《Java语言导学（原书第6版）》一3.1　变量

3.1　变量

根据第2章可知，对象的状态存储在字段中：

2.1节已经介绍了字段的概念，但读者仍可能会问：命名字段有什么规则和约定 除了整型，是否还有其他数据类型？字段在声明时是否必须初始化？如果字段没有显式初始化，该字段是否会被赋予一个默认值？本章将会详细解答这些问题。但在此之前，先要明确一些技术差别。Java程序语言同时使用字段和变量。对于新的开发人员而言，这是造成概念混淆的主要原因，因为两者经常看似指代同一个事物。Java程序语言定义了如下变量：

• 实例变量（非静态字段）。就技术而言，对象将个体状态存入非静态字段，也就是不用关键字static声明的字段。非静态字段也称为实例变量，因为对每个类实例（即对象）而言，它们的值都是唯一的。比如，一辆自行车的currentSpeed字段与另一辆自行车的currentSpeed字段无关。
• 类变量（静态字段）。类变量是用static修饰符声明的任意字段，这就告诉编译器该变量只存在一个副本，而不管它被实例化多少次。特定类型的自行车的档数字段定义时要用static来声明，因为该档数会应用于所有的实例。代码static int numGears=6;创建该静态字段。此外，也可以添加关键字final表示该档数永远都不会变。
• 局部变量。与对象将状态存入字段类似，方法也将临时状态存入局部变量。声明局部变量的语法与声明字段类似（例如int count=0;）。局部变量在声明时没有特殊的关键字，完全取决于变量的声明位置，也就是说方法体内有效。因此，局部变量只对声明它的方法可见，类的其他部分不能访问该局部变量。
• 参数。在Bicycle类和“Hello World!”实例程序的main方法中我们已经见到过参数的例子。main方法的声明形式是public static void main（String[] args）。其中，变量args是main方法的参数。最重要的一点是，参数总被归为变量，而不是字段。这同样适用于后续章节将要学习的其他支持参数的构造，如构造器和异常处理器。
  即便如此，本章后续内容讨论字段和变量时仍采用下述标准进行区分。如果讨论的是一般的字段（不包括局部变量和参数），就采用术语字段。如果讨论适用于上述四种变量，就采用术语变量。如果上下文要求进行区分，就根据情况采用特定的术语（静态字段、局部变量等）。有时也会使用术语成员（member）。类型的字段、方法和嵌入类型等都是它的成员。

3.1.1　命名

程序语言都有自己的命名规则和约定，Java也不例外，其变量的命名有以下规则和约定：

• 变量名区分大小写。变量名可以是任意合法的标识符，如以字母、美元符号（$）或下划线（_）开头的无限长的Unicode字母和数字序列。但是，按约定通常采用字母开头，而不是美元符号或下划线。另外，按约定美元符号从来没有使用过。尽管有些自动生成的变量名会包含美元符号，但命名变量时应该尽量避免。这些同样适用于下划线。虽然以下划线开头命名变量是合法的，但并不鼓励采用该方法。变量命名时不支持空格。
• 确定首个字符之后，后续字符可以是字母、数字、美元符号或下划线。当然也有一些约定或常识。命名变量时最好使用完整的单词，而不是神秘的缩写。这样命名可以提高代码的可读性。大多数情况下，这样做会提高代码的自文档化（self-documenting）程度。比如，字段名cadence、speed、gear比缩写c、s、g更直观。切记，变量名不能是关键字或保留字。
• 如果变量名只包含一个单词，就用小写字母表示。如果包含两个或两个以上单词，后续单词的首字母要大写，如gearRatio和currentGear。如果变量保存的是常量值，如static final int NUM_GEARS=6，那么变量名的每个字母都要大写，而且后续单词用下划线分隔。按约定，其他情况都不用下划线。

