从零开始学Java：基础语法与面向对象编程精要314

```html

Java，作为一门跨平台、面向对象的编程语言，自问世以来便以其“一次编写，到处运行”的特性，在企业级应用、移动开发（Android）、大数据、云计算等领域占据着举足轻重的地位。对于初学者而言，掌握Java的基础语法和面向对象编程思想是迈入Java世界的第一步，也是构建任何复杂应用的基础。本文将深入浅出地讲解Java的核心基础知识，并结合丰富的代码示例，助您快速上手。

作为一名专业的程序员，我深知理论与实践相结合的重要性。因此，在接下来的内容中，我们将不仅介绍概念，更会提供可直接运行的代码片段，帮助您更好地理解和掌握Java编程的精髓。

Java环境搭建（简介）

在开始编写Java代码之前，您需要在您的计算机上安装Java开发工具包（JDK）。JDK包含了Java运行时环境（JRE）、Java编译器（javac）以及其他开发工具。您可以从Oracle官网下载最新版本的JDK。安装完成后，配置好环境变量，即可通过命令行或集成开发环境（IDE，如IntelliJ IDEA, Eclipse）来编译和运行Java程序。

第一个Java程序：Hello, World!

按照惯例，我们从经典的“Hello, World!”程序开始。这个简单的程序将帮助您了解Java程序的基本结构。

public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
// 使用打印字符串到控制台
("Hello, Java!");
}
}

代码解析：

public class HelloWorld：定义了一个名为HelloWorld的公共类。Java中的所有代码都必须位于类中。
public static void main(String[] args)：这是Java应用程序的入口点。当您运行Java程序时，JVM（Java虚拟机）会查找并执行这个main方法。

public：表示这个方法是公开的，可以被外部调用。
static：表示这个方法是静态的，可以通过类名直接调用，而无需创建类的对象。
void：表示这个方法不返回任何值。
main：是方法的名称，JVM就是通过这个名称找到程序入口。
String[] args：是一个字符串数组，用于接收命令行参数。

("Hello, Java!");：这行代码用于在控制台打印输出“Hello, Java!”字符串，并在末尾添加一个换行符。

Java基础语法

1. 注释

注释是代码中用于解释说明的部分，它们会被编译器忽略。Java支持三种注释：

单行注释：// 这是单行注释
多行注释：/* 这是多行注释 */
文档注释：/ 这是文档注释，可以用于生成API文档 */

2. 变量与数据类型

变量用于存储数据。在Java中，每个变量都必须声明其类型。Java的数据类型分为两大类：

2.1 基本数据类型 (Primitive Types)

Java有8种基本数据类型：

整型：byte (1字节), short (2字节), int (4字节), long (8字节)
浮点型：float (4字节), double (8字节)
字符型：char (2字节，存储Unicode字符)
布尔型：boolean (1位，存储true或false)

public class DataTypesDemo {
public static void main(String[] args) {
int age = 30; // 整数
double salary = 5000.50; // 双精度浮点数
char initial = 'J'; // 字符
boolean isActive = true; // 布尔值
long bigNumber = 1234567890123L; // 长整型，L后缀不能省略
float price = 19.99F; // 单精度浮点型，F后缀不能省略
("Age: " + age);
("Salary: " + salary);
("Initial: " + initial);
("Active: " + isActive);
("Big Number: " + bigNumber);
("Price: " + price);
}
}

2.2 引用数据类型 (Reference Types)

除了基本数据类型，其他所有类型都是引用数据类型，如类（Class）、接口（Interface）、数组（Array）等。String是Java中最常用的引用数据类型之一，用于表示文本字符串。

public class StringDemo {
public static void main(String[] args) {
String name = "Alice"; // 声明并初始化一个字符串变量
String greeting = "Hello, " + name + "!"; // 字符串拼接
(greeting);
("Length of name: " + ()); // 调用String类的方法
}
}

3. 运算符

Java支持多种运算符：

算术运算符：+, -, *, /, % (取模)
关系运算符：== (等于), != (不等于), >, =, >> (了解即可)
赋值运算符：=, +=, -=, *=, /=, %=
条件运算符（三元运算符）：条件 ? 表达式1 : 表达式2

public class OperatorsDemo {
public static void main(String[] args) {
int a = 10, b = 3;
("a + b = " + (a + b)); // 13
("a / b = " + (a / b)); // 3 (整数除法)
("a % b = " + (a % b)); // 1
boolean isGreater = (a > b); // true
