JAVA 语言教程

同人类任何语言一样，Java为我们提供了一种表达思想的方式。如操作得当，同其他方式相比，随着问题变得愈大和愈复杂，这种表达方式的方便性和灵活性会显露无遗。


不可将Java简单想象成一系列特性的集合；如孤立地看，有些特性是没有任何意义的。只有在考虑“设计”、而非考虑简单的编码时，才可真正体会到Java的强大。为了按这种方式理解Java，首先必须掌握它与编程的一些基本概念。本教程讨论了编程问题、它们为何会成为问题以及Java用以解决它们的方法。所以，本教程对每一章的解释都建立在如何用语言解决一种特定类型的问题基础上。按这种方式，本教程希望引导您一步一步地进入Java的世界，使其最终成为您最自然的一种语言。


贯穿本教程，本教程试图在您的大脑里建立一个模型——或者说一个“知识结构”。这样可加深对语言的理解。若遇到难解之处，应学会把它填入这个模型的对应地方，然后自行演绎出答案。事实上，学习任何语言时，脑海里有一个现成的知识结构往往会起到事半功倍的效果。



1. 前提

本教程假定读者对编程多少有些熟悉。应已知道程序是一系列语句的集合，知道子程序／函数／宏是什么，知道象“If”这样的控制语句，也知道象“while”这样的循环结构。注意这些东西在大量语言里都是类似的。假如您学过一种宏语言，或者用过Perl之类的工具，那么它们的基本概念并无什么区别。总之，只要能习惯基本的编程概念，就可顺利阅读本教程。当然，C/C++程序员在阅读时能占到更多的便宜。但即使不熟悉C，一样不要把自己排除在外（尽管以后的学习要付出更大的努力）。本教程会讲述面向对象编程的概念，以及Java的基本控制机制，所以不用担心自己会打不好基础。况且，您需要学习的第一类知识就会涉及到基本的流程控制语句。


尽管经常都会谈及C和C++语言的一些特性，但并没有打算使它们成为内部参考，而是想帮助所有程序员都能正确地看待那两种语言。毕竟，Java是从它们那里衍生出来的。本教程将试着尽可能地简化这些引用和参考，并合理地解释一名非C/C++程序员通常不太熟悉的内容。



2. 目标

在这本教程中，本教程想达到的目标总结如下：


(1) 每一次都将教学内容向前推进一小步，便于读者在继续后面的学习前消化前面的内容。

(2) 采用的示例尽可能简短。当然，这样做有时会妨碍本教程解决“现实世界”的问题。但本教程同时也发现对那些新手来说，如果他们能理解每一个细节，那么一般会产生更大的学习兴趣。而假如他们一开始就被要解决的问题的深度和广度所震惊，那么一般都不会收到很好的学习效果。另外在实际教学过程中，对能够摘录的代码数量是有严重限制的。另一方面，这样做无疑会有些人会批评本教程采用了“不真实的例子”，但只要能起到良好的效果，本教程宁愿接受这一指责。

(3) 要揭示的特性按照本教程精心挑选的顺序依次出场，而且尽可能符合读者的思想历程。当然，本教程不可能永远都做到这一点；在那些情况下，会给出一段简要的声明，指出这个问题。

(4) 只把本教程认为有助于理解语言的东西介绍给读者，而不是把本教程知道的一切东西都抖出来，这并非藏私。本教程认为信息的重要程度是存在一个合理的层次的。有些情况是95％的程序员都永远不必了解的。如强行学习，只会干扰他们的正常思维，从而加深语言在他们面前表现出来的难度。以C语言为例，假如你能记住运算符优先次序表（本教程从来记不住），那么就可以写出更“聪明”的代码。但再深入想一层，那也会使代码的读者／维护者感到困扰。所以忘了那些次序吧，在拿不准的时候加上括号即可。

(5) 每一节都有明确的学习重点，所以教学时间（以及练习的间隔时间）非常短。这样做不仅能保持读者思想的活跃，也能使问题更容易理解，对自己的学习产生更大的信心。

(6) 提供一个坚实的基础，使读者能充分理解问题，以便更容易转向一些更加困难的课程和书籍。



3. 章节

本教程在设计时认真考虑了人们学习Java语言的方式。在本教程授课时，学生们的反映有效地帮助了本教程认识哪些部分是比较困难的，需特别加以留意。本教程也曾经一次讲述了太多的问题，但得到的教训是：假如包括了大量新特性，就需要对它们全部作出解释，而这特别容易加深学生们的混淆。因此，本教程进行了大量努力，使这本教程一次尽可能地少涉及一些问题。


