Java: 基本语法

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Java基本语法

包管理

包的声明

  • Java包的功能类似C++的命名空间，减少类名冲突；但它并不是随意声明和引用的：

    • 包名必须是当前文件/目录的父目录相对于项目根目录的路径，用.运算符表明父子关系 例如，若.为根目录，当前文件的路径为./test/math，则声明如下：

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      package test.math;

    • 一个文件除非直接在项目文件夹下，否则必须声明包，且必须在文件开头(在import前)

  • 一个.java文件只能有一个public类或接口，且类名必须和文件名相同
  • 不同.java文件在同一个包体内，指的是它们处于同一个目录下，声明的package路径相同
  • 命名规范：所有包名均应小写

外部包的引用

  • 引用外部包的类或接口需要使用import关键字，用于减少包名冗余导致的可读性下降

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    import pkg1.pkg2.MyClass;     // 可快捷使用MyClass
    import pkg1.*;                // 可快捷使用pkg1下的所有公有类或接口, 但不包含子包下的公有类或接口

  • 引用外部包的类的静态成员或静态方法时需要使用import static

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    import static java.lang.Math.*;

  • 实践时，引入外部包类等情形不推荐使用通配符*，引用静态成员等可酌情使用，推荐按以下顺序引入：

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    import java.util.?;               // 先引入java标准库

    import org.springframework.?;     // 再引入java扩展的第三方库, 按照依赖顺序, 每个不同的库之间隔一空行

    import jakarta.persistence.?;     // 第三方库

    import dlut.?;                    // 最后引入自己开发的模块

  • 实践时，推荐使用格式化插件

javac命令

  • javac用于编译.java文件，生成可被JVM执行的.class文件

  • 最常用的编译命令如下(多个文件使用:分隔，Windows下是;)：

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    # -d(destination)参数表示保留文件的包路径信息，并生成到目标目录下
    javac -d 目标目录 待编译的.java文件

  • 其它参数：-encoding，指定文件编码

  • 实践中，推荐使用IDE插件提供的脚本服务自动编译

java命令

  • java用于运行.class文件

  • 最常用的命令如下：

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    # -cp(classpath)参数标明`JVM`应从哪些路径下查找
    # 主类名必须包含`main`，链接由JVM在运行时进行，被链接的类同样是在指定的目录下查找
    # 注意主类名不是文件名，不能包含`.class`
    java -cp 目录 主类名

  • java的main函数模板：

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    public class MainClass {
      public static void main(String[] args) {}
    }

jar命令

  • jar命令与tar命令极其相似，用于归档

  • 常用参数如下：

    • -v：verbose，显示归档/解压详情
    • -c：create，创建归档文件
    • -f：file，指明归档文件名
    • -u：update，更新归档文件
    • -x：extract，解压归档文件

  • 常用语句如下：

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    jar -cf a.jar 类列表
    jar -uf a.jar 新加入类列表
    jar -xf a.jar 解压a.jar

  • 归档后，可以通过java -cp xxx.jar MainClass运行主类MainClass，所有需要链接的类都在归档文件中找到

关键字及声明型语句

访问控制修饰符

  • 本节不讨论内部类

  • java有四个访问控制权限，分别对应public、protected、default、private四个修饰符

  • public：可以修饰类、接口、方法、属性，表示所有包可访问，是最常用的修饰符

  • protected：可以修饰方法、属性，表示同包内均可访问，外部包中仅子孙类可通过this(自己或子孙类的对象)访问，例如

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    package a;
    import b.A;   // 假设含有protected void methodA() {}方法
    class B extends A {
      void func() {
          methodA();  // 正确
          A a = new A();
          a.methodA();    // 错误
      }
    }

  • default：实际上不存在这个关键字，当类或方法或属性没有显式地声明访问控制修饰符时，含有default权限，常称为包级私有，仅包内所有类可访问

  • private：可以修饰方法、属性，仅类内可访问

static、abstract、final、record

  • static：声明静态对象或方法或内部类，和cpp类似

  • abstract：声明抽象方法或抽象类，和cpp的virtual定义类似

  • final：

    • 修饰类时：表明该类不能被继承
    • 修饰方法时：表明该方法不能被重写
    • 修饰变量时：声明常变量，注意只是限制在栈中的值不能改变

  • abstract不能和final或private或static同时出现，因为没有意义

  • final不能修饰接口，因为没有意义

  • 修饰符的顺序对程序没有影响，但规范是先是访问控制修饰符，然后是其它修饰符

  • final修饰引用对象时只能限制该变量不能改变指向，但没有限制用户通过该变量改变其指向的实例

    因为final修饰方法只代表该方法不能被重写，所以做不到cpp那样用一个类型声明可变或不可变对象

    在java中，一个类要么是可变类，要么是不可变类，不可变类的所有属性都被final修饰且不提供setter方法，例如String就是典型的不可变类，不要把实例方法和引用赋值搞混：

