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Java学习笔记

约 40374 字大约 135 分钟

2025-01-20

Java安装和配置环境变量，请参考以下博客：

https://blog.csdn.net/l1447320229/article/details/111938255

Java IDEA的安装和使用请参考以下博客：

https://blog.csdn.net/syc000666/article/details/125904935

或

https://blog.csdn.net/QWERTYwqj/article/details/140858569

1- 注释和关键字

1.1 Java的注释

注释是程序员用来解释代码或增加说明的文字，编译器会忽略这些注释。Java支持三种类型的注释：

  1. 单行注释：

    • 语法：使用//，后面的所有内容都被视为注释。
    • 示例：
      // 这是一个单行注释
int a = 5; // 这是变量a

  2. 多行注释：

    • 语法：使用/*开始，*/结束。可以跨越多行。
    • 示例：
      /*
 * 这是一个多行注释
 * 可以包含多行文字
 */
int b = 10;

  3. 文档注释：

    • 语法：使用/**开始，*/结束。通常用于生成文档。
    • 示例：
      /**
 * 这是一个文档注释
 * @param x 输入值
 * @return 返回值
 */
public int square(int x) {
    return x * x;
}

1.2 Java的关键字

Java中的关键字是具有特定意义的保留字，不能用作变量名、方法名或类名。Java有50个关键字，以下是一些主要的关键字分类和示例：

  1. 数据类型关键字：

    • int, float, double, char, boolean等。
    • 示例：
      int age = 30;
double price = 19.99;

  2. 控制流关键字：

    • if, else, switch, case, default, for, while, do, break, continue等。
    • 示例：
      if (age > 18) {
    System.out.println("成年人");
}

  3. 访问控制关键字：

    • public, private, protected。
    • 示例：
      public class MyClass {
    private int value;
}

  4. 异常处理关键字：

    • try, catch, finally, throw, throws, assert。
    • 示例：
      try {
    int result = 10 / 0;
} catch (ArithmeticException e) {
    System.out.println("除以零错误");
}

  5. 类和对象相关关键字：

    • class, interface, extends, implements, new, this, super。
    • 示例：
      class Animal {
    void sound() {
        System.out.println("动物声音");
    }
}

  6. 其他关键字：

    • static, final, volatile, synchronized, native, transient, strictfp等。
    • 示例：
      static int count = 0; // 静态变量
final int MAX = 100;  // 常量

2- 字面量

2.1 字面量概述（掌握）

字面量是程序中直接表示固定值的符号。Java中的字面量可以用来表示基本数据类型的值，如整型、浮点型、字符型和布尔型等。字面量的特点是它们在代码中是不可变的。

2.2 整数字面量（掌握）

整数字面量用于表示整数值，Java支持多种进制：

2.2.1 十进制

  • 表示方式：直接书写数字。
  • 示例：
    int decimal = 100; // 十进制

2.2.2 八进制

  • 表示方式：以0开头，后面跟着0-7的数字。
  • 示例：
    int octal = 0123; // 等于83

2.2.3 十六进制

  • 表示方式：以0x或0X开头，后面跟着0-9和A-F（或a-f）表示的数字。
  • 示例：
    int hex = 0x1A; // 等于26

2.2.4 长整型

  • 表示方式：在数字后加L或l。
  • 示例：
    long bigNumber = 12345678901L;

2.3 浮点数字面量（掌握）

浮点数字面量用于表示带小数的数值，分为float和double两种类型。

2.3.1 float类型

  • 表示方式：在数字后加f或F。
  • 示例：
    float pi = 3.14f; // 使用f后缀

2.3.2 double类型

  • 表示方式：可以直接书写数字，不需要后缀。
  • 示例：
    double exp = 2.5e3; // 科学计数法，表示2500.0

2.4 字符字面量（掌握）

字符字面量用于表示单个字符，用单引号包围。

2.4.1 单个字符

  • 表示方式：如'A'、'b'等。
  • 示例：
    char letter = 'A'; // 单个字符

2.4.2 转义字符

  • 表示方式：用反斜杠\来表示特殊字符，如换行符、制表符等。
  • 示例：
    char newline = '\n'; // 换行符
char tab = '\t';     // 制表符

2.5 字符串字面量（掌握）

字符串字面量用于表示字符序列，用双引号包围。

  • 表示方式：如"Hello, World!"。

  • 示例：

    String greeting = "Hello, World!";

  • 特点：字符串是不可变的，即一旦创建，字符串的内容不能被改变。

2.6 布尔字面量（掌握）

布尔字面量用于表示真或假的值，只有两个可能的值：true和false。

  • 示例：
    boolean isActive = true;

2.7 空字面量（掌握）

空字面量用于表示一个没有指向任何对象的引用。使用null来表示。

  • 示例：
    String name = null; // 表示name不指向任何对象

2.8 字面量的使用注意事项（了解）

  • 类型匹配：字面量的类型必须与变量的类型相匹配，否则会导致编译错误。
  • 类型转换：对于某些字面量，可能需要显式转换，例如将int转换为float。
  • 性能考虑：在性能敏感的情况下，字符串字面量的创建和使用要谨慎，避免不必要的内存消耗。

3-变量基本用法和使用方式

1. 变量概述

变量是用于存储数据的命名内存位置。每个变量都有一个类型，决定了它可以存储什么样的数据。

2. 变量的声明

2.1 声明语法

  • 基本格式：

    数据类型 变量名;

  • 示例：

    int age; // 声明一个整型变量age
String name; // 声明一个字符串变量name

3. 变量的赋值

赋值是将数据存储到变量中的过程。赋值使用等号=。

3.1 赋值语法

  • 基本格式：

    变量名 = 值;

  • 示例：

    age = 25; // 将25赋值给age
name = "Alice"; // 将"Alice"赋值给name

3.2 声明与赋值结合

可以在声明变量的同时进行赋值。

  • 示例：
    int age = 25; // 声明并初始化age
String name = "Alice"; // 声明并初始化name

4. 变量的类型

Java有两种主要类型的变量：基本数据类型和引用数据类型。

4.1 基本数据类型

Java提供八种基本数据类型：

  • 整型：

    • int: 32位整数
    • 示例：
      int count = 10; // 整数

  • 浮点型：

    • float: 单精度浮点数（后缀f）
    • double: 双精度浮点数
    • 示例：
      float price = 19.99f; // 单精度浮点数
double weight = 65.5; // 双精度浮点数

  • 字符型：

    • char: 单个字符（用单引号包围）
    • 示例：
      char initial = 'A'; // 字符

  • 布尔型：

    • boolean: 只有true和false
    • 示例：
      boolean isAvailable = true; // 布尔值

4.2 引用数据类型

引用数据类型用于指向对象，常见的如字符串、数组等。

  • 示例：
    String message = "Hello, World!"; // 字符串是一个引用类型

5. 变量的作用域

变量的作用域决定了它的可见性和生存周期。

5.1 局部变量

局部变量是在方法或代码块内声明的，只能在该方法或代码块中使用。

  • 示例：
    void myMethod() {
    int localVar = 5; // 局部变量
    System.out.println(localVar); // 只能在此方法内使用
}

6. 变量的命名规则

在Java中，变量命名遵循以下规则：

  • 有效字符：可以包含字母、数字、下划线_和美元符号$，但不能以数字开头。
  • 大小写敏感：变量名区分大小写，如age和Age是不同的变量。
  • 命名约定：
    • 使用有意义的名字，描述变量的用途。
    • 变量名通常使用小写字母开头，多个单词之间用驼峰命名法（如firstName）。

7. 变量的使用示例

以下是一个简单的Java程序，展示如何声明、赋值和使用变量：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 声明和初始化变量
        int age = 30; // 整型变量
        String name = "Alice"; // 字符串变量
        
        // 使用变量
        System.out.println("Name: " + name); // 输出姓名
        System.out.println("Age: " + age); // 输出年龄
    }
}

4- 变量相关的练习

1. 整型变量

题目：声明一个整型变量number1，赋值为100，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int number1 = 100;
        System.out.println("Number1: " + number1);
    }
}

2. 浮点型变量

题目：声明一个浮点型变量price，赋值为19.99，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        float price = 19.99f;
        System.out.println("Price: " + price);
    }
}

3. 字符型变量

题目：声明一个字符型变量grade，赋值为'A'，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        char grade = 'A';
        System.out.println("Grade: " + grade);
    }
}

4. 布尔型变量

题目：声明一个布尔型变量isAvailable，赋值为true，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        boolean isAvailable = true;
        System.out.println("Is Available: " + isAvailable);
    }
}

5. 字符串变量

题目：声明一个字符串变量city，赋值为"Beijing"，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String city = "Beijing";
        System.out.println("City: " + city);
    }
}

6. 整型变量

题目：声明一个整型变量year，赋值为2023，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int year = 2023;
        System.out.println("Year: " + year);
    }
}

7. 浮点型变量

题目：声明一个浮点型变量height，赋值为5.9，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        float height = 5.9f;
        System.out.println("Height: " + height);
    }
}

8. 整型变量

题目：声明一个整型变量score，赋值为85，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int score = 85;
        System.out.println("Score: " + score);
    }
}

9. 字符型变量

题目：声明一个字符型变量initial，赋值为'B'，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        char initial = 'B';
        System.out.println("Initial: " + initial);
    }
}

10. 布尔型变量

题目：声明一个布尔型变量isStudent，赋值为false，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        boolean isStudent = false;
        System.out.println("Is Student: " + isStudent);
    }
}

11. 字符串变量

题目：声明一个字符串变量country，赋值为"China"，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String country = "China";
        System.out.println("Country: " + country);
    }
}

12. 整型变量

题目：声明一个整型变量temperature，赋值为25，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int temperature = 25;
        System.out.println("Temperature: " + temperature);
    }
}

13. 浮点型变量

题目：声明一个浮点型变量weight，赋值为70.5，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        float weight = 70.5f;
        System.out.println("Weight: " + weight);
    }
}

14. 整型变量

题目：声明一个整型变量count，赋值为15，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int count = 15;
        System.out.println("Count: " + count);
    }
}

