初始计算机和Java语言
Java语言的概述
Java诞生史
20世纪90年代，出现了单片机系统，可以用在家电上，Sun公司看中了这个商机，开展了绿色计划项目。
项目负责人是詹姆斯-高斯林，他打算用C++控制单片机，但是他发现C++无法跨平台，单片机换了，所有代码都得重写，于是打算在C++基础上实现一种新语言来允许跨平台，就是后来的Java。
开发环境的搭建和使用
JDK的目录结构
- bin：命令
- conf：配置相关
- include：头文件
- jmods：JDK各种模块
- legal：JDK各模块的授权文档
- lib：补充jar包和源代码
- javac.exe：编译器，将源代码编译成字节码文件
- java.exe：解释器，将启动JVM对字节码文件进行解释并执行
Java11新特性：简化编译。java HelloWorld直接帮我们先编译后执行，前提是class字节码文件不存在。
多行注释不允许嵌套使用。
跨平台原理
通过JVM。
变量和数据类型
当需要在程序中记录单个数据内容时，则声明一个变量即可，而声明变量的本质就是在内存中申请一个存储单元，由于该存储单元中的数据内容可以发生改变，因此得名为变量。
数据类型的分类
①基本数据类型：byte, short, int, long, float, double, boolean, char
②引用数据类型：数组、类、接口、枚举、标注
进制
日常生活：逢十进一。权重（拳重）
千百十个
1 2 3 4
计算机底层：逢二进一。
正十进制 -> 二进制
①除2取余，直到商为0，将余数逆序排序。(0b/0B可以作为二进制的前缀)
②拆分法，45 = 32 + 8 + 4 + 1 = 101101
- 最高位代表符号位，0为正数，1为负数
- ∴ 64位机器最大能表示2^63 - 1，即long的最大值。即2^63 - 1。
- 01111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111
负十进制 -> 二进制
①绝对值转换为二进制
②按位取反 + 1
高位全是1
负二进制 -> 十进制
①减1按位取反
②添加负号
单个字节表示的整数范围
非负数：0000 0000 ~ 0111 1111，即 2^7 - 1
负数：1000 0000 ~ 1111 1111，减1取反加负号，即为2^7
整数类型
①byte（1）、short（2）、int（4）、long（8）
②byte：-2^7 ~ 2^7 - 1、short：-2^15 ~ 2^15、int：-2^31 ~2^31-1、long：-2^63 ~2^63-1
③int a = 100，100指的是直接量或常量，默认是int类型。
④int a = 2200000000，这个会报错并不是a容纳不下，而是直接量本身是int类型，容纳不下这么大数。
⑤为什么变量名不能数字开头？会和直接量冲突。
⑥int a=25;byte b=a？错误。a是变量，数值随时可能发生改变，编译期间编译器并不能判断a的值会不会变，所以无法保证将int类型的a赋值给byte类型的b不会出问题，所以直接编译报错。
⑦强制类型转换：short s = 128; byte b = (byte)s; short 占两字节，byte占一字节，0000 0000 1000 0000 => 截断成 1000 0000 => 最高位代表负号 => 减一取反加负号 => -128。
浮点数
①float：占4个字节，7位有效数字，单精度。
②double：占8个字节，15位有效数字，双精度，d = 1000.0，小数数据也是直接量，默认是double类型。
字符类型
①char：2个字节，表示的范围即为65535。
②ASCII：字母和整数的对照表。’0‘ - 48、’A‘ - 65、’a‘ - 97、空格 - 32、\n - 10。
③Unicode：对世界字符进行编号，每个字符用16位表示。奇 -> \u5947。
运算符
①尝试判断一下结果的输出
System.out.println(5 / 2); // 2 System.out.println(5 / (double)2); // 2.5 System.out.println((double)5 / 2); // 2.5 System.out.println(5 * 1.0 / 2); // 2.5 推荐 System.out.println(5.0 / 2); // 2.5 System.out.println(5 / 0); // java.lang.ArithmeticException: / by zero （算数异常） System.out.println(5 / 0.0); // Infinity: 无穷大 System.out.println(0 / 0.0); // NaN②编程使用算数运算符实现秒数的拆分