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    String s = "";    // 引用赋值
    s = s.trim();     // 实际上是改变了s的指向使其指向s.trim()的返回值，而没有改变原来指向堆中的实例
    StringBuilder sb = new StringBuilder("");   // 引用赋值
    sb.append("a");   // StringBuilder是一个可变类, append()修改了sb指向的实例的属性

  • 重写后的方法的访问控制权不能比父类的该方法低

  • record关键字可用于修饰类，表示一个类是不可变类，自动添加final等修饰符、自动实现equals(), hashCode()方法、自动实现getter方法

synchronized、transient、volatile、sealed、permits

  • synchronized用于同步

  • transient修饰表示无法被序列化

  • volatile修饰表示每次读写都对主存读写，但仍不能保证原子性

  • sealed和permits是JDK 17及以上提供的继承修饰符，与final相区分，sealed修饰的类只能被其permits的类继承

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    public sealed SuperClass permits SubClass {}
    class SubClass extends SuperClass {}  // 允许

标识符声明

  • 声明变量：仅支持用=初始化新变量，且需要指明类型

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    String obj = "";

  • 声明类：java没有函数，所有函数体都在类内，抽象类不能被实例化

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    modifiers class ClassName {ClassBody}  // 不需要';'

  • 声明方法：抽象方法所属类必须为抽象类

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    modifiers returnType methodName(paramList) {methodBody}

  • 声明接口：java提供所谓接口，是一系列抽象方法的集合，是其它模块访问你编写的模块的入口，编译时会自动在接口的所有方法前加上public修饰符

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    public interface InterfaceName {
      // 接口内的方法默认为public，且没有实现
      returnType methodName(paramList);
    }

  • 声明一个实现了某个接口的类，一个类可以实现多个接口：

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    public class ClassName implements InterfaceName {
      // 必须重写所有该接口的方法
    }

  • 声明一个继承了某个类的类，或一个继承了某个接口的接口，只能单继承：

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    public class ClassName extends SuperClass {}
    public interface InterfaceName extends SuperInterface {}

  • extends应该在implements之前

标识符规范

  • 包名规范：应全小写
  • 变量名和方法名规范：构成标识符的所有单词，首单词全小写，其余单词仅首字母大写
  • 类名和接口名规范：构成标识符的所有单词首字母均大写
  • 常量名规范：应全大写

protected权限的解释

  • 在引入类(链接在.class文件中的字节码)时，JVM会加载类/接口的元数据进方法区，并构建方法表来区分不同的访问控制域
  • 在创建对象时，JVM会申请一段内存，并创建对象的方法表，用于单独存储所有非静态成员 类、对象的方法表是不同的
  • 每个类都会维护一个引用，指向允许访问的类或对象的方法表
    • 这个引用能指向所有同一包的类及其对象、所有引入的外包类的方法表
    • 能指向，同时符合访问修饰符的范围，才能正常调用
  • 因此protected是极其特殊的：
    • 包外子类不能通过基类的对象访问保护型方法，因为包外的子类不能指向对象的方法表
    • 包外子类可以通过基类访问保护型静态方法，因为包外子类能指向类的方法表，同时符合protected的范围
    • 包内子类可以通过基类及其对象访问保护型方法，因为包内类能指向类及其对象的方法表，同时符合protected的范围

java的语法糖

  • java不支持运算符重载，仅有部分特殊的类含有类似的语法糖(String支持+拼接，但没有[]运算符)

  • java不支持默认参数

  • java支持函数重载，重载要求方法名相同但参数列表不同

  • java支持变长参数，java变长参数的语法如下：

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    // paramList可以是零或多个String参数
    void method(String... paramList) {}

  • java不支持多继承

  • java不支持常方法，cpp支持用const修复一个方法保证不能被非常量调用

  • java和cpp均支持类型自动推断，在cpp中是auto而在java中是var

  • java的Type[]整体表示一个数组类型，元素的类型为指定的Type

结构型语句

  • if-else if-else
  • where-continue-break
  • for(;;)-continue-break
  • for(type e : c)语法糖
  • try-catch-finally
  • try-with-resource
  • switch-case-break
  • switch-case -> {yield}