15. 字符型变量

题目：声明一个字符型变量symbol，赋值为'@'，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        char symbol = '@';
        System.out.println("Symbol: " + symbol);
    }
}

16. 布尔型变量

题目：声明一个布尔型变量hasPet，赋值为true，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        boolean hasPet = true;
        System.out.println("Has Pet: " + hasPet);
    }
}

17. 字符串变量

题目：声明一个字符串变量hobby，赋值为"Reading"，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String hobby = "Reading";
        System.out.println("Hobby: " + hobby);
    }
}

18. 整型变量

题目：声明一个整型变量balance，赋值为500，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int balance = 500;
        System.out.println("Balance: " + balance);
    }
}

19. 浮点型变量

题目：声明一个浮点型变量distance，赋值为150.5，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        float distance = 150.5f;
        System.out.println("Distance: " + distance);
    }
}

20. 整型变量

题目：声明一个整型变量age，赋值为25，并输出它的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int age = 25;
        System.out.println("Age: " + age);
    }
}

5- 进制相关

好的，下面是关于二进制、十进制和十六进制的详细讲解，包括它们的定义、特点，以及它们之间的转换方法。

1. 进制概述

1.1. 二进制（Binary）

  • 定义：二进制是以2为基数的数制，仅使用两个数字：0和1。
  • 特点：
    • 每一位（bit）只能是0或1。
    • 计算机内部使用二进制进行数据处理和存储。

示例：二进制数1011表示的十进制数计算如下：

  • 从右到左，权值分别是：2^0, 2^1, 2^2, 2^3
  • 1011 = 1×2^3 + 0×2^2 + 1×2^1 + 1×2^0 = 8 + 0 + 2 + 1 = 11

1.2. 十进制（Decimal）

  • 定义：十进制是以10为基数的数制，使用数字0到9。
  • 特点：
    • 我们日常生活中使用的数字系统。
    • 每一位的权值是10的幂。

示例：十进制数345的计算如下：

  • 权值分别是：10^0, 10^1, 10^2
  • 345 = 3×10^2 + 4×10^1 + 5×10^0 = 300 + 40 + 5 = 345

1.3. 十六进制（Hexadecimal）

  • 定义：十六进制是以16为基数的数制，使用数字0到9和字母A到F（其中A=10, B=11, C=12, D=13, E=14, F=15）。
  • 特点：
    • 便于表示较大的二进制数，因为每个十六进制数位可以表示4个二进制位（bit）。
    • 常用于计算机编程和数字电路设计。

示例：十六进制数2F的计算如下：

  • 权值分别是：16^0, 16^1
  • 2F = 2×16^1 + 15×16^0 = 32 + 15 = 47（十进制）

2. 进制之间的转换

2.1. 二进制与十进制的转换

  • 二进制转十进制：

    1. 从右到左写出二进制数的位数及其对应的2的幂。
    2. 计算所有位上数字与其权值的乘积之和。

    示例：将1101转换为十进制：

    • 1×2^3 + 1×2^2 + 0×2^1 + 1×2^0 = 8 + 4 + 0 + 1 = 13

  • 十进制转二进制：

    1. 不断将十进制数除以2，记录余数。
    2. 直到商为0，将余数逆序排列。

    示例：将13转换为二进制：

    • 13 ÷ 2 = 6，余数1
    • 6 ÷ 2 = 3，余数0
    • 3 ÷ 2 = 1，余数1
    • 1 ÷ 2 = 0，余数1
    • 逆序排列余数，得到1101

2.2. 二进制与十六进制的转换

  • 二进制转十六进制：

    1. 从右到左每四位一组，不足四位时左边补零。
    2. 将每组二进制数转换为相应的十六进制数。

    示例：将11011011转换为十六进制：

    • 分组：1101 1011
    • 转换：D B
    • 结果为DB

  • 十六进制转二进制：

    1. 将每个十六进制数字转换为四位二进制数。

    示例：将2F转换为二进制：

    • 2 -> 0010
    • F -> 1111
    • 结果为00101111

2.3. 十进制与十六进制的转换

  • 十进制转十六进制：

    1. 不断将十进制数除以16，记录余数。
    2. 直到商为0，将余数逆序排列。

    示例：将47转换为十六进制：

    • 47 ÷ 16 = 2，余数15 (F)
    • 2 ÷ 16 = 0，余数2
    • 结果为2F

  • 十六进制转十进制：

    1. 将每个十六进制数字乘以16的幂。

    示例：将2F转换为十进制：

    • 2×16^1 + 15×16^0 = 32 + 15 = 47

6- Java数据类型

1. 数据类型概述（掌握）

在Java中，数据类型主要分为两大类：

  1. 基本数据类型（Primitive Data Types）
  2. 引用数据类型（Reference Data Types）

2. 基本数据类型（掌握）

Java提供了8种基本数据类型，主要用于存储简单的值。

2.1. 整型数据类型（掌握）

  • byte（了解）

    • 大小：1字节（8位）
    • 取值范围：-128到127
    • 示例：
      byte b = 100;

  • short（了解）

    • 大小：2字节（16位）
    • 取值范围：-32,768到32,767
    • 示例：
      short s = 10000;

  • int（掌握）

    • 大小：4字节（32位）
    • 取值范围：-2,147,483,648到2,147,483,647
    • 示例：
      int i = 100000;

  • long（了解）

    • 大小：8字节（64位）
    • 取值范围：-9,223,372,036,854,775,808到9,223,372,036,854,775,807
    • 示例：
      long l = 100000L; // L表示长整型

2.2. 浮点型数据类型（掌握）

  • float（了解）

    • 大小：4字节（32位）
    • 取值范围：大约±3.40282347E+38（有效位数：6-7位十进制数）
    • 示例：
      float f = 3.14f; // f表示浮点型

  • double（掌握）

    • 大小：8字节（64位）
    • 取值范围：大约±1.79769313486231570E+308（有效位数：15位十进制数）
    • 示例：
      double d = 3.141592653589793;

2.3. 字符型数据类型（掌握）

  • char（掌握）
    • 大小：2字节（16位）
    • 取值范围：0到65,535（Unicode字符）
    • 示例：
      char c = 'A';

2.4. 布尔型数据类型（掌握）

  • boolean（掌握）
    • 大小：不固定（但通常为1字节）
    • 取值范围：true或false
    • 示例：
      boolean isTrue = true;

3. 引用数据类型（掌握）

引用数据类型用于存储对象的引用，包括类、接口、数组等。

3.1. 类类型（掌握）

  • 示例：
    String str = "Hello, World!";

3.2. 数组类型（掌握）

  • 示例：
    int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

3.3. 接口类型（了解）

  • 示例：
    List<String> list = new ArrayList<>();

4. 数据类型的特点（了解）

  • 基本数据类型：

    • 存储简单的数据值。
    • 直接在栈内存中分配空间。
    • 具有固定的大小和范围。

  • 引用数据类型：

    • 存储对象的引用，实际数据存储在堆内存中。
    • 可以使用null表示没有引用任何对象。
    • 不同的对象可以有不同的大小。

5. 自动装箱与拆箱（了解）

Java提供了自动装箱（autoboxing）和拆箱（unboxing）功能，允许基本数据类型与对应的包装类之间的自动转换。

  • 示例：
    Integer obj = 10; // 自动装箱，将int转为Integer
int num = obj;    // 拆箱，将Integer转为int

7- 标识符

1. 标识符概述（掌握）

标识符是Java程序中用于标识变量、方法、类、接口等元素的名称。它们是代码的基本组成部分，理解标识符的使用和命名规则对编写清晰的代码至关重要。

2. 标识符的规则（掌握）

2.1. 允许的字符

  • 字母：可以使用大写字母（A-Z）和小写字母（a-z）。
  • 数字：可以包含数字（0-9），但不能以数字开头。
  • 特殊符号：可以使用下划线（_）和美元符号（$），但不推荐在标识符中使用它们作为开头。

2.2. 位置限制

  • 开头字符：标识符必须以字母、下划线或美元符号开头，不能以数字开头。
  • 后续字符：后续字符可以是字母、数字、下划线或美元符号。

2.3. 长度限制

  • 长度：Java标识符的长度没有固定限制，但过长的标识符会影响可读性。通常，保持在合理长度内即可。

2.4. 大小写敏感

  • Java是区分大小写的语言。例如，myVar和MyVar是两个不同的标识符。开发者需要注意大小写的使用，以避免混淆。

2.5. 关键字限制

  • 关键字：标识符不能与Java的关键字相同，例如int、class、public等。使用关键字作为标识符会导致编译错误。

3. 标识符的命名规则（掌握）

3.1. 描述性名称

  • 有意义的名称：标识符应尽量具有描述性，以便于其他开发者理解代码的功能。例如，使用totalAmount而不是ta。

3.2. 命名约定

  • 类名：使用帕斯卡命名法（PascalCase），每个单词的首字母大写。例如：Student, EmployeeDetails。

  • 方法名和变量名：使用驼峰命名法（camelCase），第一个单词的小写，其余单词首字母大写。例如：calculateTotal, firstName。

  • 常量名：使用全大写字母，并用下划线分隔单词。例如：MAX_SIZE, PI_VALUE。常量在代码中通常是不可变的。

4. 标识符示例（了解）

4.1. 合法标识符

int myVariable;      // 合法，符合命名规则
String $name;       // 合法，使用了美元符号
double _value;      // 合法，以下划线开头
int age1;           // 合法，以字母开头

4.2. 非法标识符

int 2ndValue;       // 非法，不能以数字开头
int my-variable;    // 非法，不能包含横杠
int class;          // 非法，使用了关键字

5. 标识符的作用（了解）

标识符的作用在于：

  • 区分程序元素：标识符用于区分不同的变量、方法和类，使代码更易于理解。
  • 提高可读性：合理的命名可以使代码更易于维护和阅读，其他开发者能迅速理解变量和方法的用途。
  • 避免命名冲突：通过使用不同的标识符，避免在同一作用域内出现命名冲突，减少潜在的错误。

6. 注意事项（了解）

  • 尽量避免使用简写：除非非常常见，否则应避免使用简写形式，以提高代码的可读性。
  • 遵循团队约定：如果在团队中工作，遵循团队的命名约定和规范，以确保代码的一致性。
  • 避免使用保留字：在写标识符时，确保不使用保留的关键字。

