您现在的位置：程式碼之家 >> 編程語言 > >> Java 程式設計 >> Java 綜合教學

Java 基礎核心筆記（二）：程序結構、數據類型、變量、運算符、字符串深度解析

編輯：Java 綜合教學

Java 基礎核心筆記（二）：程序結構、數據類型、變量、運算符、字符串深度解析

本文系統梳理 Java 基礎語法核心知識點，涵蓋程序骨架、八大基本類型、變量常量、運算符優先級、字符串不可變機制與 API 實戰，適合入門鞏固、面試速查、知識體系構建。

一、一個最小化 Java 程序剖析

public class FirstExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("we will not use 'hello world' ");
    }
}

核心要素速記

元素	規則/說明
大小寫敏感	`main` ≠ `Main`，類名大寫開頭，方法小寫開頭
訪問修飾符	`public`：對所有類可見；`private/protected/default` 見後續封裝章節
類與文件	文件名 = 公有類名 + `.java`（如 `FirstExample.java`）
main 方法	JVM 入口，固定簽名 `public static void main(String[] args)`
語句結束	分號 `;`，換行不結束，可跨行寫長語句
代碼塊	`{ }` 界定類體、方法體、塊作用域
字符串字面量	雙引號 `"..."`，單引號 `'c'` 為字符字面量

二、註釋規範

// 單行註釋
/* 多行註釋：不能嵌套，代碼中含 */ 時不可用 */
/** 文檔註釋：javadoc 提取生成 API 文檔，支持 @param @return @see 等標籤 */

三、八大基本數據類型詳細表

1. 整數類型（4 種）

類型	位數/字節	取值範圍	默認值	字面量後綴
byte	8 位 / 1 字節	-128 ~ 127	0	無
short	16 位 / 2 字節	-32,768 ~ 32,767	0	無
int	32 位 / 4 字節	-2,147,483,648 ~ 2,147,483,647	0	無（默認）
long	64 位 / 8 字節	-9.22e18 ~ 9.22e18	0L	L / l

關鍵點：Java 整型範圍固定跨平台，解決了 C/C++ 移植性問題。整型字面量默認 int，賦值 long 需加 L（如 long x = 100L;）。

2. 浮點類型（2 種）

類型	位數/字節	有效位數	取值範圍	字面量後綴
float	32 位 / 4 字節	6~7 位	±3.4e38	F / f
double	64 位 / 8 字節	15 位	±1.79e308	D / d（默認）

特殊值：Double.POSITIVE_INFINITY、NEGATIVE_INFINITY、NaN。判斷 NaN 必須用 Double.isNaN(x)，x == Double.NaN 永為 false。

3. 字符類型 char

16 位無符號，UTF-16 代碼單元，範圍 \u0000 ~ \uFFFF（0 ~ 65535）。
'A' (字符常量, 65) ≠ "A" (字符串對象)。
轉義字符：\n \t \\ \' \" \uXXXX（Unicode 轉義可出現在標識符/註釋外）。
不建議直接操作 char，輔助字符需雙代碼單元（代理對），易出 Bug，優先用 String、codePoint API。

4. 布爾類型 boolean

只有 true/false，不可與數值互換（C/C++ 中 0/非 0 可作布爾）。
if (x = 0) 編譯報錯（賦值非布爾），避免了 C 系經典 Bug。

四、變量與常量

1. 變量聲明初始化

// 語法：類型 變量名 [= 初始值] [, 變量名...];
int a = 10, b = 20;
double rate = 3.14;
boolean flag = true;

Java 無「聲明 vs 定義」區分，int i = 10; 同時完成聲明、定義、初始化。
命名規範：駝峰法 lowerCamelCase，見名知意，避免拼音/單字母。

2. 常量 final

final double PI = 3.14159;           // 實例常量，大寫下劃線分隔
static final int MAX_SIZE = 100;     // 類常量（編譯期常量），推薦用於多方法共享

const 是保留關鍵字但未使用，必須用 final。
引用類型 final 只固定引用地址，對象內容仍可修改。

五、運算符優先級與核心陷阱

優先級表（高→低，同級左結合，除右結合標註）

1. [] . () (方法調用)                    ← 最高
2. ! ~ ++ -- + - (一元) (類型轉換) new   ← 右結合
3. * / %                                 ←
4. + - (二元)                            ←
5. << >> >>>                             ←
6. < <= > >= instanceof                  ←
7. == !=                                 ←
8. & (位與)                              ←
9. ^ (位異或)                            ←
10. | (位或)                             ←
11. && (邏輯與)                          ← 短路
12. || (邏輯或)                          ← 短路
13. ?: (三元)                            ← 右結合
14. = += -= *= /= %= &= ^= |= <<= >>= >>>= ← 右結合，最低

