Core Java 核心筆記（一）：基本程序結構、對象與類、內存模型深度解析

前言：夯實基本功，構建知識大廈基石

《Core Java》是 Java 程序員案頭必備經典。本文系統整理其第一卷核心內容：基本程序設計結構、對象與類、關鍵字語義、內存模型、參數傳遞機制，並補充源碼級分析與面試高頻陷阱，作為進階基石。

一、基本程序設計結構

1.1 八大基本類型與字面量

關鍵點：
— int 最常用，byte/short 用於大數組/文件 IO 節省內存。
— 浮點數字面量默認 double，float 必須加 F/f 後綴。
— char 實質是無符號 16 位整數，可參與算術運算。
— 除零行為：整數除零拋 ArithmeticException；浮點數除零得 Infinity/NaN，不拋異常。

1.2 變量初始化鐵律

局部變量必須顯式初始化，否則編譯報錯。成員變量自動獲得默認值。嚴禁使用未初始化的局部變量。

1.3 final 關鍵字：三重語義

• 基本類型：值不可變（編譯期常量折疊優化）
• 引用類型：引用不可變（指向對象固定），但對象內部狀態可變
• 方法/類：不可覆寫/不可繼承

最佳實踐：static final 定義類常量（如 Math.PI），命名全大寫下劃線分隔。

1.4 字符串不可變性與池化機制

• String 對象創建後內容不可修改，任何「修改」操作都產生新對象。
• 字符串常量池：字面量 "abc" 自動入池，new String("abc") 強制創建堆對象。
• intern() 手動入池/獲取池中引用。
• 比較鐵律：內容比較用 equals()，地址比較用 ==。

1.5 控制流程補充

• switch 支持類型：char, byte, short, int, Character, Byte, Short, Integer, String (Java 7+), enum。
• case 穿透特性：無 break 繼續執行下一 case。
• do-while 至少執行一次，適用於菜單交互等場景。

1.6 數組核心

• 創建時自動初始化：數值 0、布爾 false、引用 null。
• Arrays.sort() 使用雙軸快排 (基本類型) / TimSort (對象)。
• 多維數組本質是「數組的數組」，每行長度可不一致（鋸齒數組）。

二、對象與類

2.1 類之間三大核心關系

2.2 對象創建與引用機制

Date deadline = new Date(); // 兩步驟：
// 1. new Date()：堆上分配對象，調用構造器初始化，返回引用(地址)
// 2. 變量 deadline 棧上存儲該引用(地址)

核心認知：對象變量存儲的是引用(地址)，而非對象本身。多個變量可指向同一對象（別名現象）。

2.3 null 引用陷阱

Date date = null;
date.toString(); // 拋 NullPointerException：null 無指向對象，無法調用方法

防禦編程：Objects.requireNonNull()、Optional、註解 @NonNull、契約式設計。

2.4 構造器鐵律

• 與類同名、無返回類型（甚至無 void）
• 可重載（參數列表不同）
• 配合 new 調用
• 無構造器時編譯器生成無參構造器（僅當類無任何構造器）
• 子類構造器首行隱式/顯式調用父類構造器 (super())

2.5 this 關鍵字雙重語義

1. 隱式參數：非靜態方法中代表調用該方法的對象實例。
2. 構造器鏈調用：構造器首行 this(...) 調用本類其他構造器。

public class Employee {
    private String name;
    private double salary;
    
    public Employee(String name) { this(name, 0); } // 調用下方構造器
    public Employee(String name, double salary) {
        this.name = name;     // this 區分字段與參數
        this.salary = salary;
    }
}

2.6 靜態字段與方法：屬於類，不屬於對象

• 靜態字段：全類共享單份拷貝，ClassName.field 訪問。
• 靜態方法：無 this，只能訪問靜態成員。典型：Math.sqrt()、System.out (PrintStream 靜態實例)。
• 靜態導入：import static java.lang.Math.*;

2.7 參數傳遞：Java 唯一採用「按值調用」

基本類型：傳遞值的拷貝，方法內修改不影響原值。
引用類型：傳遞引用的拷貝（地址值），方法內可修改對象內部狀態，但無法修改原引用指向。

鐵律驗證代碼

// 情況1：修改對象狀態 - 生效
public void raiseSalary(Employee e, double percent) {
    e.setSalary(e.getSalary() * (1 + percent)); // 修改對象內部字段
}
Employee harry = new Employee("Harry", 50000);
raiseSalary(harry, 0.1); // harry.salary 變為 55000 ✅

// 情況2：嘗試修改引用指向 - 無效
public void swap(Employee a, Employee b) {
    Employee temp = a;
    a = b; // 修改局部變量 a 指向
    b = temp;
}
Employee alice = new Employee("Alice", 60000);
Employee bob = new Employee("Bob", 70000);
swap(alice, bob); 
// alice 仍指向 Alice，bob 仍指向 Bob ❌
// 因為 a、b 是 harry/alice 引用的拷貝，修改拷貝不影響原引用

2.8 方法重載與簽名

• 同名、參數列表不同（類型/個數/順序）
• 返回類型不是簽名一部分：不能僅返回類型不同重載
• 可變參數 Type... args 本質是數組，優先匹配固定參數

2.9 包與訪問控制

三、文檔註釋與 Javadoc

• 類/字段/方法上方 /** ... */
• 標簽：@param、@return、@throws、@see、@since、@deprecated
• 生成：javadoc -d docs -sourcepath src -subpackages com.example

四、總結：核心認知清單

1. 八大基本類型範圍、默認值、字面量後綴、包裝類對應
2. 局部變量必須初始化，final 三重語義
3. 字符串不可變、常量池、equals vs ==
4. 對象變量存引用，null 調用拋 NPE
5. 構造器規則、this 雙重語義、構造器鏈
6. 靜態屬於類，非靜態屬於對象
7. Java 唯一按值調用：引用傳遞的是地址拷貝，可改對象狀態，不可換引用指向
8. 重載看參數列表，返回類型無關
9. 四大訪問修飾符可見性矩陣

這些基石知識是理解集合、併發、JVM、框架原理的前提。建議反覆研讀、動手驗證、構建知識圖譜。