8- 键盘录入

1. 键盘录入概述（掌握）

键盘录入是指从用户的键盘获取输入数据。在Java中，常用的方式是通过Scanner类来实现。Scanner类是Java标准库中用于读取输入的工具，能够处理不同类型的数据。

2. 引入Scanner类（掌握）

在使用Scanner类之前，需要先导入java.util.Scanner包。

import java.util.Scanner;

3. 创建Scanner对象（掌握）

创建Scanner对象的常用方式是通过System.in，这是Java中标准输入流的代表。通过Scanner对象，可以读取用户输入的数据。

Scanner scanner = new Scanner(System.in);

4. 读取用户输入（掌握）

Scanner类提供了多种方法来读取不同类型的输入：

4.1. 读取字符串（了解）

  • 使用nextLine()方法可以读取一整行的输入，包括空格。
String inputString = scanner.nextLine();

4.2. 读取单词（了解）

  • 使用next()方法可以读取一个单词（以空格为分隔）。
String inputWord = scanner.next();

4.3. 读取整数（掌握）

  • 使用nextInt()方法读取整数类型的输入。
int inputInt = scanner.nextInt();

4.4. 读取浮点数（掌握）

  • 使用nextDouble()方法读取双精度浮点数。
double inputDouble = scanner.nextDouble();

4.5. 读取布尔值（了解）

  • 使用nextBoolean()方法读取布尔类型的输入（true或false）。
boolean inputBoolean = scanner.nextBoolean();

5. 关闭Scanner（掌握）

使用完Scanner对象后，应该调用close()方法以释放资源。关闭后，无法再读取输入。

scanner.close();

6. 键盘录入示例（掌握）

下面是一个完整的示例，演示如何使用Scanner类进行键盘录入。

import java.util.Scanner;

public class KeyboardInputExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建Scanner对象
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        // 读取字符串
        System.out.print("请输入你的名字: ");
        String name = scanner.nextLine();
        
        // 读取整数
        System.out.print("请输入你的年龄: ");
        int age = scanner.nextInt();
        
        // 读取浮点数
        System.out.print("请输入你的身高（米）: ");
        double height = scanner.nextDouble();
        
        // 输出结果
        System.out.println("名字: " + name);
        System.out.println("年龄: " + age);
        System.out.println("身高: " + height);
        
        // 关闭Scanner
        scanner.close();
    }
}

7. 注意事项（了解）

  • 输入类型匹配：确保用户输入的数据类型与读取时的类型匹配，否则会抛出InputMismatchException异常。例如，若用户输入字母而读取整数，将导致错误。
  • 使用nextLine()后读取其他类型：在读取整型或浮点型数据后，如果接下来需要读取字符串，需在读取后调用nextLine()以清除输入缓冲区中的换行符。

9- 键盘输入案例

示例 1：用户信息录入

import java.util.Scanner;

public class UserInfo {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        // 录入用户姓名
        System.out.print("请输入你的姓名: ");
        String name = scanner.nextLine();

        // 录入用户年龄
        System.out.print("请输入你的年龄: ");
        int age = scanner.nextInt();

        // 录入用户身高
        System.out.print("请输入你的身高（米）: ");
        double height = scanner.nextDouble();

        // 输出用户信息
        System.out.println("用户信息:");
        System.out.println("姓名: " + name);
        System.out.println("年龄: " + age);
        System.out.println("身高: " + height);

        scanner.close();
    }
}

示例 2：BMI计算

import java.util.Scanner;

public class BMICalculator {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        // 录入用户体重
        System.out.print("请输入你的体重（千克）: ");
        double weight = scanner.nextDouble();

        // 录入用户身高
        System.out.print("请输入你的身高（米）: ");
        double height = scanner.nextDouble();

        // 计算BMI
        double bmi = weight / (height * height);

        // 输出BMI结果
        System.out.printf("你的BMI为: %.2f\n", bmi);

        // 判断BMI分类
        if (bmi < 18.5) {
            System.out.println("你属于体重过轻。");
        } else if (bmi < 24.9) {
            System.out.println("你属于正常体重。");
        } else if (bmi < 29.9) {
            System.out.println("你属于超重。");
        } else {
            System.out.println("你属于肥胖。");
        }

        scanner.close();
    }
}

示例 3：简单计算器

import java.util.Scanner;

public class SimpleCalculator {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        // 录入第一个数字
        System.out.print("请输入第一个数字: ");
        double num1 = scanner.nextDouble();

        // 录入操作符
        System.out.print("请输入操作符 (+, -, *, /): ");
        char operator = scanner.next().charAt(0);

        // 录入第二个数字
        System.out.print("请输入第二个数字: ");
        double num2 = scanner.nextDouble();

        // 计算结果
        double result = 0;

        if (operator == '+') {
            result = num1 + num2;
        } else if (operator == '-') {
            result = num1 - num2;
        } else if (operator == '*') {
            result = num1 * num2;
        } else if (operator == '/') {
            if (num2 != 0) {
                result = num1 / num2;
            } else {
                System.out.println("错误: 除数不能为零。");
                scanner.close();
                return;
            }
        } else {
            System.out.println("错误: 不支持的操作符。");
            scanner.close();
            return;
        }

        // 输出结果
        System.out.printf("结果: %.2f\n", result);

        scanner.close();
    }
}

示例 4：学生成绩录入与计算平均分

import java.util.Scanner;

public class GradeCalculator {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        // 录入学生1成绩
        System.out.print("请输入第一个学生的成绩: ");
        double score1 = scanner.nextDouble();

        // 录入学生2成绩
        System.out.print("请输入第二个学生的成绩: ");
        double score2 = scanner.nextDouble();

        // 录入学生3成绩
        System.out.print("请输入第三个学生的成绩: ");
        double score3 = scanner.nextDouble();

        // 计算总分与平均分
        double totalScore = score1 + score2 + score3;
        double averageScore = totalScore / 3;

        // 输出平均分
        System.out.printf("学生的平均分为: %.2f\n", averageScore);

        scanner.close();
    }
}

示例 5：电话号码格式化

import java.util.Scanner;

public class PhoneNumberFormatter {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        // 录入电话号码
        System.out.print("请输入你的电话号码（10位数字）: ");
        String phoneNumber = scanner.nextLine();

        // 检查输入格式
        if (phoneNumber.length() != 10 || !phoneNumber.matches("\\d+")) {
            System.out.println("错误: 电话号码格式不正确，请输入10位数字。");
        } else {
            // 格式化电话号码
            String formattedNumber = String.format("(%s) %s-%s",
                    phoneNumber.substring(0, 3),
                    phoneNumber.substring(3, 6),
                    phoneNumber.substring(6));

            // 输出格式化后的电话号码
            System.out.println("格式化后的电话号码: " + formattedNumber);
        }

        scanner.close();
    }
}

10- 运算符

1. 算术运算符（掌握）

算术运算符用于进行基本的数学运算。以下是常用的算术运算符及其说明：

运算符描述示例
+加法a + b
-减法a - b
*乘法a * b
/除法a / b
%取余a % b

代码示例

public class ArithmeticOperators {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 3;

        int sum = a + b;         // 加法
        int difference = a - b;  // 减法
        int product = a * b;     // 乘法
        int quotient = a / b;    // 除法
        int remainder = a % b;    // 取余

        System.out.println("加法: " + sum);          // 13
        System.out.println("减法: " + difference);   // 7
        System.out.println("乘法: " + product);      // 30
        System.out.println("除法: " + quotient);     // 3
        System.out.println("取余: " + remainder);    // 1

        // 整数除法向下取整示例
        System.out.println("整数除法示例 (5 / 2): " + (5 / 2)); // 2
    }
}

2. 关系运算符（掌握）

关系运算符用于比较两个值，并返回布尔类型的结果（true或false）。以下是常用的关系运算符及其说明：

运算符描述示例
==等于a == b
!=不等于a != b
>大于a > b
<小于a < b
>=大于等于a >= b
<=小于等于a <= b

代码示例

public class RelationalOperators {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 10;

        boolean isEqual = (a == b);      // 等于
        boolean isNotEqual = (a != b);   // 不等于
        boolean isGreater = (a > b);     // 大于
        boolean isLess = (a < b);        // 小于
        boolean isGreaterOrEqual = (a >= b); // 大于等于
        boolean isLessOrEqual = (a <= b); // 小于等于

        System.out.println("a == b: " + isEqual);               // false
        System.out.println("a != b: " + isNotEqual);           // true
        System.out.println("a > b: " + isGreater);              // false
        System.out.println("a < b: " + isLess);                 // true
        System.out.println("a >= b: " + isGreaterOrEqual);      // false
        System.out.println("a <= b: " + isLessOrEqual);         // true
    }
}

3. 逻辑运算符（掌握）

逻辑运算符用于连接布尔表达式，返回布尔值。以下是常用的逻辑运算符及其说明：

运算符描述示例
&&逻辑与a && b
``
!逻辑非!a

代码示例

public class LogicalOperators {
    public static void main(String[] args) {
        boolean x = true;
        boolean y = false;

        boolean andResult = x && y; // 逻辑与
        boolean orResult = x || y;  // 逻辑或
        boolean notX = !x;          // 逻辑非

        System.out.println("x && y: " + andResult); // false
        System.out.println("x || y: " + orResult);  // true
        System.out.println("!x: " + notX);           // false
    }
}

4. 位运算符（了解）

位运算符用于对整数的二进制位进行操作。以下是常用的位运算符及其说明：

运算符描述示例
&按位与a & b
``按位或
^按位异或a ^ b
~按位取反~a
<<左移a << 2
>>右移a >> 2
>>>无符号右移a >>> 2

代码示例

public class BitwiseOperators {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;  // 二进制 0101
        int b = 3;  // 二进制 0011

        int andResult = a & b; // 按位与
        int orResult = a | b;  // 按位或
        int xorResult = a ^ b; // 按位异或
        int notResult = ~a;     // 按位取反
        int leftShift = a << 1; // 左移
        int rightShift = a >> 1; // 右移

