任務(wù)1.3 Java程序的入門案例

本任務(wù)講解Java程序的基本輸入/輸出的處理方式，主要包括Java程序的基本結(jié)構(gòu)、控制臺(tái)程序的輸入/輸出處理、圖形化程序的輸入/輸出處理、為今后實(shí)現(xiàn)Java程序與用戶的交互打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.3.1 Java程序的基本結(jié)構(gòu)

Java程序，根據(jù)運(yùn)行界面是以圖形化要素為主，還是以文本字符為主，可分為兩種類型。

●GUI應(yīng)用程序（GUI Application）。

●控制臺(tái)程序（Console Application）。

認(rèn)識(shí)事物的正確方法應(yīng)該是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜。因此，我們先從一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例入手，來(lái)逐步認(rèn)識(shí)這兩種Java程序的基本結(jié)構(gòu)，為后面的程序開發(fā)建立良好的基礎(chǔ)。

計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和其他語(yǔ)言一樣，都是為了描述事物而產(chǎn)生的，都有自身特定的語(yǔ)義、語(yǔ)法和語(yǔ)言結(jié)構(gòu)。在本任務(wù)中，為了能夠使大家更快進(jìn)入Java語(yǔ)言的程序世界，我們先不做過(guò)多語(yǔ)法方面的敘述，只簡(jiǎn)單介紹任務(wù)案例中所用到的基本語(yǔ)法知識(shí)。更多細(xì)節(jié)性內(nèi)容，將在本書后續(xù)相關(guān)位置中進(jìn)一步地講解。

1.Java程序的基本結(jié)構(gòu)概述

作為面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，Java程序的核心要素是類。類是組成Java程序的最小結(jié)構(gòu)單位。一個(gè)Java源程序文件中可以包括一個(gè)或多個(gè)類的定義。定義類時(shí)，必須使用關(guān)鍵字class。類名稱可以自己命名，但需符合基本的標(biāo)識(shí)符定義規(guī)則。標(biāo)識(shí)符定義規(guī)則是以字母、下畫線（_）、美元符號(hào)（$）開頭，其后面是任意字母、數(shù)字（0～9）、下畫線和美元符號(hào)的字符序列。Java標(biāo)識(shí)符區(qū)分大小寫，對(duì)長(zhǎng)度沒有限制。同時(shí)，用戶定義的標(biāo)識(shí)符不可以是Java的關(guān)鍵字。習(xí)慣上，類名稱每個(gè)單詞的首字母大寫。

例如，定義一個(gè)名稱為HelloWorld的類，其基本結(jié)構(gòu)如下。

Java程序的入口方法是main()方法。所謂入口方法是指在運(yùn)行Java程序時(shí)最先執(zhí)行的方法。一個(gè)Java程序必須有且只有一個(gè)main()方法。包含main()方法的類被稱為Java程序的主類，主類必須被定義為公共類。

在類關(guān)鍵字前面，可以附加一個(gè)類的訪問修飾符，表明該類的訪問控制級(jí)別。public修飾符使一個(gè)類成為公共類。

作為程序執(zhí)行的起點(diǎn)，main()方法定義的基本格式必須遵循以下形式。

main()方法的定義分為方法聲明和方法體兩部分。方法聲明說(shuō)明了方法的屬性、返回值類型、名稱及參數(shù)；方法體定義了main()方法的行為，功能語(yǔ)句必須放置在塊語(yǔ)句界定符之內(nèi)。以下是main()方法定義格式中關(guān)鍵字及參數(shù)的說(shuō)明。

●public關(guān)鍵字，表明main()方法為公共方法。由于應(yīng)用程序一旦執(zhí)行，系統(tǒng)進(jìn)程就要調(diào)用入口方法。因此，main()方法必須設(shè)置為公共的訪問屬性，以便讓外界對(duì)象都能夠訪問它。

●static關(guān)鍵字，表明main()方法為靜態(tài)方法。由于main()方法的調(diào)用先于主類對(duì)象的創(chuàng)建，因此static關(guān)鍵字對(duì)main()方法是必不可少的。