必知陷阱實戰

整數除零拋異常，浮點數除零得 Infinity/NaN。
自增自減副作用：int m=7; int a=2*++m; // m=8,a=16 vs int n=7; int b=2*n++; // n=8,b=14。
短路邏輯：if(x!=0 && 1/x > y) 避免除零，&&/|| 短路求值。
位運算：& | ^ ~ << >> >>>，移位操作數取模 32（long 模 64），1 << 35 == 1 << 3。
Math 工具類：Math.sqrt/abs/max/min/round/random 為 static 方法，JDK 5+ 可 import static java.lang.Math.*; 直接用方法名。

六、數值類型轉換規則

1. 自動提升（隱式）

表達式中：double > float > long > int，低向高提升。byte/short/char 參與運算直接提升為 int。

2. 強制轉換（顯式）

double x = 9.997;
int n1 = (int) x;          // 截斷 → 9
int n2 = (int) Math.round(x); // 四捨五入 → 10

精度損失風險：int n=123456789; float f=n; // f=1.23456792E8 丟失低位。
boolean 不參與任何數值轉換，需用三元 b ? 1 : 0。

3. 轉換圖示（實心箭頭無損失，虛線箭頭可能損失精度）

數值轉換關係圖

七、字符串深度解析：不可變性、內存模型與 API 精華

1. 本質：不可變的 Unicode 字符序列

底層 final char[] value（JDK 9+ 改為 byte[] + coder 緊湊字符串）。
不可變意味著：任何修改操作（拼接、替換、截取）都會創建新對象，原對象不變。

2. 字符串常量池與 intern()

String s1 = "hello";           // 常量池中創建/復用
String s2 = "hello";           // 同一引用
String s3 = new String("hello"); // 堆中新對象
String s4 = s3.intern();       // 返回常量池引用
System.out.println(s1 == s2);  // true
System.out.println(s1 == s3);  // false
System.out.println(s1 == s4);  // true

3. 核心 API 速查

分類	方法	說明
長度/獲取	`length()`	代碼單元數（UTF-16 char 數），輔助字符算 2
	`codePointCount(0, len)`	真實字符數（代碼點數）
	`charAt(index)` / `codePointAt(index)`	獲取代碼單元/代碼點
查找/判斷	`indexOf/lastIndexOf(str/char, fromIndex)`	返回索引，無則 -1
	`contains/startsWith/endsWith`	boolean 判斷
	`equals/equalsIgnoreCase`	內容比較必用此，禁止 ==
截取/分割	`substring(begin, end)`	[begin, end)，共享底層數組（JDK 7+ 複製）
	`split(regex, limit)`	正則分割，返回數組
	`subSequence`	實現 CharSequence 接口
	替換/大小寫	`replace(old, new) / replaceAll(regex, repl)`	前者字面量，後者正則
`toUpperCase/toLowerCase(Locale)`		區域敏感轉換
`trim/strip/stripLeading/stripTrailing`		JDK 11+ strip 支持 Unicode 空白
拼接/格式化	`+ / concat / String.join / String.format`	`+` 編譯器優化為 StringBuilder
拼接/格式化	`StringBuilder / StringBuffer`	可變字符序列，非線程安全/線程安全

4. 代碼點與代碼單元實戰

String str = "\uD801\uDC00"; // U+10400 輔助字符，2個char
System.out.println(str.length());           // 2 (代碼單元)
System.out.println(str.codePointCount(0,2)); // 1 (代碼點)
System.out.println(str.codePointAt(0));     // 66560 (十進制)
System.out.println(Character.toChars(0x10400)); // [高代理, 低代理]

// 正確遍歷代碼點
for (int i = 0; i < str.length(); ) {
    int cp = str.codePointAt(i);
    System.out.println(cp);
    i += Character.charCount(cp); // 1或2
}

5. 不可變性設計權衡

優點：線程安全、常量池共享節省內存、HashMap Key 安全、安全性（網絡/文件路徑不可篡改）。
缺點：頻繁修改產生大量臨時對象（GC 壓力），拼接性能差。
最佳實踐：循環/大量拼接用 StringBuilder，最終 toString()；少量拼接 + 可讀性優先。

八、輸入輸出、控制流、大數值、數組（大綱預覽）

I/O：Scanner/System.in、System.out.printf/format、Files/Paths (NIO.2)。
控制流：if/else/switch/for/while/do-while/break/continue/return、增強 for、標籤跳轉。
大數值：BigInteger/BigDecimal 任意精度整數/小數，金融計算必用。
數組：new int[5]、{1,2,3}、Arrays.sort/binarySearch/toString、多維/不規則數組。

九、總結

Java 基礎語法看似簡單，實則暗藏精妙：基本類型固定跨平台、字符串不可變共享池、運算符短路與優先級、數值提升與精度損失，每一處設計都體現了「簡單、健壯、安全」的工程哲學。建議將本文作為桌面速查手冊，編碼時隨時翻閱，久而久之內化為直覺。下一章我們將進入面向對象核心：類與對象、封裝繼承多態、接口與抽象類，敬請期待！