        System.out.println("a & b: " + andResult);   // 1  (0001)
        System.out.println("a | b: " + orResult);    // 7  (0111)
        System.out.println("a ^ b: " + xorResult);    // 6  (0110)
        System.out.println("~a: " + notResult);        // -6 (取反)
        System.out.println("a << 1: " + leftShift);   // 10 (1010)
        System.out.println("a >> 1: " + rightShift);   // 2  (0010)
    }
}

5. 赋值运算符（掌握）

赋值运算符用于将值赋给变量。以下是常用的赋值运算符及其说明：

运算符描述示例
=赋值a = 5
+=加法赋值a += 3
-=减法赋值a -= 2
*=乘法赋值a *= 4
/=除法赋值a /= 2
%=取余赋值a %= 3

代码示例

public class AssignmentOperators {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;

        a += 5;  // 等同于 a = a + 5
        System.out.println("a += 5: " + a); // 15

        a -= 3;  // 等同于 a = a - 3
        System.out.println("a -= 3: " + a); // 12

        a *= 2;  // 等同于 a = a * 2
        System.out.println("a *= 2: " + a); // 24

        a /= 4;  // 等同于 a = a / 4
        System.out.println("a /= 4: " + a); // 6

        a %= 5;  // 等同于 a = a % 5
        System.out.println("a %= 5: "

 + a); // 1
    }
}

6. 三元运算符（了解）

三元运算符用于根据条件选择值。它是一个简洁的条件语句。

代码示例

public class TernaryOperator {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 10;

        // 找出较大的数
        int max = (a > b) ? a : b;
        System.out.println("较大的数是: " + max); // 10
    }
}

7. instanceof运算符（了解）

instanceof运算符用于检查对象是否是特定类的实例。

代码示例

public class InstanceofOperator {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "Hello, World!";

        if (str instanceof String) {
            System.out.println("str是一个String类型的实例");
        } else {
            System.out.println("str不是String类型的实例");
        }
    }
}

8. 运算符优先级（了解）

了解运算符优先级有助于避免逻辑错误。

代码示例

public class OperatorPrecedence {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 10;
        int c = 15;

        // 计算表达式
        int result = a + b * c; // 由于乘法优先级高，先计算 b * c
        System.out.println("结果: " + result); // 155
    }
}

11- 运算符的相关练习

1. 计算两个整数的和

题目：输入两个整数，计算它们的和。

解题思路：使用加法运算符+。

代码示例

import java.util.Scanner;

public class Sum {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        System.out.print("输入第一个整数: ");
        int a = scanner.nextInt();
        
        System.out.print("输入第二个整数: ");
        int b = scanner.nextInt();
        
        int sum = a + b; // 使用加法运算符
        System.out.println("两数之和: " + sum);
    }
}

2. 判断两个数的大小

题目：输入两个整数，判断哪个数更大。

解题思路：使用关系运算符>和<。

代码示例

import java.util.Scanner;

public class CompareNumbers {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        System.out.print("输入第一个整数: ");
        int a = scanner.nextInt();
        
        System.out.print("输入第二个整数: ");
        int b = scanner.nextInt();
        
        if (a > b) {
            System.out.println(a + " 是较大的数");
        } else if (a < b) {
            System.out.println(b + " 是较大的数");
        } else {
            System.out.println("两数相等");
        }
    }
}

3. 计算平均值

题目：输入三个数，计算它们的平均值。

解题思路：使用加法运算符+和除法运算符/。

代码示例

import java.util.Scanner;

public class Average {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        System.out.print("输入第一个数: ");
        int a = scanner.nextInt();
        
        System.out.print("输入第二个数: ");
        int b = scanner.nextInt();
        
        System.out.print("输入第三个数: ");
        int c = scanner.nextInt();
        
        double average = (a + b + c) / 3.0; // 计算平均值
        System.out.println("平均值: " + average);
    }
}

4. 判断奇偶性

题目：输入一个整数，判断它是奇数还是偶数。

解题思路：使用取余运算符%。

代码示例

import java.util.Scanner;

public class OddEven {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        System.out.print("输入一个整数: ");
        int a = scanner.nextInt();
        
        if (a % 2 == 0) {
            System.out.println(a + " 是偶数");
        } else {
            System.out.println(a + " 是奇数");
        }
    }
}

5. 计算取余

题目：输入两个整数，计算第一个数除以第二个数的余数。

解题思路：使用取余运算符%。

代码示例

import java.util.Scanner;

public class Remainder {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        System.out.print("输入第一个整数: ");
        int a = scanner.nextInt();
        
        System.out.print("输入第二个整数: ");
        int b = scanner.nextInt();
        
        int remainder = a % b; // 计算余数
        System.out.println("余数: " + remainder);
    }
}

6. 计算数的绝对值

题目：输入一个整数，计算其绝对值。

解题思路：使用条件语句和关系运算符。

代码示例

import java.util.Scanner;

public class AbsoluteValue {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        System.out.print("输入一个整数: ");
        int a = scanner.nextInt();
        
        int absoluteValue = (a < 0) ? -a : a; // 使用三元运算符
        System.out.println("绝对值: " + absoluteValue);
    }
}

7. 交换两个数的值

题目：输入两个整数，交换它们的值。

解题思路：使用临时变量。

代码示例

import java.util.Scanner;

public class SwapNumbers {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        System.out.print("输入第一个整数: ");
        int a = scanner.nextInt();
        
        System.out.print("输入第二个整数: ");
        int b = scanner.nextInt();
        
        // 交换值
        int temp = a;
        a = b;
        b = temp;
        
        System.out.println("交换后: a = " + a + ", b = " + b);
    }
}

8. 计算矩形的面积

题目：输入矩形的长和宽，计算其面积。

解题思路：使用乘法运算符*。

代码示例

import java.util.Scanner;

public class RectangleArea {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        System.out.print("输入矩形的长: ");
        int length = scanner.nextInt();
        
        System.out.print("输入矩形的宽: ");
        int width = scanner.nextInt();
        
        int area = length * width; // 计算面积
        System.out.println("矩形的面积: " + area);
    }
}

9. 计算两个数的最大值

题目：输入两个整数，计算它们的最大值。

解题思路：使用条件语句和关系运算符。

代码示例

import java.util.Scanner;

public class MaxValue {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        System.out.print("输入第一个整数: ");
        int a = scanner.nextInt();
        
        System.out.print("输入第二个整数: ");
        int b = scanner.nextInt();
        
        int max = (a > b) ? a : b; // 使用三元运算符
        System.out.println("最大值: " + max);
    }
}

10. 计算数的平方

题目：输入一个整数，计算它的平方。

解题思路：使用乘法运算符*。

代码示例

import java.util.Scanner;

public class Square {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        System.out.print("输入一个整数: ");
        int a = scanner.nextInt();
        
        int square = a * a; // 计算平方
        System.out.println(a + " 的平方: " + square);
    }
}

12- 隐式转换和强制转换

1. 隐式转换（掌握）

定义

隐式转换是指在不需要程序员手动干预的情况下，Java自动将一种数据类型转换为另一种数据类型。通常发生在较小的数据类型转换为较大的数据类型时。

特点

  • 安全性：不会导致数据丢失或信息损失。
  • 自动化：Java编译器会在需要时自动进行转换。

转换规则

隐式转换遵循以下规则：

  • byte → short → int → long → float → double
  • char → int

示例

public class ImplicitConversionExample {
    public static void main(String[] args) {
        byte byteValue = 10;           // byte类型
        short shortValue = byteValue;  // byte自动转换为short
        int intValue = shortValue;     // short自动转换为int
        long longValue = intValue;     // int自动转换为long
        float floatValue = longValue;   // long自动转换为float
        double doubleValue = floatValue; // float自动转换为double

        System.out.println("Byte value: " + byteValue);         // 输出: 10
        System.out.println("Short value: " + shortValue);       // 输出: 10
        System.out.println("Int value: " + intValue);           // 输出: 10
        System.out.println("Long value: " + longValue);         // 输出: 10
        System.out.println("Float value: " + floatValue);       // 输出: 10.0
        System.out.println("Double value: " + doubleValue);     // 输出: 10.0
    }
}

2. 强制转换（掌握）

定义

强制转换是将一种数据类型显式转换为另一种数据类型。由于可能会导致数据丢失，因此在进行强制转换时，程序员需要使用括号指定目标类型。

特点

  • 可能导致数据丢失：例如，将double转换为int时，可能会丢失小数部分。
  • 显式声明：程序员需要手动进行转换。

转换规则

强制转换一般用于较高精度数据类型向较低精度数据类型的转换，如：

  • double → float → long → int → short → byte
  • int → char

示例

public class ExplicitConversionExample {
    public static void main(String[] args) {
        double doubleValue = 9.78;        // 浮点数
        int intValue = (int) doubleValue; // 强制转换，浮点数转为整数

        System.out.println("Double value: " + doubleValue); // 输出: 9.78
        System.out.println("Int value: " + intValue);       // 输出: 9

        // 另一例：int到byte的强制转换
        int largeValue = 130;
        byte byteValue = (byte) largeValue; // 强制转换
        System.out.println("Original int: " + largeValue); // 输出: 130
        System.out.println("Converted byte: " + byteValue); // 输出: -126
    }
}

3. 数据丢失示例（了解）

强制转换可能导致数据丢失。下面是一个例子，展示了从double到int的转换会丢失小数部分。

public class DataLossExample {
    public static void main(String[] args) {
        double originalValue = 5.99;
        int convertedValue = (int) originalValue; // 小数部分丢失

        System.out.println("Original value: " + originalValue); // 输出: 5.99
        System.out.println("Converted value: " + convertedValue); // 输出: 5
    }
}

4. 具体注意事项（了解）

  1. 精度丢失：在从double到int的转换中，任何小数部分都会丢失，确保对数据的理解。
  2. 范围问题：强制转换可能导致数据超出目标类型的范围。例如，将一个超出byte范围的int转换为byte，可能导致错误的结果。
public class RangeExample {
    public static void main(String[] args) {
        int value = 300; // 超出byte范围
        byte byteValue = (byte) value; // 强制转换