●void關(guān)鍵字，表明main()方法沒有返回值。main()方法屬于功能型方法，沒有返回值。

●String[]args是main()方法的參數(shù)定義，用來(lái)向入口方法傳遞命令行參數(shù)。其中，String是Java語(yǔ)言提供的字符串類的名稱，不能出現(xiàn)拼寫錯(cuò)誤，其中第一個(gè)字母必須大寫；args為數(shù)組名，可以被其他合法的標(biāo)識(shí)符名稱所代替。

2.基于JDK環(huán)境的Java程序開發(fā)

在JDK環(huán)境下，進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的Java程序的開發(fā)可歸結(jié)為如下步驟。

①用任意文本編輯器創(chuàng)建Java源程序，以擴(kuò)展名為.java的文件進(jìn)行保存。

②使用JDK中的編譯命令將源程序文件編譯成擴(kuò)展名為.class的類（字節(jié)碼）文件。

③使用JDK中的運(yùn)行命令運(yùn)行Java程序。

下面編寫一個(gè)Java程序，本著由簡(jiǎn)入繁的原則，這個(gè)程序只實(shí)現(xiàn)控制臺(tái)程序中的輸出功能。程序的編寫、編譯和運(yùn)行，將利用記事本工具和JDK環(huán)境完成。

控制臺(tái)程序的主要特征如下。

●程序界面為非圖形化的文本字符風(fēng)格界面。

●程序運(yùn)行的邏輯由預(yù)定的流程來(lái)控制。

●人機(jī)交互以文本字符為主。

●輸入設(shè)備以鍵盤為主，輸出設(shè)備以顯示器為主。

【例1-1】編寫Java程序，在計(jì)算機(jī)顯示器上輸出一行文本信息：“歡迎訪問Java世界”。

①創(chuàng)建Java程序。選擇Windows系統(tǒng)的“開始”→“所有程序”→“附件”→“記事本”命令，打開記事本程序，在新建的文本文件中輸入如下程序代碼。

下面結(jié)合程序代碼進(jìn)行說(shuō)明。語(yǔ)句“//這是名稱為“HelloWorld.java”的簡(jiǎn)單輸出程序”為注釋行。在程序中插入注釋，有利于提高程序的可讀性，便于他人理解程序。在程序運(yùn)行時(shí)，注釋行不起任何作用，Java程序編譯環(huán)境將忽略所有注釋內(nèi)容。以“//”開始的注釋，稱為單行注釋；以“/＊……＊/”開始和結(jié)束的注釋，稱為多行注釋，這種注釋能夠連續(xù)跨越多行文本，中間的所有行都為注釋內(nèi)容。語(yǔ)句“System.out.println（"歡迎訪問Java世界"）；”為控制臺(tái)的輸出語(yǔ)句，用來(lái)實(shí)現(xiàn)信息字符串的輸出。控制臺(tái)程序引入了java.lang包中的System類。java.lang包是Java程序開發(fā)必不可少的一個(gè)基礎(chǔ)包，Java開發(fā)環(huán)境會(huì)自動(dòng)引入該包中所有的類。out為System類中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輸出流對(duì)象，默認(rèn)為顯示器。println()為out對(duì)象的一個(gè)方法，其功能是向輸出設(shè)備輸出該方法參數(shù)所包含的信息并自動(dòng)換行。println()方法如果沒有參數(shù)，則只起到換行的作用。與之對(duì)應(yīng)，System.out也提供了不換行的輸出方法print()，其功能是輸出參數(shù)的內(nèi)容后不自動(dòng)換行，而是將光標(biāo)定位在輸出內(nèi)容最后一個(gè)字符的后面。

②保存Java程序。在記事本程序中，選擇“文件”→“保存”命令保存程序文件。在彈出的“另存為”對(duì)話框中選擇文件保存的路徑，如圖1-26所示。

在“另存為”對(duì)話框的“保存類型”下拉列表中默認(rèn)選擇“文本文檔（＊.txt）”選項(xiàng)，需將其更換為“所有文件”選項(xiàng)，如圖1-27所示。

