第4章 最常用的編程元素—常量與變量

本章視頻教學(xué)錄像：1 小時(shí)22分鐘

Java語言強(qiáng)大靈活，與C++語言語法有很多相似之處。要想熟練使用Java語言，就必須從了解Java語言基礎(chǔ)開始，“千里之行，始于足下”。本章講解Java中常量和變量的聲明與應(yīng)用、變量的命名規(guī)則以及作用范圍等。本章內(nèi)容是接下來章節(jié)的基礎(chǔ)，初學(xué)者應(yīng)該認(rèn)真學(xué)習(xí)。

本章要點(diǎn)（已掌握的在方框中打鉤）

□ 掌握常量和變量的聲明方法

□ 掌握變量的命名規(guī)則

□ 掌握變量的作用范圍

□ 掌握常量和變量的應(yīng)用技巧

4.1 常量

本節(jié)視頻教學(xué)錄像：15分鐘

一般來說，所有的程序設(shè)計(jì)語言都需要定義常量(Constant)。在Java開發(fā)語言平臺(tái)中也不例外。所謂常量，就是固定不變的量，其一旦被定義并賦初值后，它的值就不能再被改變。

4.1.1 聲明常量

在Java語言中，主要是利用關(guān)鍵字final來進(jìn)行定義常量的，聲明常量的語法為：

        final數(shù)據(jù)類型 常量名稱[=值];

常量名稱通常使用大寫字母，例如PI、YEAR等，但這并不是硬性要求，僅是一個(gè)習(xí)慣而已，在這里建議讀者養(yǎng)成良好的編碼習(xí)慣。值得注意的是，雖然Java中有關(guān)鍵詞const，但目前并沒有被Java正式啟用。const是C++中定義常量的關(guān)鍵字。

常量標(biāo)識(shí)符和前面講到的變量標(biāo)識(shí)符規(guī)定一樣，可由任意順序的大小寫字母、數(shù)字、下劃線（_）和美元符號(hào)（$）等組成，標(biāo)識(shí)符不能以數(shù)字開頭，亦不能是Java中的保留關(guān)鍵字。

此外，在定義常量時(shí)，需要注意如下兩點(diǎn)。

⑴ 必須要在常量聲明時(shí)對(duì)其進(jìn)行初始化，否則會(huì)出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤。常量一旦初始化后，就無法再次對(duì)這個(gè)常量進(jìn)行賦值。

⑵ final關(guān)鍵字不僅可用來修飾基本數(shù)據(jù)類型的常量，還可以用來修飾后續(xù)章節(jié)講到的“對(duì)象引用”或者方法。

4.1.2 常量應(yīng)用示例

當(dāng)常量作為一個(gè)類的成員變量時(shí)，需要給常量賦初值，否則編譯器會(huì)“不答應(yīng)”的。

【范例4-1】 聲明一個(gè)常量用于成員變量（TestFinal4-1.java）。

        01  //@Description:Java中定義常量
        02  public class TestFinal4_1
        03  {
        04    static final int YEAR=365;          //定義一個(gè)靜態(tài)常量
        05    public static void main(String[]args)
        06    {
        07      System.out.println("兩年是："+2*YEAR+"天");
        08    }
        09  }

【運(yùn)行結(jié)果】

保存并運(yùn)行程序，結(jié)果如下圖所示。

4.2 變量

本節(jié)視頻教學(xué)錄像：42分鐘

變量是利用聲明的方式，將內(nèi)存中的某個(gè)內(nèi)存塊保留下來以供程序使用，其內(nèi)的值是可變的。可聲明的變量數(shù)據(jù)類型有整型（int）、字符型（char）、浮點(diǎn)型（float或double），也可以是其他的數(shù)據(jù)類型（如用戶自定義的數(shù)據(jù)類型——類）。在英語中，數(shù)據(jù)類型的“type”和類的“class”本身就是一組同義詞，所以二者在地位上是對(duì)等的。