所以，本教程在书中的目标是让每一章都讲述一种语言特性，或者只讲述少数几个相互关联的特性。这样一来，读者在转向下一主题时，就能更容易地消化前面学到的知识。


下面列出对本教程各章的一个简要说明，它们与本教程实际进行的课堂教学是对应的。


(1) 第1章：对象入门

这一章是对面向对象的程序设计（OOP）的一个综述，其中包括对“什么是对象”之类的基本问题的回答，并讲述了接口与实现、抽象与封装、消息与函数、继承与合成以及非常重要的多形性的概念。这一章会向大家提出一些对象创建的基本问题，比如构建器、对象存在于何处、创建好后把它们置于什么地方以及魔术般的垃圾收集器（能够清除不再需要的对象）。要介绍的另一些问题还包括通过违例实现的错误控制机制、反应灵敏的用户界面的多线程处理以及连网和因特网等等。大家也会从中了解到是什么使得Java如此特别，它为什么取得了这么大的成功，以及与面向对象的分析与设计有关的问题。

(2) 第2章：一切都是对象

本章将大家带到可以着手写自己的第一个Java程序的地方，所以必须对一些基本概念作出解释，其中包括对象“句柄”的概念；怎样创建一个对象；对基本数据类型和数组的一个介绍；作用域以及垃圾收集器清除对象的方式；如何将Java中的所有东西都归为一种新数据类型（类），以及如何创建自己的类；函数、自变量以及返回值；名字的可见度以及使用来自其他库的组件；static关键字；注释和嵌入文档等等。

(3) 第3章：控制程序流程

本章开始介绍起源于C和C++，由Java继承的所有运算符。除此以外，还要学习运算符一些不易使人注意的问题，以及涉及造型、升迁以及优先次序的问题。随后要讲述的是基本的流程控制以及选择运算，这些是几乎所有程序设计语言都具有的特性：用if-else实现选择；用for和while实现循环；用break和continue以及Java的标签式break和contiune（它们被认为是Java中“不见的gogo”）退出循环；以及用switch实现另一种形式的选择。尽管这些与C和C++中见到的有一定的共通性，但多少存在一些区别。除此以外，所有示例都是完整的Java示例，能使大家很快地熟悉Java的外观。

(4) 第4章：初始化和清除

本章开始介绍构建器，它的作用是担保初始化的正确实现。对构建器的定义要涉及函数过载的概念（因为可能同时有几个构建器）。随后要讨论的是清除过程，它并非肯定如想象的那么简单。用完一个对象后，通常可以不必管它，垃圾收集器会自动介入，释放由它占据的内存。这里详细探讨了垃圾收集器以及它的一些特点。在这一章的最后，我们将更贴近地观察初始化过程：自动成员初始化、指定成员初始化、初始化的顺序、static（静态）初始化以及数组初始化等等。

(5) 第5章：隐藏实现过程

本章要探讨将代码封装到一起的方式，以及在库的其他部分隐藏时，为什么仍有一部分处于暴露状态。首先要讨论的是package和import关键字，它们的作用是进行文件级的封装（打包）操作，并允许我们构建由类构成的库（类库）。此时也会谈到目录路径和文件名的问题。本章剩下的部分将讨论public，private以及protected三个关键字、“友好”访问的概念以及各种场合下不同访问控制级的意义。

(6) 第6章：类再生

继承的概念是几乎所有OOP语言中都占有重要的地位。它是对现有类加以利用，并为其添加新功能的一种有效途径（同时可以修改它，这是第7章的主题）。通过继承来重复使用原有的代码时（再生），一般需要保持“基础类”不变，只是将这儿或那儿的东西串联起来，以达到预期的效果。然而，继承并不是在现有类基础上制造新类的唯一手段。通过“合成”，亦可将一个对象嵌入新类。在这一章中，大家将学习在Java中重复使用代码的这两种方法，以及具体如何运用。

(7) 第7章：多形性

若由你自己来干，可能要花9个月的时间才能发现和理解多形性的问题，这一特性实际是OOP一个重要的基础。通过一些小的、简单的例子，读者可知道如何通过继承来创建一系列类型，并通过它们共有的基础类对那个系列中的对象进行操作。通过Java的多形性概念，同一系列中的所有对象都具有了共通性。这意味着我们编写的代码不必再依赖特定的类型信息。这使程序更易扩展，包容力也更强。由此，程序的构建和代码的维护可以变得更方便，付出的代价也会更低。此外，Java还通过“接口”提供了设置再生关系的第三种途径。这儿所谓的“接口”是对对象物理“接口”一种纯粹的抽象。一旦理解了多形性的概念，接口的含义就很容易解释了。本章也向大家介绍了Java 1.1的“内部类”。

(8) 第8章：对象的容纳

对一个非常简单的程序来说，它可能只拥有一个固定数量的对象，而且对象的“生存时间”或者“存在时间”是已知的。但是通常，我们的程序会在不定的时间创建新对象，只有在程序运行时才可了解到它们的详情。此外，除非进入运行期，否则无法知道所需对象的数量，甚至无法得知它们确切的类型。为解决这个常见的程序设计问题，我们需要拥有一种能力，可在任何时间、任何地点创建任何数量的对象。本章的宗旨便是探讨在使用对象的同时用来容纳它们的一些Java工具：从简单的数组到复杂的集合（数据结构），如Vector和Hashtable等。最后，我们还会深入讨论新型和改进过的Java 1.2集合库。