Java程序要求文件名必須與公共類名完全相同，包括字母的大小寫形式，其擴(kuò)展名為.java。在“另存為”對(duì)話框的“文件名”下拉列表框中輸入文件名HelloWorld.java，如圖1-28所示。保存后的源文件如圖1-29所示。

③編譯Java程序。選擇Windows系統(tǒng)的“開始”→“運(yùn)行”命令，在打開的“運(yùn)行”對(duì)話框中輸入“cmd”命令（見圖1-30），進(jìn)入命令提示符窗口。在命令提示符窗口中，使用cd命令進(jìn)入源文件所在目錄，如圖1-31所示。編譯源程序的命令是javac，如圖1-32所示。注意，調(diào)用JDK中的javac命令，需要配置好JDK的環(huán)境變量。如果編譯成功，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)和源程序同名的.class文件，如圖1-33所示。

如果程序沒有語(yǔ)法錯(cuò)誤，系統(tǒng)將自動(dòng)返回命令提示符狀態(tài)。如果程序有語(yǔ)法錯(cuò)誤，系統(tǒng)將顯示錯(cuò)誤信息。此時(shí)需檢查源碼，修正錯(cuò)誤并保存文件，再次執(zhí)行編譯命令，直至編譯通過(guò)。

④運(yùn)行Java程序。運(yùn)行編譯好的程序的命令是java，如圖1-34所示。注意，調(diào)用JDK中的java命令也需要配置好JDK的環(huán)境變量。例1-1程序運(yùn)行結(jié)果如圖1-35所示。

編寫和運(yùn)行Java程序看似很簡(jiǎn)單，但初學(xué)者在實(shí)際操作過(guò)程中會(huì)遇到很多意想不到的問題，如字母大小寫形式輸入不正確、單詞拼寫錯(cuò)誤等。因此，程序的編寫和調(diào)試需要開發(fā)人員有足夠的細(xì)心和耐心，這也是成為一名優(yōu)秀的程序員所需具備的良好素質(zhì)。

1.3.2 控制臺(tái)程序的輸入/輸出處理

前文簡(jiǎn)單介紹了Java控制臺(tái)程序的基本輸出方法。在實(shí)際的程序編寫過(guò)程中，除了輸出環(huán)節(jié)之外，還包括輸入和處理環(huán)節(jié)。下面給出了一個(gè)Java程序處理任務(wù)的通用結(jié)構(gòu)：輸入數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常都有默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備。對(duì)于一般的系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備通常是指鍵盤，標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備通常是指顯示器。Java控制臺(tái)程序從鍵盤輸入數(shù)據(jù)，向顯示器輸出數(shù)據(jù)，是十分常見的數(shù)據(jù)通信操作。為了方便程序員的開發(fā)工作，Java語(yǔ)言預(yù)先定義了兩個(gè)流對(duì)象，分別與系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備相聯(lián)系，它們就是System.in和System.out，位于Java的語(yǔ)言類庫(kù)包java.lang中。Java語(yǔ)言提供了大量預(yù)先定義好的類和接口供程序員使用。Java語(yǔ)言把預(yù)先定義的類和接口按包的形式進(jìn)行組織管理。一個(gè)包就是一系列Java類和接口的集合。所有包組成了Java的類庫(kù)，即Java API。Java API包分為核心包和擴(kuò)展包，分別為java和javax。

【例1-2】編寫Java程序，完成從鍵盤輸入兩個(gè)運(yùn)算數(shù)據(jù)，計(jì)算兩數(shù)之和并輸出計(jì)算結(jié)果的功能。

在例1-1中利用了“記事本+JDK”的開發(fā)模式。對(duì)Java開發(fā)人員來(lái)說(shuō)，這個(gè)開發(fā)模式中的過(guò)程過(guò)于煩瑣，也不便于程序的編寫和調(diào)試。在本書后續(xù)的內(nèi)容中，將統(tǒng)一使用集成開發(fā)環(huán)境Eclipse來(lái)完成Java程序的開發(fā)工作。

