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Java 基礎學習筆記(二):環境搭建、基本語法與核心概念詳解

     編輯:Java 綜合教學

Java 基礎學習筆記(二):環境搭建、基本語法與核心概念詳解

有不足之處,歡迎各位指正。

一、基礎知識

1. JDK 的下載與安裝

前往 Oracle 官網,依序點選 Downloads → Java SE,選擇最新版本下載。值得注意的是,版本號如 8u111 與 8u112 的差異極小,後者僅是在前者基礎上進行優化升級,實際開發體驗幾無不同。下載時務必注意區分作業系統(Windows/Linux)與架構(x86 代表 32 位,x64 代表 64 位)。安裝介面中,預設選項為「不同意」,記得勾選「同意」才能繼續。若需舊版本,可透過搜尋引擎查找歷史版本頁面。

JDK 下載頁面

授權協議勾選

2. PATH 環境變數的作用

Java 涉及兩個關鍵環境變數:PATH 與 CLASSPATH。設定 PATH 指向 JDK 安裝目錄下的 bin 資料夾,目的是讓系統在任意路徑下都能直接執行 javac、java 等命令,無需每次輸入完整 JDK 路徑。

3. 初學者必讀的五大注意事項

  1. 編寫完程式碼後,務必儲存檔案(.java)。
  2. 在命令列(cmd)執行時,輸入的檔案路徑必須精確無誤。
  3. 編譯位元碼:javac 檔案名.java。
  4. 執行程式:java 類別名(注意:此處輸入的是類別名,而非檔案名,且不含副檔名)。
  5. main 方法簽名必須完全正確(public static void main(String[] args)),錯誤不會報編譯錯誤,只會被視為普通方法導致程式無法啟動。

檔案副檔名規範:原始碼 .java,位元碼 .class。

學習建議:多練、多問、主動除錯、定期複習總結,是入門最有效的路徑。

4. 關鍵字與標識符

  • 關鍵字:Java 保留字,具有特定含義,嚴格區分大小寫。
  • 標識符:用於命名變數、類別、方法等的自定義符號,需遵循命名規範。

5. 變數

命名規範

採用駝峰命名法(首單字首字母小寫,後續單字首字母大寫),名稱須見名知意。

宣告與賦值

可分步驟進行:int a1, a2, a3; a1 = 10;
亦可合併:int a = 10; char c = 'a'; short s = 10;

鐵律:先宣告、後賦值、再使用。

6. Java 資料類型

基本類型(Primitive Types)

int、char、boolean、byte 等,直接儲存數值本身。

參考類型(Reference Types)

String、類別、陣列等,儲存的是記憶體位址(引用)。

類型轉換關鍵點

  • short、byte、char 參與運算時,會自動提升為 int。
  • 不同類型運算,結果類型取決於範圍較大的那一方。

自動類型轉換(隱式轉換)

前提:目標類型與來源類型相容,且目標類型範圍 > 來源類型範圍(如 int → double)。
範例:short s = 100; int i = s; // 自動轉換
float f = 10.0f; // 須加 'f' 後綴,否則預視為 double

強制類型轉換(顯式轉換)

將大範圍類型轉為小範圍類型(如 long → int),語法:(目標類型) 變數。
警告:可能導致資料溢位或精度損失,建議謹慎使用。
範例:long l = 100000L; int a = (int) l;

7. 進制轉換

常見進制表示法

  • 二進制:0b 或 0B 開頭
  • 八進制:0 開頭
  • 十進制:預設
  • 十六進制:0x 或 0X 開頭(A-F 代表 10-15)

進制互轉核心邏輯

  • 十進制 → 二進制:連續除以 2 取餘,直到商為 0,餘數由下往上排列。
  • 二進制 → 十進制:各位乘以 2 的 (位索引-1) 次方並求和。
  • 二進制 ↔ 八進制:每 3 位一組對應(010 100 101 = 245)。
  • 二進制 ↔ 十六進制:每 4 位一組對應(0000 1010 0101 = 0xA5)。

生活中的進制例子:星期(七進制)、12 小時制(十二進制)、24 小時制(二十四進制)。計算機底層僅識別 0 和 1(二進制)。

二、運算符詳解

1. 算術運算符:+ - * / %

陷阱:short + short 會自動提升為 int,直接賦值給 short 會報錯。
正確寫法:int result = s1 + s2; 或 short s3 = (short)(s1 + s2);

2. 自增/自減:++ --

  • a++:先賦值,後運算(b = a++ → b=10, a=11)。
  • ++a:先運算,後賦值(b = ++a → b=12, a=12)。

3. 賦值運算符:= += -= *= /=

b += c; 等價於 b = (short)(b + c);(隱含強轉),而 b = b + c; 會報錯(需手動強轉)。

4. 關係運算符:> < >= <= == !=

結果皆為 boolean(true/false)。
基本類型比較值;參考類型比較記憶體位址。

5. 邏輯運算符:& | ! && ||

運算符特性
&&(短路與)左側為 false 時,右側不再執行
&(邏輯與)無論左側真偽,右側皆執行
||(短路或)左側為 true 時,右側不再執行
|(邏輯或)無論左側真偽,右側皆執行

6. 位運算符(針對二進制位)

操作對象為整數,內部將十進制轉二進制計算,結果仍為整數。

  • &(與):同為 1 則 1,否則 0。
  • |(或):同為 0 則 0,否則 1。
  • ^(異或):相異為 1,相同為 0。
  • ~(取反):0↔1 互換。規律:~正數 = -正數 - 1,~負數 = -負數 - 1(如 ~6 = -7,~-7 = 6)。

負數在記憶體中以補碼形式儲存,最高位為 1 表示負數。
應用場景:簡易加密(結合位運算與字元映射)。

7. 移位運算符:>> << >>>

  • >>(有號右移):相當於除以 2 的 n 次方(保留符號位)。6 >> 1 = 3,-6 >> 1 = -3。
  • <<(左移):相當於乘以 2 的 n 次方。6 << 2 = 24。
  • >>>(無號右移):高位補 0,正數同右移,負數會變成極大正數(-6 >>> 2 = 1073741822)。

性能優勢:位運算屬 CPU 指令級,速度極快。例:2 * 8 可寫為 2 << 3。

8. 三元運算符(條件運算符)

語法:條件 ? 結果真 : 結果假
範例解析:int c = b++ >= a ? a++ : b + a; 需嚴格遵循運算子優先級與後綴 ++ 語義,最終 c=20。

補充:變數交換的三種寫法

  1. 中間變數法
  2. 加減法(x = x+y; y = x-y; x = x-y;)
  3. 異或法(x = x^y; y = x^y; x = x^y;,無需暫存變數)
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