        System.out.println("Original int: " + value); // 输出: 300
        System.out.println("Converted byte: " + byteValue); // 输出: 44
    }
}

13- 字符串和字符串的+操作

1. 字符串概述（掌握）

1.1 定义

字符串是Java中用于表示文本数据的对象。Java中的字符串是不可变的，即一旦创建，字符串的内容就不能被修改。字符串的类型是String，它位于java.lang包中。

1.2 特点

  • 不可变性：字符串一旦创建，内容不能改变。
  • 字符串池：Java使用字符串池来优化存储，相同的字符串会被存储在同一内存地址。

1.3 创建字符串

字符串可以通过以下方式创建：

  • 使用字符串字面量：

    String str1 = "Hello, World!";

  • 使用new关键字：

    String str2 = new String("Hello, World!");

2. 字符串的拼接（掌握）

2.1 使用 + 操作符

在Java中，可以使用+操作符来拼接两个字符串。这种方式简单易用，适合小规模的字符串连接。

2.2 示例

public class StringConcatenation {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "Hello";
        String str2 = "World";
        
        // 使用 + 操作符进行拼接
        String result = str1 + ", " + str2 + "!";
        
        System.out.println(result); // 输出: Hello, World!
    }
}

2.3 性能注意事项

  • 效率问题：每次使用+操作符拼接字符串时，都会创建一个新的字符串对象。对于大量拼接操作，性能较差。
  • 推荐使用 StringBuilder：对于多次拼接，推荐使用StringBuilder，它是可变的，并且性能更好。

3. 使用 StringBuilder 进行字符串拼接（了解）

3.1 定义

StringBuilder是一个可变的字符序列，可以高效地进行字符串的拼接和修改操作。它位于java.lang包中。

3.2 创建 StringBuilder

StringBuilder sb = new StringBuilder();

3.3 示例

public class StringBuilderExample {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();

        // 使用 append 方法进行拼接
        sb.append("Hello");
        sb.append(", ");
        sb.append("World");
        sb.append("!");

        System.out.println(sb.toString()); // 输出: Hello, World!
    }
}

3.4 性能比较

当需要拼接大量字符串时，StringBuilder的性能优于使用+操作符：

public class PerformanceTest {
    public static void main(String[] args) {
        long startTime, endTime;

        // 使用 + 进行拼接
        startTime = System.currentTimeMillis();
        String str = "";
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            str += "Hello";
        }
        endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Using + took: " + (endTime - startTime) + " ms");

        // 使用 StringBuilder 进行拼接
        startTime = System.currentTimeMillis();
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            sb.append("Hello");
        }
        endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Using StringBuilder took: " + (endTime - startTime) + " ms");
    }
}

14- 自增自减运算符

1. 自增自减运算符（掌握）

自增自减运算符用于对变量进行增加或减少操作，主要有以下两种形式：

  • 自增运算符（++）
  • 自减运算符（--）

1.1 自增运算符（++）

自增运算符用于将变量的值增加1。可以分为两种使用方式：

  • 前缀自增（++x）：先将变量的值增加1，然后返回增加后的值。
  • 后缀自增（x++）：先返回变量的当前值，然后将变量的值增加1。
示例
public class IncrementExample {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 5;

        // 前缀自增
        int y = ++x; // x 先加 1，然后 y = 6
        System.out.println("前缀自增: x = " + x + ", y = " + y); // 输出: x = 6, y = 6

        // 后缀自增
        int z = x++; // z = 6，然后 x 加 1
        System.out.println("后缀自增: x = " + x + ", z = " + z); // 输出: x = 7, z = 6
    }
}

1.2 自减运算符 (--)

自减运算符用于将变量的值减少1，使用方式同样分为前缀和后缀：

  • 前缀自减（--x）：先将变量的值减少1，然后返回减少后的值。
  • 后缀自减（x--）：先返回变量的当前值，然后将变量的值减少1。
示例
public class DecrementExample {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 5;

        // 前缀自减
        int y = --x; // x 先减 1，然后 y = 4
        System.out.println("前缀自减: x = " + x + ", y = " + y); // 输出: x = 4, y = 4

        // 后缀自减
        int z = x--; // z = 4，然后 x 减 1
        System.out.println("后缀自减: x = " + x + ", z = " + z); // 输出: x = 3, z = 4
    }
}

2. 注意事项（了解）

  1. 运算顺序：自增自减运算符的优先级高于大多数其他运算符。使用时需注意运算顺序，确保程序逻辑的正确性。

  2. 与其他操作的结合：自增自减运算符常与其他算术运算符结合使用，确保理解其运算顺序。

示例
public class CombinedExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 10;

        // 结合其他运算符
        int result = a++ + --b; // a++ 返回 5，然后 a 变为 6；--b 返回 9
        System.out.println("结果: " + result); // 输出: 结果: 14
        System.out.println("a: " + a + ", b: " + b); // 输出: a: 6, b: 9
    }
}

15- 赋值运算符

1. 赋值运算符概述（掌握）

赋值运算符用于将右侧表达式的值赋给左侧变量。在Java中，最常用的赋值运算符是=。除了基本的赋值运算符外，Java还提供了多种复合赋值运算符，简化了一些常见的操作。

2. 基本赋值运算符（掌握）

2.1 等号 =

= 是最基本的赋值运算符，用于将右侧表达式的值赋给左侧变量。

示例
public class AssignmentExample {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 10; // 将10赋值给x
        System.out.println("x = " + x); // 输出: x = 10
    }
}

3. 复合赋值运算符（掌握）

复合赋值运算符结合了赋值和其他运算符，可以简化代码。

3.1 加法赋值运算符 +=

将右侧的值加到左侧变量上，并将结果赋值给左侧变量。

示例
public class AddAssignmentExample {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 5;
        x += 3; // 等同于 x = x + 3
        System.out.println("x = " + x); // 输出: x = 8
    }
}

3.2 减法赋值运算符 -=

将右侧的值从左侧变量中减去，并将结果赋值给左侧变量。

示例
public class SubtractAssignmentExample {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 10;
        x -= 4; // 等同于 x = x - 4
        System.out.println("x = " + x); // 输出: x = 6
    }
}

3.3 乘法赋值运算符 *=

将左侧变量与右侧值相乘，并将结果赋值给左侧变量。

示例
public class MultiplyAssignmentExample {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 5;
        x *= 2; // 等同于 x = x * 2
        System.out.println("x = " + x); // 输出: x = 10
    }
}

3.4 除法赋值运算符 /=

将左侧变量除以右侧值，并将结果赋值给左侧变量。

示例
public class DivideAssignmentExample {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 20;
        x /= 4; // 等同于 x = x / 4
        System.out.println("x = " + x); // 输出: x = 5
    }
}

3.5 取余赋值运算符 %=

将左侧变量对右侧值取余，并将结果赋值给左侧变量。

示例
public class ModulusAssignmentExample {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 10;
        x %= 3; // 等同于 x = x % 3
        System.out.println("x = " + x); // 输出: x = 1
    }
}

4. 其他赋值运算符（了解）

除了上述复合赋值运算符，还有一些其他的赋值运算符，但相对不常用，主要包括位运算符的复合赋值：

  • 按位与赋值运算符 &=
  • 按位或赋值运算符 |=
  • 按位异或赋值运算符 ^=
  • 左移赋值运算符 <<=
  • 右移赋值运算符 >>=
  • 无符号右移赋值运算符 >>>=

示例

public class BitwiseAssignmentExample {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 5; // 二进制: 0101
        x &= 3; // 等同于 x = x & 3 (二进制: 0011)
        System.out.println("x = " + x); // 输出: x = 1 (二进制: 0001)
    }
}

16- 关系运算符

1. 关系运算符概述（掌握）

关系运算符用于比较两个操作数的值，并返回一个布尔值（true 或 false）。在Java中，关系运算符主要用于控制流语句（如if和while）中的条件判断。

2. 常见的关系运算符（掌握）

2.1 等于运算符 ==

用于判断两个操作数是否相等。

示例
public class EqualityExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 5;

        boolean result = (a == b); // true
        System.out.println("a 等于 b: " + result); // 输出: a 等于 b: true
    }
}

2.2 不等于运算符 !=

用于判断两个操作数是否不相等。

示例
public class InequalityExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 10;

        boolean result = (a != b); // true
        System.out.println("a 不等于 b: " + result); // 输出: a 不等于 b: true
    }
}

2.3 大于运算符 >

用于判断左侧操作数是否大于右侧操作数。

示例
public class GreaterThanExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 5;

        boolean result = (a > b); // true
        System.out.println("a 大于 b: " + result); // 输出: a 大于 b: true
    }
}

2.4 小于运算符 <

用于判断左侧操作数是否小于右侧操作数。

示例
public class LessThanExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 10;

        boolean result = (a < b); // true
        System.out.println("a 小于 b: " + result); // 输出: a 小于 b: true
    }
}

2.5 大于等于运算符 >=

用于判断左侧操作数是否大于或等于右侧操作数。

示例
public class GreaterOrEqualExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 5;

        boolean result = (a >= b); // true
        System.out.println("a 大于或等于 b: " + result); // 输出: a 大于或等于 b: true
    }
}

2.6 小于等于运算符 <=

用于判断左侧操作数是否小于或等于右侧操作数。

示例
public class LessOrEqualExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 10;

        boolean result = (a <= b); // true
        System.out.println("a 小于或等于 b: " + result); // 输出: a 小于或等于 b: true
    }
}

3. 注意事项（了解）

  1. 对象比较：对于对象类型的变量，使用==运算符比较的是引用（内存地址），而非对象内容。要比较内容，应该使用equals()方法。

    示例
    public class ObjectComparison {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = new String("Hello");
        String str2 = new String("Hello");

        boolean result = (str1 == str2); // false
        boolean resultEquals = str1.equals(str2); // true
        System.out.println("引用比较: " + result); // 输出: 引用比较: false
        System.out.println("内容比较: " + resultEquals); // 输出: 内容比较: true
    }
}

  2. 类型兼容性：关系运算符可以用于基本数据类型和相同类型的对象。确保操作数类型相容，否则会出现编译错误。

17- 逻辑运算符

1. 逻辑运算符概述（掌握）

逻辑运算符用于处理布尔值，通常用于控制流语句（如if和while）中的条件判断。Java中主要有三种逻辑运算符：

  • 逻辑与（&&）
  • 逻辑或（||）
  • 逻辑非（!）

2. 逻辑运算符详解（掌握）

2.1 逻辑与运算符 &&

逻辑与运算符用于判断两个条件是否同时为真。只有当两个操作数都为true时，结果才为true；否则为false。

示例
public class AndOperatorExample {
    public static void main(String[] args) {
        boolean a = true;
        boolean b = false;

        boolean result = a && b; // false
        System.out.println("a 和 b 的逻辑与: " + result); // 输出: a 和 b 的逻辑与: false
    }
}

2.2 逻辑或运算符 ||

逻辑或运算符用于判断至少一个条件是否为真。只要有一个操作数为true，结果就为true；只有当两个操作数都为false时，结果才为false。

示例
public class OrOperatorExample {
    public static void main(String[] args) {
        boolean a = true;
        boolean b = false;

        boolean result = a || b; // true
        System.out.println("a 和 b 的逻辑或: " + result); // 输出: a 和 b 的逻辑或: true
    }
}

2.3 逻辑非运算符 !