參照前文介紹的方法，在Eclipse中建立Java程序項(xiàng)目，輸入如下程序代碼。

結(jié)合程序代碼進(jìn)行分析，如下。

①輸入數(shù)據(jù)部分，對(duì)程序而言，最簡(jiǎn)單的輸入方式就是賦值語(yǔ)句。例如，參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)為整數(shù)5和3，可利用賦值語(yǔ)句，將數(shù)據(jù)賦值給定義好的對(duì)應(yīng)程序變量。

②處理數(shù)據(jù)部分，利用加法運(yùn)算符和表達(dá)式完成計(jì)算求和的任務(wù)，并將計(jì)算結(jié)果賦值給對(duì)應(yīng)程序變量。

③輸出結(jié)果部分，利用字符串連接運(yùn)算符，將字符串常量“計(jì)算的結(jié)果為：”和計(jì)算的結(jié)果值輸出至顯示器屏幕。

參照前文介紹的方法，運(yùn)行Java程序，結(jié)果如圖1-36所示。

從上面的程序中可以看出，如果參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，如變?yōu)?和12，則必須修改源程序代碼，并重新編譯。顯然，利用賦值語(yǔ)句提供運(yùn)算數(shù)據(jù)是很不靈活的方式。更為常見的輸入方式是在程序執(zhí)行后，由用戶從鍵盤輸入程序運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更加靈活的用戶與程序之間的交互過(guò)程。

將MyTest.java源程序中的程序代碼進(jìn)行修改，以實(shí)現(xiàn)用戶從鍵盤輸入?yún)⑴c運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)據(jù)，程序完成計(jì)算兩數(shù)之和并顯示結(jié)果的功能，修改后的程序代碼如下。

結(jié)合程序代碼進(jìn)行分析，如下。

①以import關(guān)鍵字引導(dǎo)的語(yǔ)句稱為導(dǎo)入語(yǔ)句，作用是將java.io包中所有的類導(dǎo)入當(dāng)前程序，以便在程序中調(diào)用相關(guān)的類和方法。

②Java語(yǔ)言要求在控制臺(tái)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)輸入時(shí)，必須有異常處理。這里采用了異常拋出的throws語(yǔ)法格式，當(dāng)發(fā)生輸入異常時(shí)，程序自動(dòng)拋出異常IOException，異常將由JVM自行處理。Java中的異常處理機(jī)制分為兩種：一種是捕獲異常，另一種是拋出異常。更詳細(xì)的內(nèi)容將在本書后續(xù)的異常處理部分進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。

③System.in.read（t）方法用于獲得用戶從鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，存入字節(jié)數(shù)組t中。Java是強(qiáng)類型語(yǔ)言，要求先定義后使用。因此，之前已定義了字節(jié)數(shù)組byte t[]。數(shù)組在Java中是引用類型，需要通過(guò)new關(guān)鍵字完成內(nèi)存空間的分配。

④鍵盤輸入的數(shù)據(jù)保存在字節(jié)數(shù)組中，但最后的加法運(yùn)算需要數(shù)值類型的數(shù)據(jù)來(lái)參與完成。Java系統(tǒng)為整數(shù)（int）和實(shí)型小數(shù)（double）都提供了對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換方法來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。Integer.parseInt（String）的作用是將參數(shù)由數(shù)字組成的字符串轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的整數(shù)型數(shù)據(jù)。Double.parseDouble（String）的作用是將參數(shù)由數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)組成的字符串轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的實(shí)型數(shù)據(jù)。在存儲(chǔ)鍵盤輸入數(shù)據(jù)時(shí)，如果字節(jié)數(shù)組中的存儲(chǔ)空間未全部使用，在將字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換為字符串時(shí)，將用空格進(jìn)行填充。字符串中的空格是無(wú)法轉(zhuǎn)換為數(shù)值的，因此需要利用trim()方法去除掉多余的空格。Integer類和Double類都定義在java.lang包中，因此可以直接使用。

