2.1　變量

我們先來看下面的示例：

   Dog dog1 = new Dog();

   // 給他們狀態
   dog1.name = "Lucy";
   dog1.color = "Black";

dog1是Dog類的實例（對象）名稱，name和color是dog1字段的名稱（字段存儲了對象的狀態），這些名稱都代表了某種類型的值，在編程語言中被稱為“變量”。通過變量，可以方便地找到內存中所存儲的值。

Java里面的變量包含如下類型：

·　實例變量/非靜態字段（Instance Variables/Non-Static Fields）：從技術上講，對象存儲它們的個人狀態在“非靜態字段”，也就是沒有static關鍵字聲明的字段。非靜態字段也被稱為實例變量，因為它們的值對于類的每個實例來說是唯一的（換句話說，就是每個對象）。名字叫作Lucy的狗獨立于另一條名字叫作Lily的狗。

·　類變量/靜態字段（Class Variables/Static Fields）：類變量是用static修飾符聲明的字段，也就是告訴編譯器無論類被實例化多少次，這個變量的存在只有一個副本。特定種類自行車的齒輪數目的字段可以被標記為static，因為相同的齒輪數量將適用于所有情況。代碼“static intnumGears = 6;”將創建一個這樣的靜態字段。此外，關鍵字final也可以加入，以指示齒輪的數量不會改變。

·　局部變量（Local Variables）：類似于對象存儲狀態在字段里，方法通常會存放臨時狀態在局部變量里。語法與局部變量的聲明類似（例如，int count = 0;）。沒有特殊的關鍵字來指定一個變量是否是局部變量，是由該變量聲明的位置決定的。局部變量是類的方法中的變量。

·　參數（Parameters）：在前文的例子中經常可以看到public static void main(String[] args)，這里的args變量就是這個方法參數。需要記住的重要一點是，參數都歸類為“變量（variable）”而不是“字段（field）”。

如果我們談論的是“一般的字段”（不包括局部變量和參數），那么我們可以簡單地說“字段”。如果討論適用于上述所有情況，那么我們可以簡單地說“變量”。如果上下文要求一個區別，我們將使用特定的術語（靜態字段、局部變量等），也偶爾會使用術語“成員（member）”。類型的字段、方法和嵌套類型統稱為它的成員。

2.1.1　命名

每一個編程語言都有它自己的一套規則和慣例的各種名目，Java編程語言對于命名變量的規則和慣例可以概括如下：

·　變量名稱是區分大小寫的。變量名可以是任何合法的標識符（無限長度的Unicode字母和數字），以字母、美元符號$或下畫線_開頭，但是推薦按照慣例以字母開頭，而不是$或_。此外，按照慣例，美元符號從未使用過。在某些情況下，某些軟件自動生成的名稱會包含美元符號，但在實際編程中變量名應該始終避免使用美元符號。類似的約定還有下畫線，不鼓勵用“_”作為變量名開頭。空格是不允許的。

·　隨后的字符可以是字母、數字、美元符號或下畫線字符。慣例同樣適用于這一規則。為變量命名，盡量是完整的單詞，而不是神秘的縮寫。這樣做會使你的代碼更容易閱讀和理解，比如name和color會比縮寫n和c更直觀。同時請記住，選擇的名稱不能是關鍵字或保留字。

·　如果選擇的名稱只包含一個單詞，那么拼寫單詞全部為小寫字母。如果它由一個以上的單詞組成，那么每個后續單詞的第一個字母大寫，如gearRatio和currentGear。如果你的變量存儲一個常量，如static final int NUM_GEARS = 6，那么每個字母大寫，并用下畫線分隔后續字符。按照慣例，下畫線字符永遠不會在其他地方使用。

詳細的命名規范，可以參考筆者所著的《Java編碼規范》（https://github.com/waylau/java-code-conventions）。

2.1.2　基本數據類型

Java是靜態類型的語言，必須先聲明再使用。基本數據類型之間不會共享。主要有8種基本數據類型：byte、short、int、long、char、float、double、boolean。其中，byte、short、int、long是整數類型，float、double是浮點數類型。