3.1.2　基本数据类型

Java是静态类型的程序语言，也就是说，所有变量在使用前必须先声明。声明的内容包括类型和名称，如：

该声明告诉程序存在一个字段gear，其数据为数字类型，初始值为1。变量的数据类型决定它可以包含的值以及该变量上可以执行的运算。除了整型（int）以外，Java程序语言还支持其他7种基本数据类型。基本数据类型由语言预定义并用保留关键字命名。基本数据类型的值之间不共享状态。Java程序语言支持以下8种基本数据类型。
1）byte数据类型表示8位带符号二进制补码整数。其最小值为-128，最大值为127。当大型数组的内存存储出问题时，byte数据类型可用于存储内存。byte类型变量的范围有限，可以作为一种文档规范。因此，它也用于代替int类型以简化代码。
2）short数据类型表示16位带符号二进制补码整数。其最小值为-32?768，最大值为32?767。与byte类型一样，short类型也可以用作大型数组内存存储的应急方案。
3）int数据类型表示32位带符号二进制补码整数。其最小值为-231，最大值为231-1。在Java SE 8及更高版本中，可以使用int数据类型表示无符号32位整数，其最小值为0，最大值为232-1。Interger类也支持无符号32位整数。Interger类中增加了类似于compareUnsigned和divideUnsigned的静态方法以支持无符号整数的算术运算。
4）long数据类型表示64位带符号二进制补码整数。其最小值为-263，最大值为263-1。在Java SE 8及更高版本中，可以使用long数据类型表示无符号64位长整型整数，其最小值为0，最大值为264-1。使用的值超出int数据类型支持的范围时可使用该数据类型。Long类也包含类似于compareUnsigned和devideUnsigned的方法以支持无符号长整型数的算术运算。
5）float数据类型表示单精度32位IEEE 754浮点数。其值的分布范围超出本书的讨论范畴，可参考Java语言规范（Java Language Specification）中的“浮点类型、格式和值”部分。与byte和short类型一样，如果要在浮点型大型数组中存储内存，可以采用该类型（而不用下面的double类型）。该类型不能用于表示精确的值，如货币。要表示精确的值，可以使用java.math.BigDecimal类。第9章将会介绍BigDecimal和其他有用的类。
6）double数据类型表示双精度64位IEEE 754浮点数。其值的分布范围超出本书的讨论范畴，可参考Java语言规范中的“浮点类型、格式和值”部分。通常，该数据类型是小数的默认类型。如前所述，也不能用于表示货币等精确值。
7）boolean数据类型只有两个可能值：true和false。它主要用于标记true或false条件。该数据类型表示1位信息，但其“大小”并未精确定义。
8）char数据类型表示16位Unicode字符。其最小值为'u0000'（或0），最大值为'uffff'（或65 535）。
除了这8种基本数据类型外，Java程序语言还提供java.lang.String类支持字符串。将字符串加上双引号会自动创建一个新的String对象，如String s="this is a string";。String对象是不可变的。也就是说，String对象一旦创建，其值就不能改变。就技术而言，String类不是基本数据类型。但考虑到Java对其提供特殊支持，你可能会认为它也是一种基本数据类型。String类的详情参见第9章。
1.默认值
字段声明时，不一定总要赋初值。编译器会为那些已经声明但未初始化的字段赋予一个默认值。默认值通常为0或null，这取决于数据类型。但是依赖默认值的做法是一种不好的编程习惯。表3-1总结了上述数据类型的默认值。

局部变量的处理方式略有不同，编译器不会为未初始化的局部变量赋初值。如果局部变量在声明时不能初始化，那么使用该局部变量之前必须为其赋值。访问未初始化的局部变量会导致编译时错误。
2.字
大家可能已经注意到，初始化基本类型的变量时不能使用关键字new。基本类型是内嵌在Java语言中的特殊数据类型，它们不需要用类来创建。字（或文字，literal）是用源代码表示的固定值。字不需要计算，直接由代码表示。下面给出为主类型变量指派字的例子：

（1）整型字
整型字如果以L或l结尾，就是long类型的；否则就是int类型的。建议使用大写字母L，因为小写字母l与数字1很难区分。
byte、short、int和long类型的整数值可以由int类型的字创建。超出int值范围的long类型的值，可以由long类型的字创建。整型字可以由下述记数系统表示：

