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1. Java 语言基础

memset0

Dec 18, 2024

Ch02 Elementary Programming

Identifiers

标识符(indentifier) 是由字母、数字、下划线 _ 和美元符号 $ 组成的字符序列。
规则：
1. 必须以字母、下划线 _ 或美元符号 $ 开头，不能以数字开头。
2. 不能是 Java 的保留字。
3. 不能是 true、false 或 null。
4. 区分大小写。
5. 长度没有限制。

Variables

变量(variable) 是存储数据的容器。
可以在一步中完成变量的声明和初始化。
Java 变量与 C/C++ 变量的区别
- 在 Java 中，变量的声明和定义没有区分。
- Java 不会为方法中的局部变量赋默认值，必须显式初始化，否则会报 CE。

The `final` Keyword

使用 final 修饰变量得到 命名常量(named constant)。
- final 变量是不可改变的，只能在初始化的时候被改变一次，但是这个初始化可以在运行时刻初始化，也可以在编译时刻初始化，甚至可以放在构造函数中初始化，而不必在声明的时候初始化。
  - 举例：定义类时写 final int x; 然后在构造函数中在初始化 x = 1; 是合法的。
- 修饰对象引用时，不能改变引用指向的对象，但不意味着不能改变对象实例的内容。
使用 final 修饰方法表示该方法不能被 重写(override)。
使用 final 修饰类表示该类不能被继承，里面的所有方法也自动会是 final 的。

Literals

使用 f 结尾表示单精度浮点数字面量，使用 d 结尾表示双精度浮点数字面量。
特殊的浮点数值：
- Double.POSITIVE_INFINITY：正无穷大。
- Double.NEGATIVE_INFINITY：负无穷大。
- Double.NaN：非数值。

Type Casting

隐式转换（从小范围到大范围）：如 double d = 3;
显式转换（从大范围到小范围）：如 int i = (int)3.9;
- 像这样的转换必须显示地写出，否则会 CE。

Ch03 Selections

The `boolean` Data Type

boolean 类型只有两个值：true 和 false。
与 C/C++ 不同，整型与布尔型不能直接转换，如当 even 是 boolean 类型时写 if (even != 0) 会编译错误，if (even) 可以通过编译。

if-else statment

else 语句采用就近原则，做题时不要被代码缩进欺骗。

switch statement

每一个 case 下的 break 语句可以省略，这种情况下会继续执行下一个 case 的语句。
参数的类型限制：
- 在 java 中 switch 后的表达式的类型只能为以下几种：byte、short、char、int、枚举类（在 Java1.6 中是这样），在 java1.7 后支持了对 string 的判断；
- 注意：boolean、long 类型不能作为 switch 参数。

Operator Associativity

所有二元运算符都是左结合的：a – b + c – d 等价于 ((a – b) + c) – d。
但是所有赋值运算符都是右结合的：a = b += c = 5 等价于 a = (b += (c = 5))。

Ch04 Mathematical Functions, Characters, and Strings

Characters

Java 中的字符默认采用 UTF-16 编码，每个字符占用 2 字节。
- Comment：对于超出基本字符集（BMP）的字符，会使用代理对（Surrogate Pair）来表示，每个代理对占用 4 字节。
char Data Type
- 表示单个字符，支持 ASCII 和 Unicode。
- 示例：
  - char letter = 'A'; （ASCII）
  - char letter = '\u0041';（Unicode）
- 可以使用递增或递减操作符获取下一个或前一个字符。
  - 示例：char ch = 'a'; System.out.println(++ch); 输出 b。
Character 类中的方法：
- isDigit(ch)：判断是否为数字。
- isLetter(ch)：判断是否为字母。
- isUpperCase(ch)：判断是否为大写字母。
- isLowerCase(ch)：判断是否为小写字母。
- toUpperCase(ch)：将字符转换为大写。
- toLowerCase(ch)：将字符转换为小写。