逻辑非运算符用于反转一个布尔值。如果操作数为true，结果为false；如果操作数为false，结果为true。

示例
public class NotOperatorExample {
    public static void main(String[] args) {
        boolean a = true;

        boolean result = !a; // false
        System.out.println("a 的逻辑非: " + result); // 输出: a 的逻辑非: false
    }
}

3. 逻辑运算符的应用（掌握）

逻辑运算符通常用于复杂条件的组合，可以用于if语句、while循环等场景。

示例
public class LogicOperatorApplication {
    public static void main(String[] args) {
        int age = 20;
        boolean hasLicense = true;

        // 使用逻辑运算符进行条件判断
        if (age >= 18 && hasLicense) {
            System.out.println("可以开车。");
        } else {
            System.out.println("不可以开车。");
        }
    }
}

4. 短路特性（掌握）

逻辑与（&&）和逻辑或（||）运算符具有短路特性：

  • 对于&&运算符，如果第一个操作数为false，则不再评估第二个操作数，因为无论第二个条件如何，结果都将是false。
  • 对于||运算符，如果第一个操作数为true，则不再评估第二个操作数，因为无论第二个条件如何，结果都将是true。
示例
public class ShortCircuitExample {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 5;

        // 短路特性示例
        boolean result = (x > 10) && (++x > 10); // ++x 不会被执行
        System.out.println("result: " + result); // 输出: result: false
        System.out.println("x: " + x); // 输出: x: 5

        result = (x < 10) || (++x < 10); // ++x 会被执行
        System.out.println("result: " + result); // 输出: result: true
        System.out.println("x: " + x); // 输出: x: 6
    }
}

18- 三元运算符

1. 三元运算符概述（掌握）

三元运算符，也称为条件运算符，是Java中唯一的三目运算符。它的基本语法形式是：

条件 ? 表达式1 : 表达式2
  • 如果条件为true，则计算并返回表达式1的值。
  • 如果条件为false，则计算并返回表达式2的值。

2. 三元运算符的使用（掌握）

三元运算符常用于简化条件判断，可以在赋值或表达式中直接使用。

2.1 示例

public class TernaryOperatorExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 20;

        // 使用三元运算符比较 a 和 b
        int max = (a > b) ? a : b; // 如果 a > b, max = a; 否则 max = b
        System.out.println("最大值: " + max); // 输出: 最大值: 20
    }
}

3. 复杂的三元运算符（了解）

三元运算符可以嵌套使用，处理更复杂的条件判断，但要注意可读性。

3.1 示例

public class NestedTernaryExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 20;
        int c = 15;

        // 嵌套三元运算符
        int max = (a > b) ? a : (b > c ? b : c);
        System.out.println("最大值: " + max); // 输出: 最大值: 20
    }
}

4. 注意事项（了解）

  1. 可读性：虽然三元运算符可以减少代码行数，但过度使用嵌套会降低代码的可读性，建议适度使用。

  2. 类型一致性：三元运算符的两种返回值必须是兼容的，或能够进行隐式转换。

19- 运算符优先级

1. 运算符优先级概述（掌握）

运算符优先级决定了在一个表达式中，哪些运算会先被执行。理解运算符优先级有助于避免意外的结果，并确保表达式按预期计算。Java中的运算符优先级由高到低，可以分为多个等级。

2. 常见运算符及其优先级（掌握）

以下是Java中一些常见运算符及其优先级，按优先级从高到低排列：

优先级运算符描述
1()括号，强制优先执行
2++, --自增、自减运算符（前缀）
3++, --自增、自减运算符（后缀）
4- (一元), + (一元)一元减法和加法
5*, /, %乘法、除法和取余
6+, -加法和减法
7<<, >>, >>>位移运算符
8<, >, <=, >=关系运算符
9==, !=相等和不等运算符
10&按位与
11^按位异或
12``
13&&逻辑与
14`
15? :三元运算符
16=赋值运算符
17+=, -=, *=, /=, %=, &=, `=, ^=`

3. 运算符优先级示例（掌握）

理解运算符优先级可以帮助我们正确计算表达式。以下是一些示例：

3.1 示例1

public class OperatorPriorityExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 10;
        int c = 15;

        // 表达式: a + b * c
        int result = a + b * c; // 先计算 b * c
        System.out.println("结果: " + result); // 输出: 结果: 155
    }
}

3.2 示例2

public class ParenthesesExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;
        int b = 10;

        // 表达式: (a + b) * 2
        int result = (a + b) * 2; // 括号内的先计算
        System.out.println("结果: " + result); // 输出: 结果: 30
    }
}

4. 注意事项（了解）

  1. 使用括号：在复杂的表达式中，为了提高可读性和避免优先级引起的错误，建议使用括号明确表达式的计算顺序。

  2. 调试：在调试代码时，注意运算符优先级，可以使用调试工具或打印中间结果来确认运算顺序。

20- 流程控制--顺序结构

1. 顺序结构概述（掌握）

顺序结构是程序控制的一种基本结构，在这种结构中，程序的执行按照代码的书写顺序逐行进行。顺序结构是所有程序控制结构的基础，所有的Java程序至少都有一个顺序执行的部分。

2. 顺序结构的特点（掌握）

  • 线性执行：程序中的语句从上到下逐行执行，没有跳转。
  • 简单易懂：对于初学者来说，顺序结构是最容易理解的结构，因为它不涉及复杂的逻辑。
  • 无条件分支：没有条件判断和循环，代码的执行路径是固定的。

3. 顺序结构示例（掌握）

下面是一个简单的Java程序示例，演示了顺序结构的使用。

3.1 示例1：简单的计算

public class SequentialStructureExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义变量
        int a = 10;
        int b = 20;

        // 计算和
        int sum = a + b;

        // 输出结果
        System.out.println("a 和 b 的和是: " + sum); // 输出: a 和 b 的和是: 30
    }
}

在这个示例中，程序按顺序执行以下步骤：

  1. 定义变量a和b并赋值。
  2. 计算a和b的和并存储在sum中。
  3. 输出sum的值。

3.2 示例2：输入输出

下面的示例展示了如何使用顺序结构进行用户输入和输出。

import java.util.Scanner;

public class InputOutputExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建Scanner对象以获取用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        // 提示用户输入
        System.out.print("请输入一个整数: ");
        int number = scanner.nextInt();

        // 输出结果
        System.out.println("您输入的整数是: " + number); // 输出用户输入的整数

        // 关闭Scanner
        scanner.close();
    }
}

在这个示例中，程序的执行顺序为：

  1. 创建Scanner对象以获取用户输入。
  2. 提示用户输入一个整数。
  3. 读取用户输入的整数并存储在变量number中。
  4. 输出用户输入的整数。

4. 顺序结构的应用（掌握）

顺序结构通常用于以下场景：

  • 初始化数据：在程序开始时对变量进行初始化。
  • 计算结果：进行简单的计算并输出结果。
  • 记录信息：逐步获取用户输入并记录信息。

21- 流程控制--分支结构

1. 分支结构概述（掌握）

分支结构是程序控制的一种结构，用于根据条件的真假来决定执行不同的代码块。Java中的分支结构主要包括if语句、if-else语句和switch语句。分支结构使得程序能够在运行时做出不同的决策。

2. 分支结构类型（掌握）

2.1 if语句

if语句用于在条件为真时执行特定的代码块。

示例
public class IfStatementExample {
    public static void main(String[] args) {
        int score = 85;

        if (score >= 60) {
            System.out.println("考试通过。");
        }
    }
}

在这个示例中，只有当score大于等于60时，才会输出“考试通过”。

2.2 if-else语句

if-else语句允许在条件为真时执行一个代码块，而在条件为假时执行另一个代码块。

示例
public class IfElseStatementExample {
    public static void main(String[] args) {
        int score = 55;

        if (score >= 60) {
            System.out.println("考试通过。");
        } else {
            System.out.println("考试未通过。");
        }
    }
}

在这个示例中，当score小于60时，会输出“考试未通过”。

2.3 if-else if-else语句

用于多个条件判断的情况，可以使用多个if-else if来处理。

示例
public class IfElseIfStatementExample {
    public static void main(String[] args) {
        int score = 75;

        if (score >= 90) {
            System.out.println("成绩等级: A");
        } else if (score >= 80) {
            System.out.println("成绩等级: B");
        } else if (score >= 70) {
            System.out.println("成绩等级: C");
        } else {
            System.out.println("成绩等级: D");
        }
    }
}

在这个示例中，根据score的值输出不同的成绩等级。

2.4 switch语句

switch语句用于多个值的条件判断，通常用于处理离散值（如整数、字符和字符串）。

示例
public class SwitchStatementExample {
    public static void main(String[] args) {
        int day = 3;

        switch (day) {
            case 1:
                System.out.println("星期一");
                break;
            case 2:
                System.out.println("星期二");
                break;
            case 3:
                System.out.println("星期三");
                break;
            default:
                System.out.println("未知的星期");
        }
    }
}