• 十进制。基数为10，数字由0到9的整数组成。这也是我们日常用的记数系统。
• 十六进制。基数为16，数字由0到9的整数和A到F的大写字母组成。
• 二进制。基数为2，组成数字只有0和1。

通常的编程中，十进制系统可能是人们唯一用过的记数系统。如果要用其他数制系统，要注意其语法的正确性，前缀0x表示十六进制数，前缀0b表示二进制数，例子如下。

（2）浮点字
浮点字是以字母F或f结尾的float类型的字，或是以字母D或d结尾的double类型的字。浮点字的表示方法有三种：用E或e表示科学记数标记，用F或f表示32位float类型的字，用D或d表示64位double类型的字（默认类型，通常省略）。

（3）字符字和字符串字
char和String类型的字可以包含任意Unicode（UTF-16）字符。如果编辑器和文件系统支持，可以直接在编码中使用这些字符。如果不支持，可以使用转义字符，如用'u0108'表示?，用"Su00ED Seu00Flor"表示西班牙文Sí Senor。用单引号表示字符字，用双引号表示字符串字。转义序列也可以用在程序中的其他地方（如字段名），而不仅仅是字符字或字符串字。
Java程序语言也支持一些特殊的char和String类型的转义序列：b（退格）、t（跳格）、n（换行）、f（换页）、r（回车）、"（双引号）、'（单引号）和\（反斜杠）。
null是一个特殊的字，它可以用作任意引用类型的值。null可以赋值给任意主类型外的其他变量。除了用于测试存在性外，null值很少有其他用处。因此，它通常用于标记某个对象是否可用。
最后还有一种特殊的类字（class literal），其表示形式为“类名.class”（如String.class）。这类字指表示类型本身的对象。
3.在数字文字中使用下划线
数字文字中的数字之间可以使用任意多个下划线（_）。这样就可以对数字文字进行分组，从而提高代码的可读性。
例如，如果代码中包含很多数字组成的数，就可以用下划线将这些数字分成3个一组，其用法与逗号和空格一样。
下面的例子给出了在数字文字中使用下划线的其他方式：

下划线只能放在数字之间，不能放在下述位置：

• 数的开头或末尾
• 浮点字中与小数点相邻的位置
• 后缀F或L前面
• 要求是数字字符串的位置

下面例子说明数字文字中合法和不合法的下划线放置位置（如黑体所示）。

3.1.3　数组

数组是固定数目的单一数据类型值的容器对象。创建数组时要指定其长度。创建后，其长度就固定了。“Hello World!”实例程序的main方法中已经给出了一个数组实例。本小节详细介绍数组。

数组中的每个项都称作元素（element），每个元素都用数字索引（index）访问。如图3-1所示，索引从0开始。因此第9个元素要通过索引8来访问。
下面的ArrayDemo程序创建了一个整型数组，存入值并将这些值显示到标准输出：

上述例子清晰地介绍了数组的语法。但真正编写程序时，可能会用循环构造（looping construct）来迭代数组中的元素，而不是上例中为每个元素都写一行代码。循环构造（for、while、do-while）的内容将在3.4节中介绍。
1.声明变量引用数组
上述程序用下面两行代码声明数组anArray：

与其他类型的变量声明一样，数组声明也包含两个组件：数组类型和数组名。数组的类型写作type[]，其中type是包含的元素的数据类型，方括号表示该变量保存数组。这种写法中没有包含数组大小（这是方括号内为空的原因）。数组名可以是任意名称，只要它满足3.1.1节讨论的命名规则和约定。与其他类型的变量一样，该声明不会创建数组，而只是告诉编译器该变量可用于保存特定类型的数组。类似地，可以声明其他数据类型的数组：

也可以将方括号写在数组名后面：

但是，通常不建议采用这种声明方式。方括号表示数组的类型，应该和类型标记符写在一起。
2.创建、初始化和访问数组
创建数组的一个方法是使用new运算符。下述语句来自ArrayDemo程序，它分配了一个带有10个整型元素内存空间的数组，并将该数组赋值给anArray变量：