boolean isTrue = (a > 5 && b < 5); // true
String result = (a % 2 == 0) ? "Even" : "Odd"; // Even
("a is " + result);
}
}

4. 控制流程语句

控制流程语句用于控制程序执行的顺序。

4.1 条件语句

if-else if-else

public class IfElseDemo {
public static void main(String[] args) {
int score = 85;
if (score >= 90) {
("Excellent!");
} else if (score >= 60) {
("Pass!");
} else {
("Fail!");
}
}
}

switch

public class SwitchDemo {
public static void main(String[] args) {
char grade = 'B';
switch (grade) {
case 'A':
("Very Good!");
break;
case 'B':
("Good!");
break;
case 'C':
("Average.");
break;
default:
("Invalid Grade.");
}
}
}

4.2 循环语句

for 循环

public class ForLoopDemo {
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
("Iteration: " + i);
}
}
}

while 循环

public class WhileLoopDemo {
public static void main(String[] args) {
int count = 0;
while (count < 3) {
("Count: " + count);
count++;
}
}
}

do-while 循环

do-while循环至少会执行一次循环体。

public class DoWhileLoopDemo {
public static void main(String[] args) {
int i = 0;
do {
("Do-While Iteration: " + i);
i++;
} while (i < 2);
}
}

增强型 for 循环 (For-Each Loop)

用于遍历数组或集合。

public class ForEachLoopDemo {
public static void main(String[] args) {
String[] names = {"Alice", "Bob", "Charlie"};
for (String name : names) {
("Name: " + name);
}
}
}

数组 (Arrays)

数组是用于存储固定大小同类型元素序列的容器。

public class ArrayDemo {
public static void main(String[] args) {
// 声明并初始化一个整数数组
int[] numbers = new int[5]; // 创建一个包含5个整数的数组
// 赋值
numbers[0] = 10;
numbers[1] = 20;
numbers[2] = 30;
numbers[3] = 40;
numbers[4] = 50;
// 访问数组元素
("First element: " + numbers[0]); // 10
("Array length: " + ); // 5
// 遍历数组
("All elements:");
for (int i = 0; i < ; i++) {
(numbers[i]);
}
// 声明并初始化时直接赋值
String[] fruits = {"Apple", "Banana", "Cherry"};
("Second fruit: " + fruits[1]); // Banana
}
}

面向对象编程 (OOP) 入门

Java是一门纯粹的面向对象编程语言。理解OOP是掌握Java的关键。OOP的四大核心特性是：封装、继承、多态和抽象。我们将从最基础的类和对象开始。

1. 类与对象

类（Class）是对象的蓝图或模板，它定义了对象具有的属性（数据，也称成员变量或字段）和行为（功能，也称方法）。
对象（Object）是类的实例。

// 定义一个名为 'Dog' 的类
public class Dog {
// 成员变量 (属性)
String name;
String breed;
int age;
// 成员方法 (行为)
public void bark() {
(name + " says Woof!");
}
public void eat(String food) {
(name + " is eating " + food + ".");
}
}
// 在另一个类中创建并使用 Dog 对象
public class DogKennel {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个 Dog 对象 (实例化)
Dog myDog = new Dog();
// 设置对象的属性
= "Buddy";
= "Golden Retriever";
= 3;
// 调用对象的方法
(); // Buddy says Woof!
("dog food"); // Buddy is eating dog food.
// 创建第二个 Dog 对象
Dog hisDog = new Dog();
= "Max";
= "Labrador";
(); // Max says Woof!
