Java学习之旅基础知识篇：数据类型及流程控制

经过开篇对Java运行机制及相关环境搭建，本篇主要讨论Java程序开发的基础知识点，我简单的梳理一下。在讲解数据类型之前，我顺便提及一下Java注释：单行注释、多行注释以及文档注释，这里重点强调文档注释。通常单行注释独占一行并用"//"来开头，多行注释会占据多行并用/*...*/来表示。

/*
    HelloWorld是每一个Java学习者的起点，
    需要好好掌握
*/
public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        // 输出Hello World!
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

那什么叫文档注释呢？简单的说，就是利用javadoc将源代码的文档注释生成一份API文档，供使用者查询和参考。JDK API的在线文档查询：http://dlc.sun.com.edgesuite.net/jdk/jdk-api-localizations/jdk-api-zh-cn/builds/latest/html/zh_CN/api/，从文档界面不难看出分成三大区：包列表区(左上方)、类列表区(左下方)、详细说明区(右侧)。点击左侧"类列表区"中的类，右侧将显示该类对应的构造函数、属性、方法等详细信息。接下来，我们利用javadoc来生成一份API文档，需要说明的是，javadoc只处理以public或protected修饰的类、接口、方法、属性、构造器和内部类之前的文档注释而忽略其他地方的文档注释，如果开发者希望给使用者提供private成员的文档，则需要加入-private选项。文档注释用/**...*/来表示。javadoc的语法如下：

javadoc -d [API文档存放目录] -windowtitle [API文档浏览器标题] -doctitle [概述页面标题] -header [页面页眉] ... Java源文件/包 (可利用javadoc -help查询全部选项)

如源代码中包含中文，则需要设置-locale, -encoding, -charset如下：

javadoc -d [API文档存放目录] -windowtitle [API文档浏览器标题] -doctitle [概述页面标题] -header [页面页眉] -encoding utf-8 -charset utf-8 -locale zh_CN ... Java源文件/包 (可利用javadoc -help查询全部选项)

同时，为了更详细说明类、方法等成员的文档信息，经常添加以下javadoc标记(如@author、@version、@param、@return等)到这些成员上加以说明。

package miracle;
/**
* Description:
* <br/>此程序主要测试Javadoc指令来生成文档注释
* <br/>程序名：TestJavadoc.java
* <br/>编写日期：2012-08-22
* @author Miracle, He miracle@sina.com
* @version 1.0
*/
public class TestJavadoc {
    /**
    * 测试属性
    */
    protected String name;
    /**
    * 主方法，程序入口
    * @param args 输入参数列表
    */
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, Miracle!");
    }
}

package miracleHe;
/**
* Description:
* <br/>此程序主要测试Javadoc指令来生成文档注释
* <br/>程序名：TestJavadocTag.java
* <br/>编写日期：2012-08-22
* @author Miracle, He miracle@sina.com
* @version 1.0
*/
public class TestJavadocTag {
    /**
    * 此方法用来打招呼
    * @param name 打招呼的名称
    * @return 返回打招呼的字符串
    */
    private String hello(String name) {
        return name + "，你好！";
    }
}

我们这里添加了两个包miracle和miracleHe(目的为生成概述)，执行以下命令将输出API文档。

javadoc -d apidoc -windowtitle "Generate Javadoc" -doctitle "Learning HelloWorld Class by Javadoc" -header "Javadoc Test" -charset "utf-8" -encoding "utf-8" Test*.java

默认情况下不会提取@author、@version等信息，如需提取则需要添加。

javadoc -d apidoc -windowtitle "Generate Javadoc" -doctitle "Learning HelloWorld Class by Javadoc" -header "Javadoc Test"-charset "utf-8" -encoding "utf-8" -author -version Test*.java

Java是强类型语言，也就是变量或表达式在编译时就已经明确其类型，即先声明后使用。数据类型分为: 基本类型(Primitive Type)和引用类型(Reference Type)。其组织关系如下：基本类型包含整数类型(byte、short、int、long)、字符类型(char)、浮点类型(float、double)和布尔类型(true、false)；引用类型包含字符串(String)、数组、类、接口和空类型(null)。先从整数类型谈起，如果一个较小的整数(在byte或short的范围之内)赋值给byte或short时，系统会自动转化为对应的类型；如果一个巨大的整数(超出int的范围)，系统则不会自动当做long来进行处理，需要添加后缀L来进行标识，即使这个整数在int的范围之内声明的long类型变量不添加L仍然当做是int。

public class TestInteger {
    public static void main(String[] args) {
        byte b = 56; //系统会自动转化为byte
        //long big = 999999999999; //出错，系统不会当作long来处理
        long big2 = 41433333313243133L; //使用L强制为long类型
    }
}