(9) 第9章：违例差错控制

Java最基本的设计宗旨之一便是组织错误的代码不会真的运行起来。编译器会尽可能捕获问题。但某些情况下，除非进入运行期，否则问题是不会被发现的。这些问题要么属于编程错误，要么则是一些自然的出错状况，它们只有在作为程序正常运行的一部分时才会成立。Java为此提供了“违例控制”机制，用于控制程序运行时产生的一切问题。这一章将解释try、catch、throw、throws以及finally等关键字在Java中的工作原理。并讲述什么时候应当“掷”出违例，以及在捕获到违例后该采取什么操作。此外，大家还会学习Java的一些标准违例，如何构建自己的违例，违例发生在构建器中怎么办，以及违例控制器如何定位等等。

(10) 第10章：Java IO系统

理论上，我们可将任何程序分割为三部分：输入、处理和输出。这意味着IO（输入／输出）是所有程序最为关键的部分。在这一章中，大家将学习Java为此提供的各种类，如何用它们读写文件、内存块以及控制台等。“老”IO和Java 1.1的“新”IO将得到着重强调。除此之外，本节还要探讨如何获取一个对象、对其进行“流式”加工（使其能置入磁盘或通过网络传送）以及重新构建它等等。这些操作在Java的1.1版中都可以自动完成。另外，我们也要讨论Java 1.1的压缩库，它将用在Java的归档文件格式中（JAR）。

(11) 第11章：运行期类型鉴定

若只有指向基础类的一个句柄，Java的运行期类型标鉴定（RTTI）使我们能获知一个对象的准确类型是什么。一般情况下，我们需要有意忽略一个对象的准确类型，让Java的动态绑定机制（多形性）为那一类型实现正确的行为。但在某些场合下，对于只有一个基础句柄的对象，我们仍然特别有必要了解它的准确类型是什么。拥有这个资料后，通常可以更有效地执行一次特殊情况下的操作。本章将解释RTTI的用途、如何使用以及在适当的时候如何放弃它。此外，Java 1.1的“反射”特性也会在这里得到介绍。

(12) 第12章：传递和返回对象

由于我们在Java中同对象沟通的唯一途径是“句柄”，所以将对象传递到一个函数里以及从那个函数返回一个对象的概念就显得非常有趣了。本章将解释在函数中进出时，什么才是为了管理对象需要了解的。同时也会讲述String（字串）类的概念，它用一种不同的方式解决了同样的问题。

(13) 第13章：创建窗口和程序片

Java配套提供了“抽象Windows工具包”（AWT）。这实际是一系列类的集合，能以一种可移植的形式解决视窗操纵问题。这些窗口化程序既可以程序片的形式出现，亦可作为独立的应用程序使用。本章将向大家介绍AWT以及网上程序片的创建过程。我们也会探讨AWT的优缺点以及Java 1.1在GUI方面的一些改进。同时，重要的“Java Beans”技术也会在这里得到强调。Java Beans是创建“快速应用开发”（RAD）程序构造工具的重要基础。我们最后介绍的是Java 1.2的“Swing”库——它使Java的UI组件得到了显著的改善。

(14) 第14章：多线程

Java提供了一套内建的机制，可提供对多个并发子任务的支持，我们称其为“线程”。这线程均在单一的程序内运行。除非机器安装了多个处理器，否则这就是多个子任务的唯一运行方式。尽管还有别的许多重要用途，但在打算创建一个反应灵敏的用户界面时，多线程的运用显得尤为重要。举个例子来说，在采用了多线程技术后，尽管当时还有别的任务在执行，但用户仍然可以毫无阻碍地按下一个按钮，或者键入一些文字。本章将对Java的多线程处理机制进行探讨，并介绍相关的语法。

(15) 第15章 网络编程

开始编写网络应用时，就会发现所有Java特性和库仿佛早已串联到了一起。本章将探讨如何通过因特网通信，以及Java用以辅助此类编程的一些类。此外，这里也展示了如何创建一个Java程序片，令其同一个“通用网关接口”（CGI）程序通信；揭示了如何用C++编写CGI程序；也讲述了与Java 1.1的“Java数据库连接”（JDBC）和“远程方法调用”（RMI）有关的问题。

(16) 第16章 设计范式

本章将讨论非常重要、但同时也是非传统的“范式”程序设计概念。大家会学习设计进展过程的一个例子。首先是最初的方案，然后经历各种程序逻辑，将方案不断改革为更恰当的设计。通过整个过程的学习，大家可体会到使设计思想逐渐变得清晰起来的一种途径。

(17) 第17章 项目

本章包括了一系列项目，它们要么以本教程前面讲述的内容为基础，要么对以前各章进行了一番扩展。这些项目显然是书中最复杂的，它们有效演示了新技术和类库的应用。
有些主题似乎不太适合放到本教程的核心位置，但本教程发现有必要在教学时讨论它们，这些主题都放入了本教程的附录。