參照前文介紹的方法，運(yùn)行Java程序，結(jié)果如圖1-37所示。

Java語(yǔ)言的系統(tǒng)類庫(kù)中對(duì)控制臺(tái)程序處理用戶鍵盤輸入還提供了其他的處理方案，比如可以使用封裝程度更高的java.util.Scanner類來(lái)完成獲得用戶鍵盤輸入數(shù)據(jù)這個(gè)任務(wù)。下面這段程序代碼是使用Scanner類來(lái)完成用戶從鍵盤輸入兩個(gè)數(shù)據(jù)（即一個(gè)整數(shù)和一個(gè)小數(shù)），然后計(jì)算兩數(shù)之和并顯示結(jié)果這個(gè)任務(wù)的，程序的運(yùn)行結(jié)果同圖1-37所示。

我們?cè)谔幚砜刂婆_(tái)程序鍵盤輸入任務(wù)時(shí)，可以根據(jù)需求選擇上述兩個(gè)程序代碼段中的任意一個(gè)解決方案進(jìn)行使用，獲得的結(jié)果是相同的。

1.3.3 圖形化程序的輸入/輸出處理

上面的程序是使用控制臺(tái)方式來(lái)完成Java程序的輸入/輸出處理過(guò)程的。除此之外，在Java程序中還可以使用圖形化方式來(lái)完成與用戶的交互過(guò)程。

圖形化交互方式是當(dāng)今程序開發(fā)的主流方式，其主要特征如下。

●程序界面主要由圖形化的要素（如窗體、菜單、按鈕等）構(gòu)成。

●程序沒有預(yù)定好的運(yùn)行流程，而是由隨機(jī)事件來(lái)驅(qū)動(dòng)。

●人機(jī)交互由消息機(jī)制來(lái)支持。

●輸入設(shè)備以鼠標(biāo)、鍵盤為主，輸出設(shè)備以顯示器為主。

在下面的例子中，將使用Java語(yǔ)言中提供的對(duì)話框類JOptionPane來(lái)完成圖形化的輸入和輸出過(guò)程。更復(fù)雜的Java圖形化程序的開發(fā)實(shí)現(xiàn)，將在本書后續(xù)相關(guān)部分進(jìn)行講解。

【例1-3】編寫Java程序，利用圖形用戶界面，完成從鍵盤輸入兩個(gè)運(yùn)算數(shù)據(jù)，計(jì)算兩數(shù)之和并輸出結(jié)果的功能。

參照前文介紹的方法，在Eclipse中建立Java程序項(xiàng)目，輸入如下程序代碼：

結(jié)合程序代碼進(jìn)行分析，如下。

①javax.swing包中包含很多創(chuàng)建Java圖形用戶界面應(yīng)用程序所必需的類。第1行將JOptionPane類引入當(dāng)前程序，以便在程序中調(diào)用相關(guān)的方法，實(shí)現(xiàn)相關(guān)輸入/輸出功能。

②調(diào)用類JOptionPane的showInputDialog()方法顯示“輸入”對(duì)話框，如圖1-38和圖1-39所示。showInputDialog()方法的參數(shù)為提示信息，用以提示用戶輸入相關(guān)內(nèi)容。用戶在文本框中輸入相關(guān)字符信息后，單擊“確定”按鈕或按Enter鍵可以把文本框中的字符信息返回給Java程序。

③調(diào)用類JOptionPane的showMessageDialog()方法，打開“消息”對(duì)話框顯示結(jié)果信息，如圖1-40所示。這個(gè)方法包含兩個(gè)參數(shù)，參數(shù)之間用逗號(hào)分隔。第一個(gè)參數(shù)表示對(duì)話框的父窗口對(duì)象，當(dāng)使用關(guān)鍵字null時(shí)，表示對(duì)話框的父窗口不存在，對(duì)話框?qū)⒅苯语@示在計(jì)算機(jī)的顯示器屏幕上；第二個(gè)參數(shù)為對(duì)話框中要顯示的信息，類型為字符串。

參照前文介紹的方法，運(yùn)行Java程序。按照提示輸入第一個(gè)計(jì)算數(shù)據(jù)5，如圖1-38所示。按照提示輸入第二個(gè)計(jì)算數(shù)據(jù)3.5，如圖1-39所示。顯示計(jì)算結(jié)果，如圖1-40所示。