4.2.1 聲明變量

聲明變量有兩個(gè)作用。

⑴ 指定在內(nèi)存中分配空間大小。

變量在聲明時(shí)，可以同時(shí)給予初始化(即賦予初始值）。

⑵ 規(guī)定這個(gè)變量所能接受的運(yùn)算。

例如，整數(shù)數(shù)據(jù)類型int只能接受加、減、乘、除 (+,-,*,/)等運(yùn)算符。

雖然，我們還沒有正式講到“類”的概念，其實(shí)在本質(zhì)上，“類”就是在諸如整型、浮點(diǎn)型等基本數(shù)據(jù)“不夠用”時(shí)，用戶自定義的一種數(shù)據(jù)類型（User-Difined Type，UDT）。那么，如果張三是屬于“Human”這個(gè)類所定義的變量，在一般情況，他就不能使用另一個(gè)類“Cow”中的“吃草”——EatGrass()這個(gè)操作。也就是說，正是有了類型的區(qū)分，各個(gè)不同類型的變量就可以根據(jù)其類型所規(guī)定的操作范圍“各司其職”。

因此，任何一個(gè)變量在聲明時(shí)必須給予它一個(gè)類型，而在相同的作用范圍內(nèi)，變量還必須有個(gè)獨(dú)一無二的名稱，如下圖所示。

下面先來看一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例，以便了解Java里變量與常量之間的關(guān)系。在下面的程序里聲明了兩種Java經(jīng)常使用到的變量，分別為整型變量num與字符變量ch。為它們賦值后，再把它們的值分別在控制臺(tái)上顯示。

【范例4-2】聲明兩個(gè)變量，一個(gè)是整型，另一個(gè)是字符型（TestJavaIntChar4 2.java）。

        01  //Description:聲明整型變量和字符變量
        02 public class TestJavaIntChar4_2
        03 {
        04   public static void main(String[]args)
        05   {
        06     int num=3;//聲明一整型變量num，賦值為3
        07    char ch='z';//聲明一字符變量ch，賦值為z11
        08    System.out.println(num+"是整數(shù)！"); //輸出num的值
        09    System.out.println(ch+"是字符！");  //輸出ch的值14
        10   }
        11 }

【運(yùn)行結(jié)果】

保存并運(yùn)行程序，結(jié)果如下圖所示。

【范例分析】

在TestJavaIntChar4_2類中，第06和07行分別聲明了整型（int）和字符型（char）的變量num與ch，并分別將常量3與字符“z”賦值給這兩個(gè)變量，最后將它們顯示在控制臺(tái)上（第8和9行）。

聲明一個(gè)變量時(shí)，編譯程序會(huì)在內(nèi)存里開辟一塊足以容納此變量的內(nèi)存空間給它。不管該變量的值如何改變，都永遠(yuǎn)使用相同的內(nèi)存空間。因此，善用變量是一種節(jié)省內(nèi)存的方式。

常量是不同于變量的一種類型，它的值是固定的，例如整數(shù)常量、字符串常量。通常給變量賦值時(shí)，會(huì)將常量賦值給變量。如在類TestJavaIntChar4_2中，第06行num是整型變量，而3則是常量。此行的作用是聲明num為整型變量，并把常量3這個(gè)值賦給它。與此相同，第07行聲明了一個(gè)字符變量ch，并將字符常量“z”賦給它。

當(dāng)然，在程序編寫的過程中，可以為變量重新賦值，也可以用已聲明過的變量將其賦值，如下所示。

        01  int num=3;         //聲明一整型變量num，賦值為3
        02  int newNum=8;    //聲明一整型變量newNum，賦值為8
        03  num=newNum;    //將變量newNum的值賦給變量num

作為Java的初學(xué)者，對(duì)于上述三個(gè)語句容易有兩個(gè)地方犯錯(cuò)。

⑴變量num最終的值是什么？是3還是8？其實(shí)讀者只需記住一點(diǎn)，變量的值永遠(yuǎn)以最后更新的值為準(zhǔn)，所以num的值等于newNum的值，而newNum的值為8。

⑵第03行，初學(xué)者容易錯(cuò)誤地寫成。

        03  int num=newNum;

