《编程导论（Java）·1.2类》

本节初步介绍类的细节。

1.2.1 类体结构

首先，按照我的对象优先教学策略，先介绍类的知识而非先讲控制结构。所以，早在第一章第二节，就直接给出一个完整的Dog例程例程1-1。而1.2.1类体结构围绕例程，总体介绍状态、行为和身份标识(引用)。很多东西，不方便现在解释的，就不解释。同学们先在BlueJ中操作它。

★Learning by doing.

package zoo;
/**
 * class Dog 描述了人类忠实的朋友狗。类声明。
 * @author yqj2065
 * @ version 0.1
 */
public class Dog {  // 类头、类声明
    private String name = "baby" ; //字符串 狗名，默认时叫baby。private表示私有的访问权限
    private boolean sex;  //布尔/逻辑数据 性别。性别只有两种，必居其一。true代表雄性。
    private int age = 0;    //整数(integer) 年龄，默认为0岁。

    /* setter and getter*/
    /**
     * 设置狗的名字.
     * @param n 狗的名字(字符串)。
     * @throws 以后再考虑参数检查的事情，现在搞不定。不得用总统的名字。
     */
    public void setName(String n) {
        name = n;
    }//设置狗的名字。void表示返回值是空的、不需要的。
    String  getName() {return name;} // return/返回狗的名字  

    /**@param  isMale  true代表雄性 */
    void   setSex(boolean isMale) {  sex = isMale; }
    int    getAge() {return age;}

    /**摇尾巴行为。输出字符串Hello World */
    void wagTail()  {  System.out.println("Hello World");     }
    /**狗会做简单的加法*/
    int add(int i ,int j){return i+j;}
}

1.对象的状态(state)是对象的所有属性值的集合。每一个对象拥有自己的内存空间保存自己的状态，即保存名字、年龄、性别等等属性值。

2.客观对象的“行为”是一种概括的说法。如Dog有摇尾巴、咆哮等动作、有(被人)设定其年龄或询问其年龄的活动；抽象的对象如圆，有计算其面积和周长的公式、计算过程或算法。源代码将客体行为建模为可被执行的代码块，Java中称为方法(method) ，针对某个属性进行读写的各个方法，俗称setter和getter。

3.对象的身份标识(或同一性)，在本教程的讨论范围内，完全按照它在内存中占据的位置(通过引用)判断。即两个对象占据相同的内存位置，它们就是“同一个”对象；否则，即使它们的状态完全一样，仅仅是“相等的”。

4.类的结构综述

类作为对象的模板，最基本的组成部分是对象的状态和行为，还包括内部类、内部接口(请参见[9.4嵌套类型])。Java中，它们被称为类的成员。

类还有一个重要工作，就是为更方便地创建自己的对象做好准备。因而在类定义时，源代码中经常安放了这种目的的代码块——构造器、初始化块。这些代码块不用于描述对象特征，故它们不被视为类的成员。就像旁听生一样，虽然在class中，却不是班级的一分子。有时称其为类的非成员。

因此，普通类的结构通常为：

//package xxx;
//import xxx;
/**类简介 */
public class Xxxx{
    <域声明>
    <构造器，初始化块>
    <方法定义>
    <内部类、内部接口>
}

1.2.2 空白与注释

下面围绕例程1-1 zoo.Dog.java，说明源代码的构成——注释、空白和五种Java词法元素：标识符、关键字、文字、操作符和分隔符。同时请做一个游戏，把Dog代码复制到zoo. Dog4Fun中，逐一删除已经介绍的部分。

空白包括空格、制表符(Tab)和换行符。

*单词和单词之间如private String name，需要使用一个空格进行间隔(它是一个分隔符)

*制表符——有规律的缩进，主要的作用是使代码的结构清晰。

*源代码是纯文本文件，每一行以换行符结束。换行符有ASCII码中的CR (Carriage return, ‘\r‘, 0x0D, 13)和LF (Line feed, ‘\n‘, 0x0A, 10)。(读取一个文件时，要注意换行符的处理。)

注释，在书中占用的篇幅接近“类的结构”，特别是列举了常用的JavaDoc的块标记。不管如何强调都不过分，

★程序必须是写给人读的，仅仅偶尔让机器执行——Abelson and Sussman

★Any fool can write code that a computer can understand. Good programmers write code that humans can understand——Martin Fowler

1.2.3 五种Java元素

Java词法元素(token、语言符号)是Java编译器能够识别的最小单元，包括如下五种：标识符、关键字、文字、操作符和分隔符。

例程 1-2 不同种类的标识符相互独立

package semantics;
public class YQJ {
   YQJ YQJ(YQJ YQJ){
     YQJ:
        for(; ;){
          if(YQJ.YQJ(YQJ)==YQJ)
             break YQJ;
     }
     return YQJ;
   }
}