public class ShowHourTime { public static void transfer(int num) { // 3666 => 3600 + 60 + 6 int hour = num / 3600; int min = num % 3600 / 60; // int sec = num % 3600 % 60; // 正常思维 int sec = num % 60; System.out.println(num + "秒转换结果：" + hour + "时" + min + "分" + sec + "秒"); // 判断如下输出结果 System.out.println(hour + min + sec); // 8 System.out.println(hour + "" + min + sec); // 116 System.out.println(hour + min + "" + sec); // 26 System.out.println(hour + min + sec + ""); // 8 } public static void main(String[] args) { // 提示用户输入秒数 Scanner scanner = new Scanner(System.in); System.out.print("请输入秒数："); int num = scanner.nextInt(); ShowHourTime.transfer(num); } }③尝试判断一下结果的输出
// a++是表达式，a是变量，所占用的内存空间不同 int a = 10; a++; ++a; a--; --a; System.out.println(a++); // 10 System.out.println("a=" + a); // 11 System.out.println(++a); // 12 System.out.println("a=" + a); // 12 System.out.println(a++ + ++a); // 从左到右计算, a++的值为12, a的值为13, ++a的值为14, a的值为14, 之和为26④尝试判断一下结果的输出
// 短路特性: &&前面为假，后面不执行; ||前面为真，后面不执行 int a = 3; int b = 5; boolean flag = (++a == 3 && ++b == 5); System.out.println("flag=" + flag); // false System.out.println("a=" + a); // 4 System.out.println("b=" + b); // 5 flag = (++a == 5 || ++b == 5); System.out.println("flag=" + flag); // true System.out.println("a=" + a); // 5 System.out.println("b=" + b); // 5⑤提示用户输入一个正整数，使用逻辑运算符判断该正整数是否为三位数，若是则打印true，否则打印false。
public static void isThreeBit(int num) { // ①判断该整数是否为三位数 // ②打印 System.out.println(num >= 100 && num <= 999); System.out.println((num >= 100 && num <= 999) ? true: false); }⑥尝试判断一下结果的输出
int a = 5; int b = 9; int c = 10; int d = 11; System.out.println(b = a = c = d); // 11, 从右往左赋值⑦尝试判断一下结果的输出
// 赋值运算 byte b2 = 20; // b2 = b2 + 1; // 错误：不兼容的类型，从int转换到byte可能会有损失 byte + int相加结果还是int类型 // b2 = b2 + (byte)1; // 错误：不兼容的类型，从int转换到byte可能会有损失 byte + byte相加结果还是int类型，这是编译器防止溢出所做的优化 b2 = (byte) (b2 + 1); // OK b2 += 1; // OK, 等价于 b2 = (byte) (b2 + 1)⑧尝试判断一下结果的输出
// << 左移：右边用0补充 // >> 右移：左边用1补充 // >>> 逻辑右移：左边用0补充 byte b3 = -127; // 0111 1111 => 1000 0000 => 1000 0001 System.out.println(b3 >> 2); // 1000 0001 => 1110 0000 => 1101 1111 => 1010 0000 => -32 System.out.println(b3 << 2); // 会将b3提升为int型，1111 1111 1000 0001 => 1111 1110 0000 0100 => 1111 1110 0000 0011 => 1000 0001 1111 1100 => -(2^9-4) System.out.println(b3 >>> 2); // 会将b3提升为int型，1111 1111 1000 0001 => 0011 1111 1110 0000 直接变成正数了⑨尝试判断一下结果的输出
// 位运算 byte b4 = 11; byte b5 = 13; System.out.println(b4 & b5); // 0000 1011 & 0000 1101 => 0000 1001 => 9 System.out.println(b4 | b5); // 0000 1011 | 0000 1101 => 0000 1111 => 15 System.out.println(b4 ^ b5); // 0000 1011 | 0000 1101 => 0000 0110 => 6 System.out.println(~b4); // 0000 1011 => 1111 0100 => 1111 0011 => 1000 1100 => -12