整数除了十进制来表示外，还可以使用八进制(0开头)以及十六进制(0x开头，A~F代表10~15)来进行表示。

int octalValue = 013;
int hexValue = 0x2F;

虽然字符型被单独处理，但其实它就是一种整数(0~65535之间的无符号整数)，字符通常可以使用''(如'A')、转义字符('\n'、'\r')和Unicode('\uXXXX'，前256个字符与ASCII码一致)来表示。如果将0~65535之间的整数赋给char变量将直接将int转化为char类型。

public class TestChar {
    public static void main(String[] args) {
        //定义字符型
        char a = 'a';
        char enter = '\r';
        char ch = '\u24af';
        System.out.println(ch);//输出？
        char yu = '宇';
        int yuValue = yu;
        System.out.println(yuValue);//23431
        char c = 97;
        System.out.println(c);//a
    }
}

但请注意，字符串虽然是由字符组成(可看作字符数组)，但字符串是引用类型。接下来，我们讨论一下浮点数。浮点数分为单精度浮点数(float)和双精度浮点数(double)。其中float占4个字节，第一位是符号位，接下来8位是指数位，最后23位是尾数，必须要添加后缀F；double占8个字节，第一位是符号位，接下来11位是指数位，最后52位是尾数，是默认类型，可以不添加后缀D来标识。浮点数可用十进制(如5.12，.512)和科学计数法(5.12E2)来表示。特别需要注意的是：浮点数还包含三个特殊的值，正无穷大(POSITIVE_INFINITY，通过正数除以0得到)、负无穷大(NEGATIVE_INFINITY，通过负数除以0得到)和非数(NaN，通过0.0除以0.0或对负数开方得到)。所有正无穷大值都相等，所有负无穷大值相等，非数不与任何数相等(包含NaN本身也不相等)。

public class TestFloat {
    public static void main(String[] args) {
        float f = 5.12F;
        double zero = 0.0;
        float p = Float.POSITIVE_INFINITY;
        double n = Double.NEGATIVE_INFINITY;
        System.out.println(p==n);//false
        System.out.println(f/zero);//Infinity
        System.out.println(f/zero==p);//true
        System.out.println(0.0/zero==Double.NaN);//false
        System.out.println(6.0/0==8.2/0);//true
        System.out.println(1/0);//抛出异常
    }
}

另外提一句，bool类型只能为true或false，不能用0或非0来表示，其他基本类型都不能转化为bool类型，如果bool类型与字符串相连，将直接转化为字符串。

接下来，我们讨论一下数据类型转换相关知识。数据类型转换分为自动转换和强制转换，自动转换的关系如下图：

箭头左边的类型可以自动转化为右边的类型。此外，当基本类型与字符串进行连接时，基本类型会自动转换为字符串。反之，将字符串转化为基本类型则调用xxx.pareseXxx方法(如Integer.parseInt("12"))。

public class AutoConversion {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 6;
        float f = a;
        System.out.println(f);//6.0
        byte b = 9;
        //char c = b;//出错，byte不能自动转化为char
        double d = b;
        System.out.println(d);//9.0
        //基本类型与字符串进行转化
        String s = 5.3F + "";
        System.out.println(s);//5.3
        System.out.println(3 + 4 + "Hello!");//7Hello!
        System.out.println("Hello!" + 3 + 4);//Hello!34
    }
}

反之，如果想把箭头右边的类型转换为左边的类型，就需要强制类型转换，这样做可能导致数据溢出或精度丢失。因此在进行强制类型转换时需格外小心。

public class ForceConversion {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 234;
        byte b = (byte)i;
        System.out.println(b);//-22
        double d = 3.56;
        int n = (int)d;
        System.out.println(n);//3
    }
}

可能大家会问234咋转换为byte就变成了-22了呢？我们都知道，byte的范围是-128~127，显示超出了表示的范围，234的二进制表示为00..0011101010，转换后截取后8位之后变成11101010，而第一位是符号位(这里是个负数)，而负数在计算机中以补码形式存在，需要转换为原码(补码减1成反码再按位取反，符号位不变，因此：11101010-->11101001-->10010110)。