1．byte

byte由1個字節8位表示，是最小的整數類型。當操作來自網絡、文件或者其他I/O的數據流時，byte類型特別有用。byte取值范圍是[-128, 127]，默認值為(byte)0。如果我們試圖將取值范圍外的值賦給byte類型的變量，則會出現編譯錯誤，例如：

   byte b = 128; // 編譯錯誤

上面這個語句是無法通過編譯的。

還有一個有趣的問題，如果有這樣一個方法：

試圖通過test(0)來調用這個方法是錯誤的，編譯器會報錯，因為類型不兼容！但是像下面這樣賦值就完全沒有問題：

   byte b = 0; // 正常

這里涉及一個叫字面值（literal）的問題。字面值就是表面上的值，例如整型字面值在源代碼中就是諸如5、0、-200這樣的。如果整型字面值后面加上L或者l，那么這個字面值就是long類型，比如1000L代表一個long類型的值。

若不加L或者l，則為int類型。基本類型當中的byte、short、int、long都可以通過不加L的整型字面值來創建，例如：

   byte b = 100;
   short s = 5;

對于long類型，如果大小超出int所能表示的范圍（32 bits），則必須使用L結尾來表示。整型字面值可以有不同的表示方式：十六進制（0X或者0x）、十進制、八進制（0）、二進制（0B或者0b）等。二進制字面值是JDK 7以后才有的功能。在賦值操作中，int字面值可以賦給byte、short、int、long等，Java語言會自動處理好這個過程。如果方法調用時不一樣，比如調用test(0)的時候，它能匹配的方法是test(int)，當然不能匹配test(byte)方法。

注意區別包裝器與原始類型的自動轉換，比如下面的賦值是允許的：

   byte d = 'A'; // 正常

上面例子中的字符字面值可以自動轉換成16位的整數。

對byte類型進行數學運算時，會自動提升為int類型。如果表達式中有double或者float等類型，也是會自動提升的。所以下面的代碼是錯誤的：

   byte t s1 = 100;
   byte s2 = 'a';
   byte sum = s1 + s2; // 錯誤！不能將int轉為byte

2．short

short用16位表示，取值范圍為[- 2^15, 2^15 - 1]。short可能是最不常用的類型，可以通過整型字面值或者字符字面值賦值，前提是不超出范圍。short類型參與運算的時候，一樣會被提升為int或者更高的類型。

3．int

int用32位表示，取值范圍為[- 2^31, 2^31 - 1]。Java 8以后，可以使用int類型表示無符號32位整數，數據范圍為[0, 2^31 - 1]。

4．long

long用64位表示，取值范圍為[- 2^63, 2^63 - 1]，默認值為0L。當需要計算非常大的數時，如果int不足以容納大小，可以使用long類型。如果long也不夠，可以使用BigInteger類。

5．char

char用16位表示，其取值范圍可以是[0, 65535]、[0, 2^16 -1]或者是從\u0000到\uffff。Java使用Unicode字符集表示字符，Unicode是完全國際化的字符集，可以表示全部人類語言中的字符。Unicode需要16位寬，所以Java中的char類型也使用16位表示。賦值可能是這樣的：

   char ch1 = 88;
   char ch2 = 'A';

ASCII字符集占用了Unicode的前127個值。之所以把char歸入整型，是因為Java為char提供算術運算支持，例如運行“ch2++;”之后ch2就變成Y。當char進行加減乘除運算的時候，會被轉換成int類型，必須顯式轉化回來。

6．float

float使用32位表示，對應單精度浮點數，遵循IEEE 754規范。運行速度相比double更快，占內存更小，但是當數值非常大或者非常小的時候會變得不精確。精度要求不高的時候可以使用float類型，聲明賦值示例：

   float f1 =10;
   f1 = 10L;
   f1 = 10.0f;