流程控制
①输入公里数和等候秒数，输出车费。
出租车计费方式：由里程数和等候时间钱数相加得出。里程数前三公里13元，超过3公里到15公里每公里2元，15公里以上每公里3元，等候时间每2分半1元，不足不收钱。
// 出租车计费方式：由里程数和等候时间钱数相加得出。 // 里程数前三公里13元 // 超过3公里到15公里每公里2元 // 15公里以上每公里3元 // 等候时间每2分半1元，不足不收钱 public static double pay(double mile, int waitTime) { // ①先算里程数需要支付的钱 double milePay = 0; if (mile <= 3) { milePay = 13; } else if (mile <= 15) { milePay = (mile - 3) * 2 + 13; } else { milePay = (mile - 15) * 3 + (15 - 12) * 2 + 13; } // ②再算等待时间需要支付的钱 // ③最后支付总价为二者之和 milePay += waitTime / 150; return milePay; }②判断考试成绩所在的位置。
public static void judge(int score) { char grade; switch (score / 10) {/*支持byte/short/int/char/String/enum*/ case(10): /*case穿透，匹配10如果没有break，会执行下一个break之前的所有代码*/ case(9): grade = 'A';break; case(8): grade = 'B';break; case(7): grade = 'C';break; case(6): grade = 'D';break; default: grade = 'E'; } System.out.println("等级为" + grade); }③打印1-100之间的奇数，用三种方式。
// 方式一：除2除不尽 for (int i = 1; i < 100; i++) { if (i % 2 != 0) { System.out.print(i + " "); } } System.out.println(); // 方式二：等差 for (int i = 1; i < 100; i = i + 2) { System.out.print(i + " "); } System.out.println(); // 方式三：2*i-1 for (int i = 1; i <= 50; i++) { System.out.print(2 * i - 1 + " "); }④打印三位数中的所有水仙花数
// 水仙花数：一个整数满足其值等于各个数位的立方和。如153 = 1^3 + 5^3 + 3^3。 public static void show() { for (int num = 100; num <= 999; num++) { // ①取出整数的百分位、十分位、个分位 int b = num / 100; int s = num % 100 / 10; int g = num % 10; // ②将每位立方并相加，判断和num是否相等 if (num == (b * b * b + s * s * s + g * g * g)) { // ③相等则打印 System.out.print(num + " "); } } }⑤打印九九乘法表
// ①打印左直角三角形 // i: 行，j：列 // 极端：i = j for (int i = 1; i <= 5; i++) { for (int j = 1; j <= i; j++) { System.out.print("*"); } System.out.println(); } // ②打印右直角三角形 // i: 行，j：列 // 极端：i + j = 6 for (int i = 1; i <= 5; i++) { for (int j = 1; j + i <= 6; j++) { System.out.print("*"); } System.out.println(); } // ③打印等边三角 // i: 行，j：列 // 极端：j = 2*i - 1 for (int i = 1; i <= 5; i++) { for (int j = 1; j + i <= 6; j++) { System.out.print(" "); } for (int j = 1; j <= 2*i - 1; j++) { System.out.print("*"); } System.out.println(); } // ④九九乘法表 // i: 行，j：列 // 等价于左直角三角形 for (int i=1; i<=9; i++) { for (int j=1; j<=i; j++) { System.out.print(j + "*" + i + "=" + i*j + " "); } System.out.println(); }⑥打印1-100的素数