在这个示例中，day的值为3，所以输出“星期三”。

3. 分支结构的应用（掌握）

分支结构在以下场景中非常有用：

  • 条件验证：根据用户输入或程序状态判断并执行不同的操作。
  • 状态管理：根据不同的状态值选择不同的处理方式。
  • 菜单选择：实现简单的菜单选择功能。

4. 注意事项（掌握）

  1. 使用break语句：在switch语句中，break用于跳出语句块，避免“fall through”现象，即继续执行后续的case。
  2. 嵌套结构：可以在分支结构中嵌套其他分支结构，但要注意代码的可读性。

22- 顺序和分支综合练习

1. 计算学生成绩

import java.util.Scanner;

public class StudentGrade {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入学生成绩: ");
        int score = scanner.nextInt();

        String grade;
        if (score >= 90) {
            grade = "A";
        } else if (score >= 80) {
            grade = "B";
        } else if (score >= 70) {
            grade = "C";
        } else if (score >= 60) {
            grade = "D";
        } else {
            grade = "F";
        }

        System.out.println("学生成绩等级: " + grade);
        scanner.close();
    }
}

2. 偶数或奇数判断

import java.util.Scanner;

public class EvenOdd {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入一个整数: ");
        int number = scanner.nextInt();

        if (number % 2 == 0) {
            System.out.println(number + " 是偶数。");
        } else {
            System.out.println(number + " 是奇数。");
        }

        scanner.close();
    }
}

3. 年龄分类

import java.util.Scanner;

public class AgeCategory {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入年龄: ");
        int age = scanner.nextInt();

        String category;
        if (age < 13) {
            category = "儿童";
        } else if (age < 20) {
            category = "青少年";
        } else if (age < 60) {
            category = "成年人";
        } else {
            category = "老年人";
        }

        System.out.println("年龄类别: " + category);
        scanner.close();
    }
}

4. 根据天气给出穿衣建议

import java.util.Scanner;

public class ClothingSuggestion {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入气温（摄氏度）: ");
        int temperature = scanner.nextInt();

        if (temperature < 0) {
            System.out.println("建议穿厚衣服。");
        } else if (temperature < 20) {
            System.out.println("建议穿轻便外套。");
        } else {
            System.out.println("可以穿短袖。");
        }

        scanner.close();
    }
}

5. 打印星期几

import java.util.Scanner;

public class DayOfWeek {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入一个数字（1-7）: ");
        int day = scanner.nextInt();

        String dayName;
        switch (day) {
            case 1:
                dayName = "星期一";
                break;
            case 2:
                dayName = "星期二";
                break;
            case 3:
                dayName = "星期三";
                break;
            case 4:
                dayName = "星期四";
                break;
            case 5:
                dayName = "星期五";
                break;
            case 6:
                dayName = "星期六";
                break;
            case 7:
                dayName = "星期天";
                break;
            default:
                dayName = "无效输入";
        }

        System.out.println("您输入的是: " + dayName);
        scanner.close();
    }
}

6. 判断成绩合格与否

import java.util.Scanner;

public class PassFail {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入成绩: ");
        int score = scanner.nextInt();

        if (score >= 60) {
            System.out.println("考试通过。");
        } else {
            System.out.println("考试未通过。");
        }

        scanner.close();
    }
}

7. 计算正方形和圆的面积

import java.util.Scanner;

public class AreaCalculator {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("选择形状（1: 正方形, 2: 圆）: ");
        int choice = scanner.nextInt();

        if (choice == 1) {
            System.out.print("请输入边长: ");
            double side = scanner.nextDouble();
            double area = side * side;
            System.out.println("正方形面积: " + area);
        } else if (choice == 2) {
            System.out.print("请输入半径: ");
            double radius = scanner.nextDouble();
            double area = Math.PI * radius * radius;
            System.out.println("圆面积: " + area);
        } else {
            System.out.println("无效选择。");
        }

        scanner.close();
    }
}

8. 基于性别和年龄的票价

import java.util.Scanner;

public class TicketPrice {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入性别（M/F）: ");
        char gender = scanner.next().charAt(0);
        System.out.print("请输入年龄: ");
        int age = scanner.nextInt();

        double price;
        if (age < 18) {
            price = 10; // 儿童票
        } else if (age >= 60) {
            price = 5; // 老年票
        } else {
            price = 20; // 成人票
        }

        System.out.println("票价: " + price + " 元");
        scanner.close();
    }
}

9. 计算并输出整数的绝对值

import java.util.Scanner;

public class AbsoluteValue {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入一个整数: ");
        int number = scanner.nextInt();

        int absoluteValue;
        if (number < 0) {
            absoluteValue = -number;
        } else {
            absoluteValue = number;
        }

        System.out.println("绝对值: " + absoluteValue);
        scanner.close();
    }
}

10. 评分系统（A、B、C、D、F）

import java.util.Scanner;

public class GradingSystem {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入成绩: ");
        int score = scanner.nextInt();

        String grade;
        if (score >= 90) {
            grade = "A";
        } else if (score >= 80) {
            grade = "B";
        } else if (score >= 70) {
            grade = "C";
        } else if (score >= 60) {
            grade = "D";
        } else {
            grade = "F";
        }

        System.out.println("成绩等级: " + grade);
        scanner.close();
    }
}

23- 流程控制--循环结构

1. 循环结构概述（掌握）

循环结构是一种控制结构，用于重复执行一段代码，直到满足特定条件为止。Java中的循环主要有三种类型：for循环、while循环和do-while循环。这些结构在处理重复性任务时极其重要，能够提高代码的可读性和效率。

2. 循环结构类型（掌握）

2.1 for循环

for循环用于已知次数的重复，其语法结构如下：

for (初始化; 条件; 更新) {
    // 循环体
}
  • 初始化：定义循环控制变量并初始化。
  • 条件：在每次循环开始前判断，如果条件为真，则执行循环体；如果为假，则退出循环。
  • 更新：每次循环结束后执行的操作，通常用于更新循环控制变量。
示例
public class ForLoopExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 打印1到5的数字
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            System.out.println("当前值: " + i);
        }
    }
}

在这个示例中，for循环从1循环到5，逐次打印出当前的值。每次循环i加1，直到i大于5时退出循环。

2.2 while循环

while循环用于在条件为真时重复执行，其语法如下：

while (条件) {
    // 循环体
}
  • 条件：在每次循环开始前检查。如果条件为真，则执行循环体；如果为假，则退出循环。
示例
public class WhileLoopExample {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 1;
        // 当i小于等于5时执行循环
        while (i <= 5) {
            System.out.println("当前值: " + i);
            i++; // 更新计数器
        }
    }
}

在这个示例中，while循环的条件是i <= 5，每次循环i加1，直到i大于5为止。

2.3 do-while循环

do-while循环与while循环类似，但它保证循环体至少执行一次。其语法如下：

do {
    // 循环体
} while (条件);
  • 循环体：首先执行一次，然后检查条件。如果条件为真，则继续执行，否则退出。
示例
public class DoWhileLoopExample {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 1;
        do {
            System.out.println("当前值: " + i);
            i++;
        } while (i <= 5);
    }
}

在这个示例中，do-while循环首先打印i的值，然后判断i是否小于等于5。

3. 循环控制语句（掌握）

3.1 break语句

break语句用于立即退出循环。在循环体内遇到break时，循环将停止执行。

示例
public class BreakExample {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            if (i == 5) {
                break; // 当i等于5时退出循环
            }
            System.out.println("当前值: " + i);
        }
    }
}

在这个示例中，当i等于5时，循环会立即停止，不会打印5以后的值。

3.2 continue语句

continue语句用于跳过当前循环的剩余部分，直接进入下一次循环。

示例
public class ContinueExample {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            if (i == 5) {
                continue; // 跳过5
            }
            System.out.println("当前值: " + i);
        }
    }
}

在这个示例中，当i等于5时，continue语句会跳过当前循环的输出，直接进入下一个迭代。

4. 嵌套循环（了解）

在一个循环内部可以包含另一个循环，这被称为嵌套循环。它常用于处理多维数组或复杂的重复逻辑。

示例
public class NestedLoopExample {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i <= 3; i++) {
            for (int j = 1; j <= 2; j++) {
                System.out.println("i: " + i + ", j: " + j);
            }
        }
    }
}

在这个示例中，外层循环控制i的值，内层循环控制j的值，输出结果将显示i和j的组合。

5. 循环结构的应用（掌握）

循环结构在编程中的应用非常广泛，例如：

  • 遍历数组：通过循环访问数组中的每个元素。
  • 处理用户输入：根据条件重复获取用户输入，例如，直到用户输入有效值为止。
  • 生成序列：生成数值序列或字符序列，如斐波那契数列。
  • 数据统计：计算总和、平均值、最大值、最小值等。

24- 流程控制综合案例

以下是几个关于流程控制的综合案例，每个案例包括题目、解题思路、代码以及详细的代码解释。

案例 1：猜数字游戏

题目

编写一个程序，让用户猜一个随机生成的1到100之间的数字，直到猜对为止。

解题思路

  1. 使用Random类生成一个随机数字。
  2. 提示用户输入一个数字并进行比较。
  3. 根据用户的输入给出反馈（猜大了或猜小了）。
  4. 使用循环控制，直到用户猜对为止。

代码

import java.util.Random;
import java.util.Scanner;

public class GuessNumberGame {
    public static void main(String[] args) {
        Random random = new Random();
        int numberToGuess = random.nextInt(100) + 1;
        int userGuess = 0;
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        int attempts = 0;

        System.out.println("欢迎来到猜数字游戏！请输入1到100之间的数字：");

        while (userGuess != numberToGuess) {
            userGuess = scanner.nextInt();
            attempts++;

            if (userGuess < numberToGuess) {
                System.out.println("太小了！再试一次：");
            } else if (userGuess > numberToGuess) {
                System.out.println("太大了！再试一次：");
            } else {
                System.out.println("恭喜你，猜对了！你总共尝试了 " + attempts + " 次。");
            }
        }

        scanner.close();
    }
}

代码解释

  • Random类生成一个1到100之间的随机数字。
  • Scanner类用于接收用户输入。
  • while循环持续获取用户输入，直到猜对为止。
  • 在每次猜测后，程序会提示用户是猜小了还是猜大了，并计数尝试次数。