事實(shí)上，int num = newNum；這一個(gè)語句有兩層操作，一是“int num”，它要求編譯器在內(nèi)存空間分配一塊區(qū)域來存儲(chǔ)一個(gè)整型數(shù)據(jù)，為了方便用戶訪問這塊內(nèi)存區(qū)域，就給這塊內(nèi)存區(qū)域取個(gè)標(biāo)識(shí)叫num；二是為這個(gè)名叫num的內(nèi)存區(qū)域賦值——將另外一個(gè)變量newNum的值賦給num，即：num =newNum。這樣一來，在整個(gè)作用域就有兩個(gè)變量名叫num（第01行和03行）。如同一個(gè)教室里若有兩個(gè)同名同姓的學(xué)生，老師很難通過名字來區(qū)分這兩位學(xué)生。類似的，編譯器在同一個(gè)作用域范圍內(nèi)也無法區(qū)分兩個(gè)“同名同姓”的變量，于是就產(chǎn)生了二義性，這樣就會(huì)產(chǎn)生編譯錯(cuò)誤。正確的做法是，要么去掉int num = newNum語句前面的變量聲明標(biāo)志int，要么將第03行的num取個(gè)新的名稱。

4.2.2 變量的命名規(guī)則

變量也是一種標(biāo)識(shí)符，所以它也遵循標(biāo)識(shí)符的命名規(guī)則。

⑴ 變量名可由任意順序的大小寫字母、數(shù)字、下劃線（_）和美元符號(hào)（$）等組成。

⑵ 變量名不能以數(shù)字開頭。

⑶ 變量名不能是Java中的保留關(guān)鍵字。

4.2.3 變量的作用范圍

變量是有作用范圍（Scope）的，作用范圍有時(shí)也稱作用域。一旦超出變量的作用范圍，就無法再使用這個(gè)變量。例如張三在A村很知名。你打聽A村的張三，人人都知道，可你到B村打聽，就沒人知道。也就是說，在B村張三是無法訪問的。就算碰巧B村也有個(gè)叫張三的，但此張三已經(jīng)非彼張三了。這里的A村和B村就是張三的“作用（活動(dòng)）范圍” 。

按作用范圍進(jìn)行劃分，變量分為成員變量和局部變量。

1. 成員變量

在類體中定義的變量為成員變量。它的作用范圍為整個(gè)類，也就是說在這個(gè)類中都可以訪問到定義的這個(gè)成員變量。

【范例4-3】 探討成員變量的作用范圍（TestMemVar4 3.java）。

        01  //@Description:定義類中的成員變量
        02  public class TestMemVar4_3
        03  {
        04    static int var=1;      //定義一個(gè)成員變量
        05    06    public static void main(String[]args)
        06   {
        07     System.out.println("成員變量var的值是："+var);
        08   }
        09 }

【運(yùn)行結(jié)果】

保存并運(yùn)行程序，結(jié)果如下圖所示。

2. 局部變量

在一個(gè)函數(shù)（或稱方法）或函數(shù)內(nèi)代碼塊（code block）中定義的變量稱為局部變量，局部變量在函數(shù)或代碼塊被執(zhí)行時(shí)創(chuàng)建，在函數(shù)或代碼塊結(jié)束時(shí)被銷毀。局部變量在進(jìn)行取值操作前必須被初始化或賦值操作，否則會(huì)出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤！

Java存在塊級(jí)作用域，在程序中任意大括號(hào)包裝的代碼塊中定義的變量，它的生命僅僅存在于程序運(yùn)行該代碼塊時(shí)。比如在for（或while）循環(huán)體里、方法或方法的參數(shù)列表里等。在循環(huán)里聲明的變量只要跳出循環(huán)，這個(gè)變量便不能再使用。同樣，方法或方法的參數(shù)列表里定義的局部變量，當(dāng)跳出方法體（method body）之外，該變量也不能使用了。下面用一個(gè)范例來說明局部變量的使用方法。

【范例4-4】 局部變量的使用（TestLocalVar4 4.java）。

        01  //@Description:局部變量的作用域
        02
        03  public class TestLocalVar4_4
        04  {
        05   public static void main(String[]args)      //main方法參數(shù)列表定義的局部變量args
        06   {
        07     int sum=0;                        //main方法體內(nèi)定義的局部變量sum
        08     for(int i=1;i<=5;i++)              //for循環(huán)體內(nèi)定義的局部變量i
        09     {
        10       sum=sum+i;
        11       System.out.println("i="+i+",sum="+sum);
        12     }
        13    }
        14  }