可以將byte、short、int、long、char賦給float類型，Java自動完成轉換。

7．double

double使用64位表示，將浮點字面值賦給某個變量時，如果不顯示在字面值后面加f或者F，則默認為double類型。比如下面的例子：

   float f1 =10;
   f1 = 10.0;  //為double類型

java.lang.Math中的函數都采用double類型。如果double和float都無法達到想要的精度，可以使用BigDecimal類。

8．boolean

boolean類型只有兩個值true和false，默認為false。boolean與是否為0沒有任何關系，但是可以根據想要的邏輯進行轉換。許多地方都需要用到boolean類型。

除了上面列出的8種原始數據類型，Java編程語言還提供了java.lang.String，用于字符串的特殊支持。雙引號包圍的字符串會自動創建一個新的String對象，例如：

   String s = "this is a string";

String對象是不可變的，這意味著一旦創建，它們的值不能改變。String類型不是技術上的原始數據類型，但考慮到語言所賦予的特殊支持，你可能會錯誤地傾向于認為它是這樣的。

2.1.3　基本數據類型的默認值

在字段聲明時，有時并不必要分配一個值。字段被聲明但尚未初始化時，將會由編譯器設置一個合理的默認值。一般而言，根據數據類型的不同，默認將為零或為null。良好的編程風格不應該依賴于這樣的默認值。表2-1總結了上述數據類型的默認值。

表2-1　基本數據類型的默認值

局部變量（Local Variable）略有不同，編譯器不會指定一個默認值未初始化的局部變量。如果你不能初始化你聲明的局部變量，那么請確保使用之前給它分配一個值。訪問一個未初始化的局部變量會導致編譯時錯誤。

2.1.4　字面值

在Java源代碼中，字面值（Literal）用于表示固定的值，直接展示在代碼里，而不需要計算。數值型的字面值是最常見的，字符串字面值可以算是一種，當然也可以把特殊的null當作字面值。字面值大體上可以分為整型字面值、浮點字面值、字符和字符串字面值、特殊字面值。

1．整型字面值

從形式上看是整數的字面值歸類為整型字面值。例如，10、100000L、'B'、0XFF這些都可以稱為字面值。整型字面值可以用十進制、十六進制、八進制、二進制來表示。十進制很簡單，二進制、八進制、十六進制的表示分別在最前面加上0B（0b）、0、0X（0x）即可。

當然基數不能超出進制的范圍，比如在八進制里面09是不合法的，八進制的基數只能到7。一般情況下，字面值創建的是int類型，但是int字面值可以賦值給byte、short、int、long、char，只要字面值在目標范圍以內，Java就會自動完成轉換。如果試圖將超出范圍的字面值賦給某一類型（比如把128賦給byte類型），編譯會通不過。如果想創建一個int類型無法表示的long類型，則需要在字面值最后面加上L或者l，通常建議使用容易區分的L。所以整型字面值包括int字面值和long字面值兩種。

·　十進制：其位數由數字0～9組成，這是你每天使用的數字系統。

·　十六進制：其位數由數字0到9和字母A至F組成。

·　二進制：其位數由數字0和1組成。

下面是使用的語法：

   // 十進制
   int decVal = 26;

   //  十六進制
   int hexVal = 0x1a;

   // 二進制
   int binVal = 0b11010;

2．浮點字面值

浮點字面值可以簡單理解為小數，分為float字面值和double字面值兩種。如果在小數后面加上F或者f，就表示這是一個float字面值，如11.8F。如果小數后面不加F（f），如10.4，或者小數后面加上D（d），則表示這是一個double字面值。另外，浮點字面值支持科學記數法（E或e）表示。下面是一些例子：

   double d1 = 123.4;

   // 科學記數法
   double d2 = 1.234e2;

   float f1  = 123.4f;

3．字符和字符串字面值

在Java中，字符字面值用單引號括起來，如'@'、'1'。所有的UTF-16字符集都包含在字符字面值中。不能直接輸入的字符可以使用轉義字符，如\n為換行字符。也可以使用八進制或者十六進制表示字符，八進制使用反斜杠加3位數字表示，例如'\141'表示字母a。十六進制使用'\u'加上4為十六進制的數表示，如'\u0061'表示字符a。也就是說，通過使用轉義字符，可以表示鍵盤上有的或者沒有的所有字符。常見的轉義字符序列有：