The `String` Class

Java 的 String 类是不可变类。
- 坑点：后面的各种方法都不是在原串上做修改。
定义与基本操作
- 使用 String 对象表示字符串。
- 示例：String message = "Welcome to Java";
常用方法
- length()：获取字符串长度。
  - 示例："Hello".length() 返回 5。
- charAt(index)：获取指定索引的字符。
  - 示例："Hello".charAt(0) 返回 H。
- concat(s1) 或 +：拼接字符串。
  - 示例："Hello".concat(" World") 返回 "Hello World"。
- toUpperCase() 和 toLowerCase()：大小写转换。
  - 示例："Hello".toUpperCase() 返回 "HELLO"。
- trim()：去除字符串两端的空格。
  - 示例：" Hello ".trim() 返回 "Hello"。
字符串比较
- equals(s1)：比较字符串内容是否相等。
  - 示例："Hello".equals("hello") 返回 false。
- equalsIgnoreCase(s1)：忽略大小写比较字符串内容是否相等。
  - 示例："Hello".equalsIgnoreCase("hello") 返回 true。
- compareTo(s1)：比较字符串的字典顺序。
  - 返回值：
    - 大于 0：当前字符串大于 s1。
    - 等于 0：两字符串相等。
    - 小于 0：当前字符串小于 s1。
- compareToIgnoreCase(s1)：忽略大小写比较字符串的字典顺序。
- startsWith(s1)：判断字符串是否以 s1 开头。
- endsWith(s1)：判断字符串是否以 s1 结尾。
子字符串操作
- substring(beginIndex)：从指定索引开始截取到末尾。
- substring(beginIndex, endIndex)：截取指定范围（左闭右开）的子字符串。
  - 示例："Hello".substring(1, 4) 返回 "ell"。
查找字符或子字符串
- indexOf(ch)：返回字符首次出现的索引。
- indexOf(ch, fromIndex)：从指定索引开始返回字符首次出现的索引。
- indexOf(s1)：返回子字符串首次出现的索引。
- indexOf(s1, fromIndex)：从指定索引开始返回子字符串首次出现的索引。
- lastIndexOf(ch)：返回字符最后一次出现的索引。
- （类似地还有三个这里略。）
字符串转数字
- Integer.parseInt()：将字符串转换为整数。
  - 示例：Integer.parseInt("123") 返回 123。
- Double.parseDouble()：将字符串转换为浮点数。
  - 示例：Double.parseDouble("3.14") 返回 3.14。
数字转字符串
- String.valueOf()：会调用对应基础数据类型的包装类的 toString() 静态方法。
- 可以使用 + ""
  - 示例：123 + "" 返回 "123"。

String Matching & Replacing & Splitting (Ch10)

replace(oldChar, newChar)：字符替换
replaceFirst(oldString, newString)：子字符串替换，但只替换第一次
replaceAll(oldString, newString)：子字符串替换
split(delimiter): String[]：将字符串按指定串分割成数组
这里的 match、replace 系列、split 方法都支持正则表达式。

String Formatting (Ch10)

支持 String.format() 的静态方法，其中第一个参数是格式化字符串，支持的语法参见下面的 String-Formatting 部分。

Input: The `Scanner` Class

Scanner sc = new Scanner(System.in);
使用 Scanner 类：
- nextInt()、nextDouble()、nextFloat()、nextLong() 方法：读取整数、浮点数、长整数等等基本数据类型。
- next() 方法：读取单词。从遇到第一个有效字符（非空格、换行符）开始扫描，遇到第一个分隔符或结束符（空格或者换行符 \n）时结束。
- nextLine() 方法：读取整行。扫描剩下的所有字符串直到遇到回车为止。（可以从空格开始）。
注意：nextInt() 和 nextLine() 的组合可能导致读取问题（即剩一个空的行末）。解决方法：在 nextInt() 后添加一个 nextLine()。

Formatting Output

TODO：具体还是得看一下课件。

使用 printf 格式化输出
- 格式：%[index$][标识][最小宽度][.精度]转换符。
  - %：占位符的起始字符，若要在占位符内部使用 %，则需要写成 %%。
  - [index$]：位置索引从 1 开始计算，用于指定对索引相应的实参进行格式化并替换掉该占位符。
  - [标识]：用于增强格式化能力，可同时使用多个 [标识]，但某些标识是不能同时使用的。
  - [最小宽度]：用于设置格式化后的字符串最小长度，若使用 [最小宽度] 而无设置 [标识]，那么当字符串长度小于最小宽度时，则以左边补空格的方式凑够最小宽度。
  - [.精度]：对于浮点数类型格式化使用，设置保留小数点后多少位。
  - 转换符：用于指定格式化的样式，和限制对应入参的数据类型。
- 常用转换符
  - %b：布尔值。
  - %c：字符。
  - %s：字符串。
  - %d：整数。
  - %f：浮点数。
  - %e：科学计数法（4.556000e+01）。
  - 日期和时间：
    - %tF：完整日期（如 2024-12-17）。
    - %tT：完整时间（如 15:45:14）。
    - 还有各种，以 %t 开头。
- 标识
  - -：左对齐。
  - 0：用零填充。
  - ,：千位分隔符。
  - +：显示正负号。
- 示例
  - 将整数补零：String.format("%04d", 5) 返回 "0005"。
  - 千位分隔符：String.format("%,d", 1000000) 返回 "1,000,000"。