boolean flag; for (int i=2; i<=100; i++) { flag = true; // ①优化点：没必要一直除，只需要除到当前数的平方根位置即可，因为随着除数的增大，商必然减小，会造成重复的判断 for (int j=2; j < Math.sqrt(i)/*优化点*/; j++) { if (i % j == 0) { flag = false; break; } } if (flag) { System.out.print(i + " "); } }⑦输入一个正整数，反向输出
public static void reverse(int num) { // ①思路：将整数从右到左按位取出来 // 123 % 10 = 3 123 / 10 = 12 // 12 % 10 = 2 12 / 10 = 1 // 1 % 10 = 1 1 / 10 = 0 int result = 0; while (num > 0) { int bit = num % 10; num = num / 10; result = result * 10 + bit; // 每次乘10变成高位 } System.out.println(result); }⑧检查学习的进度
// do while 适合用于至少考核一次的场景 Scanner scanner = new Scanner(System.in); String s; do { System.out.println("学习中..."); System.out.println("是否及格?[Y/n]"); s = scanner.nextLine(); } while (!"y".equals(s));
数组
①byte、short、int、long以及 char的初始值都是0。
②程序运行时，局部变量存放在栈区，对象和数组存在堆区。（基本类型和引用类型都是在栈中声明，区别在于基本类型保存的是值，而引用类型保存的地址，所以直接打印arr1会打印出一个地址）
③数组的插入和删除
int[] arr = {1, 2, 3, 4, 0}; // 插队：第一次接触边界问题，如何保证不越界？ // ①首先从最后开始挪，即从arr.length - 1处开始挪，如果从前挪，就会挤到别人 // ②其次i-1要确保大于0，否则arr[i - 1]就越界了 for (int i = arr.length - 1; i - 1 >= 0; i--) { arr[i] = arr[i - 1]; } // 插进来了 arr[0] = 0; for (int i : arr) { System.out.print(i + " "); // [0,1,2,3,4] } System.out.println(); // 排队 // ①常识里都是前面的人开始往前挪，才会带动后面的人挪 // ②其次保证不越界的条件是i>=n且i+1<arr.length，这样既不会挪过头了，也保证i+1有人，n表示走的那个人的位置，假设1走了 for (int i = 1; i + 1 < arr.length; i++) { arr[i] = arr[i + 1]; } for (int i : arr) { System.out.print(i + " "); // [0,2,3,4,4] } System.out.println(); // 拷贝：队伍保持不变，换个新地方排队 int[] arr2 = new int[arr.length * 2]; for (int i = 0; i < arr.length; i++) { arr2[i] = arr[i]; } System.arraycopy(arr, 0, arr2, 0, arr.length); /*官方native方法*/ for (int i : arr2) { System.out.print(i + " "); // [0,2,3,4,4] }④数组的优缺点
内存是连续的，所以可以通过内存地址偏移量来访问指定位置元素，访问速度很快，时间复杂度为O(1)。
这也是数组的缺点，要求内存空间必须连续，可以使内存产生不能用的碎片。
长度不能改变，如果空间不够用，只能重新开辟更大的空间，将原数组数据依次拷贝过去。
插入和删除效率低，一个人动了全得动一下。
⑤统计正整数中每个数字出现的次数
public static int[] count(int num) { int[] count = new int[10]; while (num > 0) { int bit = num % 10; // 取出最低位 count[bit] ++; num = num / 10; // 去掉最低位 } return count; }⑥Arrays工具类
int[] arr = {6, 2, 3, 4, 5, 1}; int[] arr2 = {1, 2, 3, 4, 5, 6}; // 比较 System.out.println(Arrays.equals(arr, arr2)); // 排序: 从小到大 Arrays.sort(arr); System.out.println(Arrays.toString(arr)); // 填充 Arrays.fill(arr, 0, arr.length, 100); // 二分查找 System.out.println(Arrays.binarySearch(arr, 0, arr.length, 100)); // 打印 System.out.println(Arrays.toString(arr));⑦二维数组
- 由多个一维数组垛在一起构成。每个一维数组代表一行。
- 扫雷界面就是一个二维数组。