在进行表达式计算时，数据类型会发生自动提升：如所有byte、short和char将自动提升为int类型，表达式的数据类型将提升为最高等级操作数的数据类型。对于整数相除时，即使不能除尽也要舍弃小数部分，对于字符串与数字或字符相加时，此时应该从左自右进行运算，以判断是否为字符串连接还是加法运算。

public class AutoPremotion {
    public static void main(String[] args) {
        short s = 5;
        //s = s - 2;//出错，表达式被提升为int
        byte b = 10;
        char c = 'a';
        double d = .12;
        System.out.println(b + c + d);//表达式被提升为double
        System.out.println(23 / 3);//7
        System.out.println(b + c + "Hello!");//107Hello!
        System.out.println("Hello!" + b + c);//Hello!10a
    }
}

在讲解流程控制之前，我在这里补充一下平常容易出错的知识点。我们来看以下程序：

public class CompareString {
    public static void main(String[] args) {
        String a = new String("Miracle");
        String b = new String("Miracle");
        System.out.println(a == b);//false，因此a与b指向不同的实例(尽管内容一致)
        String c = "Miracle";
        String d = "Miracle";
        System.out.println(c == d);//true，此处由于字符串缓存机制，比较的仅仅是两者的内容
    }
}

另外，对于短路运算符(如||)与不短路运算符(如|)的区别: ||先计算左边的操作数，如果为true将不再继续计算，而|不管左边结果如何都会计算之后的操作数。

public class TestLogicOperator {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 10;
        if(a > 4 || b++ > 10)
        {
            System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);//a=5,b=10
        }
        if(a > 4 | b++ > 10)
        {
            System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);//a=5,b=11
        }
    }
}

接下来，进入流程控制的讲解，任何编程语言(Java也不例外)的流程控制结构包含：顺序结构和分支结构(if、if...else、if...else if...else、switch)和循环结构(while、do...while、for、foreach)。这里不再举例说明，只是强调一点，对于分支结构if...else，尽量不要省略之后的花括号，即使只有一条语句也不能省略，其中对于非常简单的if...else结构，可以用三目运算符(if(a>b)?a:b)来替代。为了避免发生逻辑错误，应该遵守：总是优先把包含范围小的的条件放在前面处理。

public class TestIf {
    public static void main(String[] args) {
        int age = 45;
        if(age > 20) {
            System.out.println("Young");
        } else if(age > 40) {
            System.out.println("Middle");
        } else if(age > 60) {
            System.out.println("Old");
        }
    }
}

我们发现运行之后输出Young，明显与预期不符(应该输出Middle)。就是因为刚才提到的范围问题导致(age > 20比age > 60范围大)。我们改写一下：

public class TestIf {
    public static void main(String[] args) {
        int age = 45;
        if(age > 60) {
            System.out.println("Old");
        } else if(age > 40) {
            System.out.println("Middle");
        } else if(age > 20) {
            System.out.println("Young");
        }
    }
}

刚才提到if之后的花括号不能省略，对于switch...case来说，case之后的花括号尽量省略，而break不要省略(否则将贯穿多个case执行)，尽量加上default，此外对于switch(expression)的表达式只能为整数，不能为字符串(这点跟其他语言不一样)。
      对于循环结构，也不要省略循环体中的花括号(即使只有一句)，还可以组成多层嵌套循环。可以使用break结束本层循环，进入循环之后的代码，使用continue结束本次循环，进入下一次循环，也可以使用return直接返回。但是有时还有特殊情况，就是从内层循环跳出到外层循环，需要使用Java标签(用:表示)，不过通常此标签必须位于break所在循环的外层循环之前才起作用。以下程序将输出: i = 0,j = 0;i = 0,j = 1。

public class TestBreak {
    public static void main(String[] args) {
        outer:
        for(int i = 0; i < 5; i++) {
            for(int j = 0; j < 2; j++) {
                System.out.println("i = " + i + ",j = " + j);
                if(j == 1) {
                    break outer;
                }
            }
        }
    }
}

此外，continue也可添加标签，表示立即结束continue所在循环，跳到标签所在位置进入下一次循环。如果将以上的break改成continue的话，将输出: i = 0, j = 0; i = 0, j = 1; i = 1, j = 0; i = 1, j = 1; i = 2, j = 0; i = 2, j = 1; i = 3, j = 0; i = 3, j = 1; i = 4, j = 0; i = 4, j = 1。最后，return直接返回整个方法，而不管方法中嵌套有多少层循环。