Ch05 Loops

`do`-`while` Loop

基本结构：

do {
    // Loop body;
    Statement(s);
} while (loop-continuation-condition);

特点：至少执行一次循环体，然后再检查条件。

Break with Tag

使用带标签的 break 语句可以跳出多层嵌套循环。

示例：

outer: for (int i = 0; i < 5; i++) {
    for (int j = 0; j < 5; j++) {
        if (j == 2) break outer; // 跳出 outer 循环
        System.out.println("i = " + i + ", j = " + j);
    }
}

可以将标签用到任意语句块中（即大括号括起来的一段语句），使用带标签的 break 语句可以跳出该语句块，即使这个语句块不是循环体。

For-in

Java 5 引入了用于数组和容器的 for-in 语法，这类似于 C++ 14 的 range-based for 语法。
- 示例：
```
int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int number : numbers) {
    System.out.println(number);
}
```

Ch06 Methods

Methods

方法(method) 是一组语句的集合，用于完成某个特定的操作。通过方法可以实现代码的复用、模块化和易维护性。
方法签名(method signature) 定义为方法名和参数列表的组合，它是方法的唯一标识。

Formal & Actual Parameters

形式参数(formal parameter) 是方法头中定义的变量，用于接收调用方法时传递的值。
实际参数(actual parameter) 是在调用方法时传递给形式参数的值。
Java 中的参数传递是 按值传递(pass by value) 的，即将实际参数的值复制一份传递给方法。
- 即方法内对参数的修改不会影响方法外的变量。

Overloading

特性	Override（方法重写）	Overload（方法重载）
定义	子类重新定义父类的方法，实现不同的行为。	同一个类中定义多个同名方法，参数列表不同。
方法名	必须相同。	必须相同。
参数列表	必须完全相同。	必须不同（数量、类型或顺序）。
返回值类型	必须相同或是父类返回值类型的子类型（协变返回类型）。	无要求（不会影响重载）。
访问修饰符	不能更严格。	无限制，可以改变。
关键字	必须加 `@Override` 注解（推荐）。	不需要 `@Override` 注解。
静态方法	不能重写静态方法。	静态方法可以重载。
多态性	支持运行时多态（动态绑定）。	不支持运行时多态（编译时绑定）。
使用场景	用于继承关系中，子类修改父类的行为。	用于同一类中方法的灵活性，处理不同的参数情况。

方法的 重载(overload) 是指在同一个类中定义多个同名方法，但参数列表不同。
- 注意区分 overload 和 override。
- 可以重载静态方法，但不能重写静态方法。
模糊调用(ambiguous invocation)：在方法调用时，编译器可能发现有多个方法匹配，无法确定哪一个是最具体的，这种时候会直接 CE。
- 原因：
  - 方法重载时，多个方法的参数列表可能存在一定的重叠，导致编译器无法确定调用哪个方法。
  - 方法调用中涉及自动类型转换或可变参数时，可能会有多个方法同时符合调用条件。
- 举例：如果有 print(int); print(double); 两个方法，则在 print(1); 时会认为前者更具体而不会报错，但如果同时有 print(int, double); 和 print(double, int); 两个方法，则 print(1, 1); 时就无法确定调用哪个方法更具体，从而会报错。

Ch07 Single-Dimensional Arrays

Single-Dimensional Arrays

声明数组
- 语法：
  - datatype[] arrayRefVar;
  - datatype arrayRefVar[]; （不推荐）
创建数组
- 语法：
  - arrayRefVar = new datatype[arraySize];
  - 示例：myList = new double[10];
- 创建时会自动设定为默认值：
  - 数值基本类型自动设定为 0，字符类型默认为 \u0000，布尔类型默认为 false。
  - 对象引用类型默认为 null。
使用 arrayRefVar.length 获取数组大小。
- 数组一旦创建，大小就固定不能改变。
数组初始化器(array initializer)：使用时必须要在一个语句中完成数组的声明、创建和初始化，否则会导致 CE。
- 举例：double[] myList = {1.9, 2.9, 3.4, 3.5};
- 可以用 new int[]{3, 1, 5, 2, 4} 的语法用数组初始化器创建 匿名数组(anonymous array)。
Java 数组的内存分配在堆上。而在 C 中，使用 int a[100] 创建的数组分配在栈上，使用 int *a = new int[100]; 创建的数组分配在堆上。
边界检查：Java 的 [] 操作符会检查数组边界。
拷贝数组：不会重新创建数组，而是直接将引用复制。
- 正确的拷贝数组方式：
  - 重新创建一个并依次赋值
  - 使用 System.arraycopy：System.arraycopy(sourceArray, 0, targetArray, 0, sourceArray.length);。
  - 使用 Arrays.copyOf：int[] copiedArray = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);