采用这种方式时，数组大小由花括号之间用逗号分隔的值的个数决定。
也可以用两个或多个方括号声明多维数组（multidimensional array），如String[][] names。其元素必须用相应的索引值来访问。
Java程序语言中，多维数组是组件也是数组的数组。这一点与C或Fortran语言中的数组不同。因此，每行的长度可以不同，如multiDimArrayDemo程序所示。

最后，可以使用内置的length属性来获取数组的大小。下述代码会将数组大小显示在标准输出上：

3.复制数组
System类有arraycopy方法，可用于数组之间数据的高效复制：

两个Object参数分别指定源数组和目标数组，三个int参数分别指定源数组的起始位置、目标数组的起始位置以及待复制的元素个数。
下述ArrayCopyDemo程序声明char类型的数组，其元素构成单词decaffeinated，并使用System (arraycopy)方法将该数组组件的子序列复制到第2个数组中：

4.?数组操作
数组是编程中重要且有用的概念。Java SE提供了一系列与数组相关的常用操作方法。例如，ArrayCopyDemo例子使用System类的arraycopy()方法，而不是手动将源数组中的元素依次存入目标数组。该过程在后台完成，开发人员只需使用一行代码调用该方法即可。
为方便起见，Java SE在java.util.Arrays类中提供了几个数组操作方法（如复制、排序和查找等常见任务）。例如，可以使用java.util.Arrays类的copyOfRange()方法将前述ArrayCopyDemo方法修改为如下的ArrayCopyOfDemo方法。两者的区别在于，使用copyOfRange()方法时，调用方法之前不需要创建目标数组，该方法会返回目标数组。

显然，该例子包含的代码更少，但程序的输出仍然一样，也是caffein。
java.util.Arrays类也提供了其他一些有用的操作方法，例如：

• binarySearch()——在数组中搜索特定值，并返回其位置索引。
• equals()——对两个数组进行比较，并确定两者是否相等。
• fill()——在数组的每个索引位置上填上指定值。
• 升序排序方法——Java SE 8引入两种方法，一种是顺序方法sort()，另一种是并发方法parallelSort()。多处理器系统中大数组的并发排序比顺序排序要快。

3.1.4　小结

Java程序语言同时采用术语字段和变量。实例变量（非静态字段）对每个类的实例都是唯一的。类变量（静态字段）是用static修饰符声明的字段。不管类有多少个实例，都只有一个类变量。局部变量表示方法内的临时状态。参数是为方法提供附加信息的变量。局部变量和参数通常归类为变量，而非字段。命名字段或变量时，应该（或必须）遵守一些命名规则和约定。
八种基本数据类型为byte、short、int、long、float、double、boolean和char。java.lang.String表示字符串。编译器会为这些类型的字段指派一个默认值，但不会为局部变量指派默认值。字（文字）是固定值的源代码表示。数组是固定数目的单一数据类型值的容器对象。创建数组时要指定其长度。创建后，数组长度就固定了。

3.1.5　问题和练习：变量

问题

1. 实例化变量又叫作　　　　　。
2. 类变量又叫作　　　　　。
3. 局部变量存储临时状态，它在　　　　　内声明。
4. 方法体内声明的变量叫　　　　　。
5. Java程序语言支持哪八种基本数据类型？
6. 字符串由类　　　　　　　　表示。
   7. 　　　　　是固定数目的单一数据类型值的容器对象。

练习

1. 创建一个小程序，在其中定义一些字段。试着创建一些非法的字段名，看看编译器会报哪种类型的错误。参考命名规则和约定。
2. 在上题创建的程序中，试着不初始化一些字段并输出它们的值。试着不初始化局部变量看看编译器会报什么错。熟悉常见的编译器错误有助于识别程序bug。
   答案

相关答案参考
http://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/nutsandbolts/QandE/answers_variables.html。