·　\ddd（八進制）

·　\uxxxx（十六進制Unicode字符）

·　\'（單引號）

·　\"（雙引號）

·　\\（反斜杠）

·　\r（回車符）

·　\n（換行符）

·　\f（換頁符）

·　\t（制表符）

·　\b（回格符）

字符串字面值使用雙引號。字符串字面值中同樣可以包含字符字面值中的轉義字符序列。字符串必須位于同一行或者使用+運算符，因為Java沒有續行轉義序列。

4．特殊字面值

從Java SE 7開始，可以在數值型字面值中使用下畫線，但是下畫線只能用于分隔數字，不能分隔字符與字符，也不能分隔字符與數字。例如：

   int x = 123_456_789;

在編譯上面的代碼時，下畫線會自動去掉。

可以連續使用下畫線，比如：

   float f = 1.22___33__44

二進制或者十六進制的字面值也可以使用下畫線。

切記，下畫線只能用于數字與數字之間，除此以外都是非法的。例如，1._23是非法的，_123、11000_L都是非法的。

下面列出一些正確的用法：

   long creditCardNumber = 1234_5678_9012_3456L;
   long socialSecurityNumber = 999_99_9999L;
   float pi =  3.14_15F;
   long hexBytes = 0xFF_EC_DE_5E;
   long hexWords = 0xCAFE_BABE;
   long maxLong = 0x7fff_ffff_ffff_ffffL;
   byte nybbles = 0b0010_0101;
   long bytes = 0b11010010_01101001_10010100_10010010;

下面列出一些非法的用法：

   float pi1 = 3_.1415F;
   float pi2 = 3._1415F;
   long socialSecurityNumber1 = 999_99_9999_L;
   int x2 = 52_;
   int x4 = 0_x52;
   int x5 = 0x_52;
   int x7 = 0x52_;

2.1.5　基本數據類型之間的轉換

在Java中，將一種類型的值賦給另一種類型是很常見的。同時要注意，boolean類型與其他7種類型不能進行轉換，這一點很明確。對于其他7種數據類型，它們之間都可以進行轉換，但是可能會存在精度損失或者其他一些變化。

轉換分為自動轉換和強制轉換。對于自動轉換（隱式），無須任何操作；而強制類型轉換需要顯式轉換，即使用轉換操作符“(類型)”。以下是一個示例：

   int  i =97;

   char  c = (char)i; // int強制轉換為char

首先將7種類型按下面的順序排列一下：

   byte <（short=char）< int < long < float < double

從小轉換到大，可以自動完成；而從大到小，則必須強制轉換。即使short和char類型相同，也必須強制轉換。

圖2-1形象地展示了類型轉換之間的關系。小杯子的物品可以順利倒入大杯子中（自動轉換），但大杯子里面的物品則不能簡單地倒入小杯子中（強制轉化，可能會導致物品丟失）。

圖2-1　基本數據類型之間的轉換

1．自動轉換

自動轉換時發生擴寬轉換（widening conversion）。因為較大的類型（如int）要保存較小的類型（如byte），內存總是足夠的，不需要強制轉換。將字面值保存到byte、short、char、long的時候，也會自動進行類型轉換。注意，此時從int（沒有帶L的整型字面值為int）到byte、short、char也是自動完成的，雖然它們都比int小。在自動類型轉化中，除了以下幾種情況可能會導致精度損失以外，其他的轉換都不能出現精度損失。

·　int–> float

·　long–> float

·　long–> double

·　float –>無符號double

除了可能的精度損失外，自動轉換不會出現任何運行時異常。

2．強制類型轉換

如果要把大的轉成小的，或者在short與char之間進行轉換，就必須強制轉換，也被稱作縮小轉換（narrowing conversion），因為必須顯式地使數值更小以適應目標類型。嚴格地說，將byte轉為char不屬于縮小轉換，因為從byte到char的過程其實是byte→int→char，所以擴寬轉換和縮小轉換都有。