Ch08 Multidimensional Arrays

Two-dimensional Arrays

声明与创建：
```
// 声明数组引用变量
dataType[][] refVar;
refVar = new dataType[10][10];
// 声明和创建结合
dataType[][] refVar = new dataType[10][10];
// 另一种语法
dataType refVar[][] = new dataType[10][10];
```
- 多维数组的创建时应从左到右指定维数，未指定的维数不会自动创建内容，需要再手动创建。
  - 即 int a[][] = new int[3][0] 和 new int[3][3] 都是合法的，但是前者要再使用 a[0] = new int[3] 才能创建第二维的内容。
Java 的数组每一维可以有不同的大小，大小不同的数组称为 不规则数组(ragged array)。

杂项

System.currentTimeMillis() 返回自 1970 年 1 月 1 日以来的毫秒数。
Java 语言的 public static void main(String args[]) 命令行参数中，从第一个位置开始存储命令行参数（即 args[0]），程序名没有存储在 args 中。
Java 中不能在嵌套代码块中重复声明同名变量，这点与 C/C++ 不同。
静态导入 import static：可以引入类的静态成员，如 import static java.lang.Math.PI 后可以直接用 PI 而不用 Math.PI。

`java.lang.Math` (Ch04)

常用常量
- Math.PI：圆周率。
- Math.E：自然对数的底。
常用方法
- 三角函数：Math.sin、Math.cos、Math.tan、Math.toRadians 等。
- 指数函数：Math.exp、Math.log、Math.log10、Math.pow、Math.sqrt。
- 四舍五入方法：Math.ceil、Math.floor、Math.rint、Math.round。
  - Math.rint() 方法是向最接近的整数取整，如果出现 x.5 的情况则向 x 和 x+1 中的偶数取整。
- 最值和绝对值：Math.max、Math.min、Math.abs。
- 随机数生成：
  - Math.random() 生成 $[0., 1.)$ 的随机数。

`java.utils.Arrays` (Ch07)

copyOf(array, newLength) 静态方法：拷贝数组。
binarySearch(array, key) 静态方法：二分搜索（要求数组有序）。
sort(array) 静态方法：将数组排序。

`java.util.Date` (Ch09)

构造函数：
- Date()：构造一个表示当前时间的 Date 对象。
- Date(elapseTime: long)：构造一个 Date 对象，表示自 1970 年 1 月 1 日 GMT 以来指定毫秒数的时间。
方法：
- toString() : String：返回表示日期和时间的字符串。（例：Sun Mar 09 13:50:19EST 2003）
- getTime() : long：返回自 1970 年 1 月 1 日 GMT 以来的毫秒数。
- setTime(elapseTime: long) : void：设置对象的新时间。

`java.util.Random` (Ch09)

构造函数：
- Random()：使用当前时间作为种子构造一个 Random 对象。
- Random(seed: long)：使用指定的种子构造一个 Random 对象。
方法：
- nextInt() : int：返回一个随机的 int 值。
- nextInt(n: int) : int：返回一个 0（含）到 n（不含）之间的随机 int 值。
- nextLong() : long：返回一个随机的 long 值。
- nextDouble() : double：返回一个 0.0（含）到 1.0（不含）之间的随机 double 值。
- nextFloat() : float：返回一个 0.0F（含）到 1.0F（不含）之间的随机 float 值。
- nextBoolean() : boolean：返回一个随机的 boolean 值。

1. Java 语言基础

Ch02 Elementary Programming

Identifiers

Variables

The final Keyword

Literals

Type Casting

Ch03 Selections

The boolean Data Type

if-else statment

switch statement

Operator Associativity

Ch04 Mathematical Functions, Characters, and Strings

Characters

The String Class

String Matching & Replacing & Splitting (Ch10)

String Formatting (Ch10)

Input: The Scanner Class

Formatting Output

Ch05 Loops

do-while Loop

Break with Tag

For-in

Ch06 Methods

Methods

Formal & Actual Parameters

Overloading

Ch07 Single-Dimensional Arrays

Single-Dimensional Arrays

Ch08 Multidimensional Arrays

Two-dimensional Arrays

杂项

java.lang.Math (Ch04)

java.utils.Arrays (Ch07)

java.util.Date (Ch09)

java.util.Random (Ch09)

Comments

The `final` Keyword

The `boolean` Data Type

The `String` Class

Input: The `Scanner` Class

`do`-`while` Loop

`java.lang.Math` (Ch04)

`java.utils.Arrays` (Ch07)

`java.util.Date` (Ch09)

`java.util.Random` (Ch09)