标识符的语法简单列举了一下。Java中的标识符、注释、字符文字、字符串文字可以使用Unicode，而关键字、操作符等其他Java元素则使用ASCII字符。

练习1-25. 定义一个方法，判断一个字符是否为标识符可用字符。请用各种字符(包括汉字)替换下面代码中的符号"★"。并证实2mail、room#是或不是合法的标识符。

chard=‘★‘;

booleanb1=Character.isJavaIdentifierStart(d);//是否合法的标识符首字符

booleanb2=Character.isJavaIdentifierPart(d);

System.out.println(b1 + " "+ b2);

可用字符的详细资料参考JDK Documentation中Character.isJavaIdentifierStart()等方法的文档。

（这是我的尝试，在这个阶段，学生能够完成练习1-25吗？）

练习1-30. 数值0、字母A、a的ASCII吗分别为____。(1)0、65、66 (2)48、65、97 (2)48、96、97。

2.关键字

false、 true和null理论上是文字，没有填入表1-1中。

3.文字

文字也称为常量值、字面值。

整数文字通常使用十进制数，也可以使用2、8或16进制数，数字之间可以加_以增强可读性；以零(0)开头的数为八进制数；以零b(0b或0B)开头的数是二进制数，以零x(0x或0X)开头的数是十六进制数。String文字是String对象的引用。

4.[3.2.2 操作符]将全面介绍操作符。

5.分隔符(separators)将程序不同部分分隔开来。如一个空格分割单词，逗号分割方法的参数，分号表示语句的结束(因为可以把多个语句放在一行)。剩下的就是{} ()。

练习1-35：编写程序typeSystem.primitive.Literal.java，验证各种文字的语法。(我发现我有极端轻视语法教学的倾向。)

1.2.4 语法、语意和约定

语法(syntax、句法；syntactic grammar、语法规则) 严格规定了一系列词法元素如何组成句法正确的语句。它是编写程序时必须遵循的规则。编译器能够按照编程语言的token和一套语法规则，判定程序的诸多元素是否正确的组合在一起。

对新程序员而言，语法错误非常容易出现。

语意(或语义，semantics)通常指语言结构所表达的含义，或者说一个语句执行时，计算机将做些什么。绝大多数情况下，高级语言采用自然语言和数学的习惯用法来表达语意，因而可以不太关注语意，通常将语法和语意合为一体来讨论。如果借助直觉能够理解的语言结构越多，说明该语言越友好。

通常语言结构的语意是明确的，即每一条语句有且只有一种解释。然而，有时候一门语言对某种结构没有定义其语意，如[3.2.2 操作符]中表达式的求值顺序，在C语言中没有定义其语意。同一个合法的语句，不同的程序员表达的意思可能不同，不同的执行环境运行后得到的结果可能不同。另外，语言结构所表达的不同于人们想当然的语意，就要注意语意的学习。如

for(int x : list){

x++;

}

别指望它能够对int[]list = {1,3,5,7,9}的各元素加一，使数组元素变成{2,4,6,8,10}。

约定(convention)。语法是程序员“必须”遵守的规定，否则编译不通过。约定是“应该”遵守的，因为它是程序员社区的要求。约定如同现实生活中的公德约束——应该给老人、孕妇等让座。需要约定的基本原因，是为了程序员能够容易地读懂(他人的)代码。编程约定能够有效地增强代码的可读性、更好的维护性。如命名约定、排版约定等等。

1.2.5 案例：分数

程序并非都是Dog这样的语言教学例子，先看看一些实用性的而且简单的代码。

Fraction类中仅列举了加法功能，其他功能代码如减法、乘除在学完[3.2实现]后请自行实现。为了得到规格化形式的分数，需要一个计算a，b的最大公约数的功能模块gcd(int,int)，其实现采用了欧几里德(Euclid)算法/辗转相除法，参见[10.1.1 算法]。

package tips;
public class Fraction{
    private  int num; //分子numerator
    private  int den = 1; //分母denominator
    public int getNum(){return num;}
public int getDen(){return den;}

    public Fraction(){this(0);}
    /** N/1 形式的分数*/
    public Fraction(int N){
        num  = N;
    }

    /**创建一个分数等于 N/D
     * @param N   分子numerator，
     * @param  D   分母denominator，非0的int值。 */
    public Fraction(int N , int D){
        int n =  N >= 0 ? N: -N ;
        int d =  D >= 0? D: -D ;
        int g =  gcd (n ,d); // 规格化
        this.num = (( N>= 0) == ( D>= 0))? (n/g):( - n/g);
        this.den = d/g;
    }

     /**将一个分数相加到本对象身上*/
     public void add(Fraction f){
         num= num*f.den +den*f.num;
         den = den *f.den;
         int g = gcd(num,den);
         num /= g;
         den /= g;
    }

    /**计算a，b的最大公约数greatest common divisor */
    public final int gcd(int a,int b){
        while(b != 0){
            int tep=a % b;
            a = b;
            b = tep ;
        }
        return a>=0?a:-a;
    }
    /**改写Object的toString() */
    @Override public String toString(){
        return (den == 1 )? (""+getNum()):(getNum()+"/"+getDen());
    }
}

本节共10页，建议教学课时1h，课下自学4h——做练习为主。

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