【運(yùn)行結(jié)果】

保存并運(yùn)行程序，結(jié)果如下圖所示。

【代碼詳解】

在范例4-4這個(gè)小例子中，就有3種定義局部變量的方式。在第05行，在靜態(tài)方法main參數(shù)列表中定義的局部變量args，它的作用范圍就是整個(gè)main方法體：以06行的左花括號(hào)“{”開始，以13行的“} ”結(jié)束。args主要用途是從命令行讀取輸入的參數(shù)，后續(xù)的章節(jié)我們會(huì)講到這方面的知識(shí)點(diǎn)。

在第07行，在main方法體內(nèi)，定義了局部變量sum。它的作用范圍從當(dāng)前行（07行）到以第13行的“}”為止。

在第08行，把局部變量i聲明在for循環(huán)里，它的有效范圍僅在for循環(huán)內(nèi)（09～12行），只要一離開這個(gè)循環(huán)，變量i便無法使用。相對(duì)而言，變量sum的有效作用范圍從第07行開始，到第13行結(jié)束，for循環(huán)也屬于變量sum的有效范圍，因此sum在for循環(huán)內(nèi)也是可用的。

下面我們?cè)儆靡粋€(gè)案例說明局部變量在塊（block）作用范圍的應(yīng)用。

【范例4-5】 變量的綜合應(yīng)用（TestLocalVar4 5.java）。

        01  //@Description:變量的綜合使用
        02  public class TestLocalVar4_5
        03 {
        04    public static void main(String[]args)
        05    {
        06      int outer=1;
        07      {
        08        int inner=2;
        09        System.out.println("inner="+inner);
        10        System.out.println("outer="+outer);
        11      }
        12      //System.out.println("inner="+inner);
        13      int inner=3;
        14      System.out.println("inner="+inner);
        15      System.out.println("outer="+outer);
        16
        17      System.out.println("In class level,x="+x);
        18    }
        19    static int x=10;
        20 }

【運(yùn)行結(jié)果】

保存并運(yùn)行程序，結(jié)果如下圖所示。

【代碼詳解】

塊（block）作用范圍除了用for（while）循環(huán)或方法體的左右花括號(hào){}來界定外，還可以直接用花括號(hào){}來定義“塊”，如第09行至第13行，在這個(gè)塊內(nèi)，inner等于2，出了第13行，就是出了它的作用范圍，也就是說出了這個(gè)塊，inner生命周期就終結(jié)了。因此，如果我們?nèi)∠?4行的注釋符號(hào)“//”，會(huì)出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤，因?yàn)檫@行的System.out.println()方法不認(rèn)識(shí)這個(gè)“陌生”的名叫inner的變量。

第14行，我們重新定義并初始化了一個(gè)新的inner，注意這個(gè)inner和第09行～13行塊內(nèi)的inner完全沒有任何關(guān)系。因此第16行，可以正常輸出，但輸出的值為3。讀者再回顧一下本小節(jié)一開始的比喻，第09～13行中的局部變量inner，就如同我們前面的比喻，那個(gè)A村的“張三”，雖然他在A村很知名，人人都知道他，但是出了他的“勢(shì)力（作用）范圍”，就沒有人認(rèn)識(shí)他。而第14行出現(xiàn)同名變量inner，他就是B村的張三，他的“勢(shì)力（作用）范圍”是第14～20行。A村的張三和B村的張三沒有任何關(guān)系，他們不過是碰巧重名罷了。第09行和第14行定義的變量inner也是這樣，它們之間沒有任何聯(lián)系，不過是碰巧重名而已。

一般來說，所有變量都遵循“先聲明，后使用”的原則。這是因?yàn)樽兞恐挥小跋嚷暶鳌?，它才能在?nèi)存中“存在”，之后才能被其他方法所“感知”并使用，但是存在于類中成員變量（不再任何方法內(nèi)），它們的作用范圍是整個(gè)類范圍（class level），在編譯器的“內(nèi)部協(xié)調(diào)”下，變量只要作為類中的數(shù)據(jù)成員被聲明了，就可以在類內(nèi)部的任何地方使用，無需滿足“先聲明，后使用”的原則。比如類成員變量x是在第19行聲明的，由于它的作用范圍是整個(gè)TestLocalVar4_5類，所以在第19行也可以正確輸出x的值。

