不同系统上的3个程序；这3个程序相互之间通过通信共同执行一个任务。1.3.4 Java的解释性运行Java程序需要解释器。程序被编译为称为字节代码的Java虚拟机代码。字节代码与机器无关，可以在任何有Java解释器的机器上运行，如图1.-2所示。图1.-1 Java程序可以运行在协同工作的不同系统上图1.-2 执行Java字节代码的Java解释器通常，编译器（如C+编译器）将高级语言程序转换为机器代码。这些代码只能在本地机器上运行。如果在其他机器上运行这些程序，就必须在本地机器上进行重编译。例如，如果在Windows中编译C+程序，由编译器产生的可执行代码只能运行在Windows平台上。如果用Java，则只需编译源代码一次，由Java编译器产生的字节代码可以在任何具有Java解释器的平台上运行。Java解释器将字节代码翻译成目标机器的机器语言。1.3.5 Java的健壮性健壮性意味着可靠性。没有任何编程语言可以保证完全的可靠性。Java极为重视早期对可能错误的检查，因为Java编译器可以检测到许多在其他语言的执行期间首次出现的问题。Java取消了在其他语言中发现的易于产生错误的编程构造类型。例如，它不支持指针，因此消除了重写内存及破坏数据的可能性。Java有运行时异常处理功能，为编程支持提供了健壮性。Java强制程序员编写处理异常的代码。Java可以捕获异常情况并对它做出响应，使程序在发生运行时错误时能继续正常执行并完美终止。1.3.6 Java的安全性作为因特网编程语言，Java用在网络和分布式环境中。如果下载一个Java applet（一种特殊的程序）并在您的计算机上运行，它不会破坏您的系统，因为Java执行了几种保护系统不受外部程序破坏的安全机制。该安全机制是基于这个前提的：即不要信任所有的 一切。1.3.7 Java与体系结构无关Java是可解释的。这一特征使Java成为与体系结构无关，或者换一个术语，即独立于平台。使用Java虚拟机（Java Virtual Machine，JVM），可以编写一个在任何平台上运行的程序，如图1.-3所示。图1.-3 Java字节代码可以在任何具有JVM的平台上执行Java最初的成功源于它的Web编程功能。可以从Web浏览器运行Java applet，但是Java不仅仅用于编写Web applet。使用Java解释器，也可以从操作系统直接运行独立的Java应用程序。今天，软件供应商通常为同一产品开发多个版本，以运行于不同的平台（Windows、OS/2、Macintosh和各种UNIX、IBM AS/400及IBM主机）上。使用Java，开发者只需编写一个可运行在各个平台上的版本即可。1.3.8 Java的可移植性Java与体系结构无关。这一特征使Java程序具有可移植性，因为它们无需重编译就可以在任何平台上运行。此外，在Java语言中，没有针对特定平台的特征。在某些语言（如Ada）中，在不同的平台上最大的整数各不相同。但是在Java中，每个平台上整数的范围都是相同的，运算行为也都相同。固定的数字范围使程序具有可移植性。Java环境对新的硬件和操作系统也是可移植的。事实上，Java编译器本身就是用Java编写的。1.3.9 Java的性能Java的性能有时很挑剔。字节代码的执行只有在同编译语言（如C+）一起执行时才是最快的。因为Java是可解释的，字节代码没有直接由系统执行，而是在解释器中运行。因此，它的速度对多数交互式应用程序来说已经足够了，在交互式应用程序中，CPU处于空闲状态，等待输入或者数据来源。过去几年，CPU的速度大大提高了，这一趋势仍会继续。提高性能的方式有很多。早期Sun Java虚拟机的用户一定注意到Java很慢。但是，新JVM明显变快了。新JVM使用称为实时编译的技术，如图1.-4所示。它将字节代码编译为本机代码，保存本机代码，并且在字节代码执行时重新调用本机代码。Sun公司最近开发了Java HotSpot Performane Engina，它包含对经常使用的代码进行优化的编译器。该HotSpot Performane Engina可以插入JVM中，以显著提高它的性能。图1.-4 实时编译器将字节代码编译为本机代码1.3.10 Java的多线程性多线程是程序同时执行多个任务的功能。例如，在播放视频的同时下载视频文件就可认为是多线程的。多线程编程被平顺地集成进Java中，而在其他语言中必须调用特定于操作系统的过程才能实现多线程。多线程在图形用户界面（GUI）和网络编程中尤其有用。在GUI编程中，同时会发生多个事件。用户可以在Web页上冲浪的同时收听音频播放。在网络编程中，一个服务器可以同时为多个客户提供服务。多线程在多媒体和网络编程中是必需的。1.3.11 Java的动态性Java的设计适用于进化的环境。新代码可以不用重编译而载入。开发人员不需要创建主要的新软件版本，用户也不需要安装。新特征可以在需要的时候透明地并入。1.4 World Wide Web、Java及其他World Wide Web是可以从因特网被世界各地访问的电子信息仓库。可以使用Web预订旅馆、购买飞机票、注册大学课程、下载New York times、与朋友聊天或者收听实况广播。在因特网上，可以进行各种活动。许多人使用计算机的大部分时间都花费在Web页上冲浪以娱乐及获得有用信息。因特网是Web的基础结构。因特网已经存在了30多年，但是最近几年才变得流行起来。它的流行主要归因于多彩的World Wide Web及成熟的Web浏览器。Web首要的主导语言是超文本标记语言（Hypertext Markup Language，HTML）。HTML是标记语言：显示文档、将文档链接到因特网并将图像、声音和视频发布到Web上。然而，除了通过简单表单，否则它无法与用户交互。HTML中的Web页本质上是静态的和平面的。Java最初非常吸引人，是因为Java程序可以从Web浏览器运行。从Web浏览器运行的Java程序叫做applet。applet使用带有按钮、文本域、文本区、单选按钮等的时尚图形用户界面，用于与Web用户交互及处理用户请求。applet使Web更易于响应，更具交互性，并增加了使用时的趣味性。图1.-5显示了一个从Web浏览器运行的applet。从Web浏览器运行applet，需要使用Netscape 6或者Explorer 6浏览器。图1.-5 嵌入在Web页中的计算抵押的Jav