}
}

2. 构造方法 (Constructor)

构造方法是一种特殊的方法，用于在创建对象时初始化对象的属性。构造方法的名称必须与类名完全相同，并且没有返回类型（连void都没有）。

public class Cat {
String name;
int age;
// 无参构造方法 (默认构造方法，如果未显式定义，Java会提供一个)
public Cat() {
= "Unnamed"; // this关键字引用当前对象的成员变量
= 0;
("A cat is born without specific name and age.");
}
// 带参构造方法
public Cat(String name, int age) {
= name; // 使用this区分成员变量和局部变量
= age;
("A cat named " + name + " and aged " + age + " is born.");
}
public void displayInfo() {
("Name: " + + ", Age: " + );
}
public static void main(String[] args) {
Cat cat1 = new Cat(); // 调用无参构造方法
(); // Name: Unnamed, Age: 0
Cat cat2 = new Cat("Whiskers", 2); // 调用带参构造方法
(); // Name: Whiskers, Age: 2
}
}

3. 封装 (Encapsulation)

封装是OOP的核心原则之一，它指的是将数据（属性）和操作数据的方法（行为）捆绑在一起，并对外部隐藏对象的内部实现细节。通过使用访问修饰符（如private, public），我们可以控制成员的可见性。
通常，我们会将类的属性声明为private，并通过公共的getter（获取属性值）和setter（设置属性值）方法来访问和修改这些属性。

public class BankAccount {
private String accountNumber; // 私有属性
private double balance; // 私有属性
public BankAccount(String accountNumber, double initialBalance) {
= accountNumber;
// 可以在setter中添加逻辑进行数据校验
setBalance(initialBalance);
}
// Getter方法：获取账户号码
public String getAccountNumber() {
return accountNumber;
}
// Setter方法：设置余额 (通常会有业务逻辑，例如不能设置为负数)
public void setBalance(double balance) {
if (balance >= 0) {
= balance;
} else {
("Balance cannot be negative!");
}
}
// Getter方法：获取余额
public double getBalance() {
return balance;
}
public void deposit(double amount) {
if (amount > 0) {
+= amount;
("Deposited: " + amount + ", New balance: " + );
} else {
("Deposit amount must be positive.");
}
}
public void withdraw(double amount) {
if (amount > 0 && >= amount) {
-= amount;
("Withdrew: " + amount + ", New balance: " + );
} else {
("Invalid withdrawal amount or insufficient balance.");
}
}
public static void main(String[] args) {
BankAccount myAccount = new BankAccount("123456789", 1000.0);
// = -200; // 错误：balance是私有的，无法直接访问
("Account Number: " + ());
("Current Balance: " + ());
(500.0);
(200.0);
(2000.0); // 尝试取款超出余额
(-100.0); // 尝试设置负余额
("Final Balance: " + ());
}
}

异常处理 (Exception Handling)

在程序运行过程中，可能会遇到各种意料之外的情况，导致程序中断。这些运行时错误称为异常。Java提供了一套强大的异常处理机制，通过try-catch-finally语句来优雅地处理这些异常。

public class ExceptionDemo {
public static void main(String[] args) {
// 示例1: 算术异常 (ArithmeticException)
try {
int result = 10 / 0; // 试图除以零
("Result: " + result); // 这行代码不会被执行
} catch (ArithmeticException e) {
("Error: Division by zero is not allowed.");
// (); // 打印异常堆栈信息，有助于调试
}
// 示例2: 数组越界异常 (ArrayIndexOutOfBoundsException)
int[] numbers = {1, 2, 3};
try {
(numbers[5]); // 访问数组不存在的索引
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
("Error: Array index is out of bounds.");
} finally {
// finally块中的代码无论是否发生异常都会执行
("This block always executes, regardless of exceptions.");
}
("Program continues after exception handling.");
}
}

输入/输出 (I/O) - 使用Scanner

在Java中，我们经常需要从用户那里获取输入，或者将数据输出到控制台。类是一个方便的工具，可以从各种输入源（如键盘、文件）读取数据。

import ; // 引入Scanner类
public class InputOutputDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个Scanner对象，从标准输入（键盘）读取
Scanner scanner = new Scanner();
("Please enter your name: ");
String name = (); // 读取一行字符串
("Please enter your age: ");
int age = (); // 读取一个整数
// 注意：nextInt()只读取数字，不会读取换行符。
// 如果后面跟着nextLine()，它会读取之前nextInt()留下的换行符，导致问题。
// 因此，需要额外调用一次nextLine()来“消费”掉这个换行符。
(); // 消费掉nextInt()留下的换行符
("Please enter your favorite color: ");
String color = ();
("--- Your Information ---");
("Name: " + name);
("Age: " + age);
("Favorite Color: " + color);
// 关闭Scanner对象，释放资源
();
}
}