強制轉換除了可能的精度損失外，還可能使模（overall magnitude）發生變化。強制轉換示例如下：

   int a = 257;
   byte b;
   b = (byte)a; // 1

如果整數的值超出了byte所能表示的范圍，結果將對byte類型的范圍取余數。例如，a=257超出了byte [-128,127]的范圍，所以將257除以byte的范圍（256）取余數得到b=1。需要注意的是，當a=200時，除以256取余數應該為-56，而不是200。

將浮點類型賦給整數類型的時候會發生截尾（truncation），也就是把小數的部分去掉，只留下整數部分。此時如果整數超出目標類型范圍，一樣將對目標類型的范圍取余數。

7種基本類型轉換總結如圖2-2所示。

圖2-2　7種基本類型轉換總結

3．字面值賦值

在使用字面值對整數賦值的過程中，可以將int字面值賦給byte、short、char、int，只要不超出范圍即可。這個過程中的類型轉換是自動完成的，但是如果你試圖將long字面值賦給byte，即使沒有超出范圍，也必須進行強制類型轉換。例如，下面的例子是非法的：

   byte b = 10L; // 錯誤！

如果想將long型轉為byte，則需要進行強制轉換。

4．表達式中的自動類型提升

除了賦值以外，表達式計算過程中也可能發生一些類型轉換。在表達式中，類型提升規則如下：

·　所有byte、short、char都被提升為int。

·　如果有一個操作數為long，整個表達式提升為long。float和double情況也一樣。

2.1.6　數組

數組（Array）是一個容器對象，保存一個固定數量的單一類型的值。當數組創建時，數組的長度就確定了。創建后，其長度是固定的。數據里面的每個項稱為元素（element），每個元素都用一個數組下標（index）關聯。下標從0開始，如圖2-3所示，第9個元素的下標是8。

圖2-3　數組示例

以下是一個數組的示例：

輸出為：

   Element at index 0: 100
   Element at index 1: 200
   Element at index 2: 300
   Element at index 3: 400
   Element at index 4: 500
   Element at index 5: 600
   Element at index 6: 700
   Element at index 7: 800
   Element at index 8: 900
   Element at index 9: 1000

1．聲明引用數組的變量

聲明數組的類型：

   byte[] anArrayOfBytes;
   short[] anArrayOfShorts;
   long[] anArrayOfLongs;
   float[] anArrayOfFloats;
   double[] anArrayOfDoubles;
   boolean[] anArrayOfBooleans;
   char[] anArrayOfChars;
   String[] anArrayOfStrings;

也可以將中括號放在數組名稱后面（但不推薦）：

   // 合法，但不推薦使用
   float anArrayOfFloats[];

2．創建、初始化和訪問數組

ArrayDemo的示例說明了創建、初始化和訪問數組的過程。可以用下面的方式簡化創建、初始化數組：

   int[] anArray = {
      100, 200, 300,
      400, 500, 600,
      700, 800, 900, 1000
   };

數組里面可以聲明數組，即多維數組（multidimensional array）。如下面的例子就是一個多維數組MultiDimArrayDemo：

輸出為：

   Mr. Way
   Ms. Lau

最后，可以通過內建的length屬性來確認數組的大小：

   System.out.println(anArray.length);

3．復制數組

System類有一個arraycopy方法，用于數組的有效復制：

下面是一個例子（ArrayCopyDemo）：

程序輸出為：

   way

4．數組操作

Java提供了一些數組有用的操作。觀察下面的例子ArrayCopyOfDemo：

可以看到，相比于ArrayCopyDemo的例子，使用java.util.Arrays.copyOfRange方法，代碼量減少了很多。

其他常用操作還包括：

·　binarySearch：用于搜索。

·　equals：比較兩個數組是否相等。

·　fill：填充數組。

·　sort：數組排序，在Java 8以后，可以使用parallelSort方法，在多處理器系統的大數組并行排序比連續數組排序更快。