4.3 高手點(diǎn)撥

本節(jié)視頻教學(xué)錄像：7分鐘

1. Java中作用范圍是禁止嵌套的，而在C/C++中則是允許的

在Java中，在方法（函數(shù)）內(nèi)定義的變量，其作用范圍（包括方法的參數(shù)）是從它定義的地方開始，到它所作用范圍終結(jié)的位置處結(jié)束。如在方法的開始處定義了一個(gè)變量i，那么直到該方法結(jié)束處，都不能再定義另一個(gè)同名變量i。再如，如果在一個(gè)for循環(huán)體中定義了變量i，那么在這個(gè)for循環(huán)內(nèi)不能再有同名變量，但出了for循環(huán)之后，是可以再次定義的。這就是作用域不能嵌套的意思。

而在C/C++中，作用域可以嵌套，甚至無限制地嵌套下去，這里每對(duì)大括號(hào)之間就是一個(gè)獨(dú)立的作用域，內(nèi)嵌套的同名變量覆蓋外遷套的同名變量。如下表所示。

2. Java中類與方法中變量作用域可以嵌套

在Java中，類與方法之間作用域是可以嵌套的，可以把整個(gè)類看做一個(gè)大的作用域，它定義的字段(或稱數(shù)據(jù)成員)可被方法中的同名字段所屏蔽，其行為類似于上表左側(cè)所示的C/C++的作用域嵌套。下面的例子說明了這個(gè)情況。

        01  public class VarScope
        02  {
        03    public static void main(String args[])
        04    {
        05      int x=1;
        06      System.out.println("x="+x);
        07    }
        08    private int x;
        09  }

本例中的第5行所定義的x，作為類VarScope的數(shù)據(jù)成員，它的作用域是整個(gè)類，即從第02行到第09行之間，這個(gè)范圍包括了第03行到第07行，而這個(gè)區(qū)域內(nèi)的main方法，其內(nèi)部也定義了一個(gè)名為x的變量，在這個(gè)范圍內(nèi)，第09行定義的變量x被第05行定義的變量x所覆蓋，運(yùn)行結(jié)果如下所示。

4.4 實(shí)戰(zhàn)練習(xí)

本節(jié)視頻教學(xué)錄像：18分鐘

1. 編寫一個(gè)程序，定義局部變量sum，并求出1+2+3+…+99+100之和，賦值給sum，并輸出sum的值。

2. 糾正下面代碼的錯(cuò)誤，并給出正確的輸出結(jié)果。

        01  public class Exercise4_2
        02  {
        03    static int x=10;
        04    public static void main(String[]args)
        05    {
        06      int outer=1;
        07      int inner=3;
        08      {
        09        int inner=2;

        10        int x=100;
        11        System.out.println("inner="+inner);
        12        System.out.println("outer="+outer);
        13        System.out.println("In class level,x="+x);
        14      }
        15     System.out.println("inner="+inner);
        16     System.out.println("outer="+outer);
        17    }
        18  }

3. 動(dòng)手試一試，下面的代碼中在編譯時(shí)哪一行會(huì)出錯(cuò)？（Java面試題）

        01  public class chap4Test
        02  {
        03    static void TestDemo()
        04    {
        05       int i,j,n;
        06       i=100;
        07        while(i>0)
        08        {
        09          System.out.println("The value is="+j);
        10          n=n+1;
        11          i--;
        12        }
        13      }
        14    public static void main(String[]args)
        15    {
        16     TestDemo(); //調(diào)用靜態(tài)方法TestDemo()
        17    }
        18  }

解析：在4.2.3小節(jié)中，我們明確提到，局部變量在進(jìn)行取值操作前必須被初始化或賦值操作，否則會(huì)出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤！本題中局部變量j和n在使用前，沒有被初始化，所以在使用它們的時(shí)候（分別在第09行和第10行）就會(huì)出錯(cuò)。如下圖所示。

而事實(shí)上，一旦出現(xiàn)了諸如“變量沒有初始化”的語法錯(cuò)誤，使用Eclipse，即使沒有編譯，也會(huì)在對(duì)應(yīng)的行首出現(xiàn)紅色的“×”，行末會(huì)對(duì)應(yīng)出現(xiàn)紅色小方塊“□”，用以提示用戶此行有語法錯(cuò)誤。