案例 2：计算平均成绩

题目

编写一个程序，输入多个学生的成绩，并计算出他们的平均成绩。

解题思路

  1. 提示用户输入学生人数。
  2. 使用循环获取每个学生的成绩并累加。
  3. 计算总成绩与人数的比值，输出平均成绩。

代码

import java.util.Scanner;

public class AverageScoreCalculator {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入学生人数: ");
        int numberOfStudents = scanner.nextInt();
        double totalScore = 0;

        for (int i = 1; i <= numberOfStudents; i++) {
            System.out.print("请输入第 " + i + " 个学生的成绩: ");
            double score = scanner.nextDouble();
            totalScore += score;
        }

        double averageScore = totalScore / numberOfStudents;
        System.out.println("学生的平均成绩是: " + averageScore);

        scanner.close();
    }
}

代码解释

  • Scanner类用于获取用户输入的学生人数和成绩。
  • for循环迭代学生人数，依次获取每个学生的成绩并累加到totalScore。
  • 最后，计算平均成绩并打印结果。

案例 3：温度转换器

题目

编写一个程序，允许用户将摄氏度转换为华氏度或将华氏度转换为摄氏度。

解题思路

  1. 提示用户选择转换方向。
  2. 根据用户选择，获取相应的温度输入。
  3. 进行计算并输出结果。

代码

import java.util.Scanner;

public class TemperatureConverter {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请选择转换类型（1: 摄氏度转华氏度，2: 华氏度转摄氏度）：");
        int choice = scanner.nextInt();

        if (choice == 1) {
            System.out.print("请输入摄氏度: ");
            double celsius = scanner.nextDouble();
            double fahrenheit = (celsius * 9/5) + 32;
            System.out.println(celsius + "°C = " + fahrenheit + "°F");
        } else if (choice == 2) {
            System.out.print("请输入华氏度: ");
            double fahrenheit = scanner.nextDouble();
            double celsius = (fahrenheit - 32) * 5/9;
            System.out.println(fahrenheit + "°F = " + celsius + "°C");
        } else {
            System.out.println("无效选择。");
        }

        scanner.close();
    }
}

代码解释

  • Scanner类用于接收用户的选择和温度输入。
  • 使用if-else结构根据用户选择执行不同的转换计算。
  • 输出转换后的温度值，并处理无效输入情况。

案例 4：求阶乘

题目

编写一个程序，计算一个整数的阶乘，直到用户输入0为止。

解题思路

  1. 使用循环接收用户输入的整数。
  2. 计算该整数的阶乘，输出结果。
  3. 如果输入为0，程序退出。

代码

import java.util.Scanner;

public class FactorialCalculator {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        int number;

        while (true) {
            System.out.print("请输入一个非负整数（输入0退出）: ");
            number = scanner.nextInt();

            if (number == 0) {
                break; // 退出循环
            }

            long factorial = 1;
            for (int i = 1; i <= number; i++) {
                factorial *= i; // 计算阶乘
            }

            System.out.println(number + " 的阶乘是: " + factorial);
        }

        System.out.println("程序结束。");
        scanner.close();
    }
}

代码解释

  • while循环持续接受用户输入，直到输入0。
  • for循环计算输入数的阶乘，结果存储在factorial中。
  • 输出计算结果，并在用户输入0时结束程序。

案例 5：简单计算器

题目

编写一个简单的计算器程序，支持加、减、乘、除四则运算。

解题思路

  1. 获取用户输入的两个数字和运算符。
  2. 使用switch语句根据运算符执行相应的运算。
  3. 输出计算结果。

代码

import java.util.Scanner;

public class SimpleCalculator {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入第一个数字: ");
        double num1 = scanner.nextDouble();
        System.out.print("请输入运算符 (+, -, *, /): ");
        char operator = scanner.next().charAt(0);
        System.out.print("请输入第二个数字: ");
        double num2 = scanner.nextDouble();

        double result;

        switch (operator) {
            case '+':
                result = num1 + num2;
                System.out.println("结果: " + result);
                break;
            case '-':
                result = num1 - num2;
                System.out.println("结果: " + result);
                break;
            case '*':
                result = num1 * num2;
                System.out.println("结果: " + result);
                break;
            case '/':
                if (num2 != 0) {
                    result = num1 / num2;
                    System.out.println("结果: " + result);
                } else {
                    System.out.println("错误：除数不能为零。");
                }
                break;
            default:
                System.out.println("无效运算符。");
                break;
        }

        scanner.close();
    }
}

代码解释

  • Scanner类用于获取用户输入的两个数字和运算符。
  • switch语句根据运算符执行相应的计算，并处理除数为零的特殊情况。
  • 最后输出计算结果或错误提示。

案例 6：学生成绩评定

题目

编写一个程序，输入多个学生的成绩，输出每个成绩及其对应的评定（优秀、及格、不及格）。

解题思路

  1. 使用while循环获取多个成绩。
  2. 使用if判断每个成绩的评定标准。
  3. 输出成绩及评定。

代码

import java.util.Scanner;

public class GradeEvaluation {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        int grade;
        int count = 0;

        while (true) {
            System.out.print("请输入学生成绩（输入-1结束）：");
            grade = scanner.nextInt();
            if (grade == -1) {
                break; // 结束输入
            }
            count++;
            if (grade >= 90) {
                System.out.println("成绩: " + grade + " - 优秀");
            } else if (grade >= 60) {
                System.out.println("成绩: " + grade + " - 及格");
            } else {
                System.out.println("成绩: " + grade + " - 不及格");
            }
        }

        System.out.println("共输入 " + count + " 个成绩。");
        scanner.close();
    }
}

代码解释

  • 使用while循环不断接收成绩，直到用户输入-1。
  • 使用if-else判断成绩的评定，并输出结果。
  • 计数已输入的成绩数量。

案例 7：密码强度检测

题目

编写一个程序，要求用户输入密码，检测其强度（弱、中、强）。

解题思路

  1. 获取用户输入的密码。
  2. 判断密码的长度和包含的字符类型（字母、数字、特殊字符）。
  3. 输出密码的强度。

代码

import java.util.Scanner;

public class PasswordStrengthChecker {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入密码: ");
        String password = scanner.nextLine();

        int length = password.length();
        boolean hasLetter = false, hasDigit = false, hasSpecial = false;

        for (char ch : password.toCharArray()) {
            if (Character.isLetter(ch)) {
                hasLetter = true;
            } else if (Character.isDigit(ch)) {
                hasDigit = true;
            } else {
                hasSpecial = true;
            }
        }

        if (length >= 8 && hasLetter && hasDigit && hasSpecial) {
            System.out.println("密码强度: 强");
        } else if (length >= 6 && (hasLetter || hasDigit)) {
            System.out.println("密码强度: 中");
        } else {
            System.out.println("密码强度: 弱");
        }

        scanner.close();
    }
}

代码解释

  • 使用for循环遍历密码中的每个字符，检查字符类型。
  • 根据条件判断密码强度，并输出结果。

案例 8：计算折扣后的价格

题目

编写一个程序，输入商品原价和折扣率，计算折扣后的价格。

解题思路

  1. 获取用户输入的原价和折扣率。
  2. 使用简单的算术运算计算折扣后价格。
  3. 输出计算结果。

代码

import java.util.Scanner;

public class DiscountCalculator {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入商品原价: ");
        double originalPrice = scanner.nextDouble();
        System.out.print("请输入折扣率（0-1之间）: ");
        double discountRate = scanner.nextDouble();

        if (discountRate < 0 || discountRate > 1) {
            System.out.println("无效的折扣率。");
        } else {
            double finalPrice = originalPrice * (1 - discountRate);
            System.out.println("折扣后的价格: " + finalPrice);
        }

        scanner.close();
    }
}

代码解释

  • 检查输入的折扣率是否有效，然后计算并输出折扣后的价格。

案例 9：计算素数个数

题目

编写一个程序，计算从1到N中素数的个数。

解题思路

  1. 获取用户输入的N。
  2. 使用嵌套循环判断每个数字是否为素数。
  3. 计数并输出素数的个数。

代码

import java.util.Scanner;

public class CountPrimes {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入一个正整数N: ");
        int N = scanner.nextInt();
        int primeCount = 0;

        for (int num = 2; num <= N; num++) {
            boolean isPrime = true;
            for (int i = 2; i <= Math.sqrt(num); i++) {
                if (num % i == 0) {
                    isPrime = false;
                    break; // 提前退出
                }
            }
            if (isPrime) {
                primeCount++;
            }
        }

        System.out.println("1到" + N + "之间的素数个数是: " + primeCount);
        scanner.close();
    }
}

代码解释

  • 外层for循环遍历每个数字，内层for循环检查数字是否为素数。
  • 统计并输出素数的总个数。

案例 10：九九乘法表

题目

编写一个程序，打印九九乘法表。

解题思路

  1. 使用嵌套循环，外层控制行，内层控制列。
  2. 输出每个乘法结果。

代码

public class MultiplicationTable {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i <= 9; i++) {
            for (int j = 1; j <= i; j++) {
                System.out.print(j + " * " + i + " = " + (i * j) + "\t");
            }
            System.out.println(); // 换行
        }
    }
}

代码解释

  • 外层for循环控制行数，内层for循环控制列数，输出乘法结果。
  • 使用制表符\t调整格式，最后换行。

案例 11：找出数组中的最大值和最小值

题目

编写一个程序，找出用户输入的一组整数中的最大值和最小值。

解题思路

  1. 接收用户输入的整数个数和每个整数。
  2. 遍历数组，找出最大值和最小值。
  3. 输出结果。

代码

import java.util.Scanner;

public class MaxMinInArray {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入整数个数: ");
        int n = scanner.nextInt();
        int[] numbers = new int[n];

        for (int i = 0; i < n; i++) {
            System.out.print("请输入第 " + (i + 1) + " 个整数: ");
            numbers[i] = scanner.nextInt();
        }

        int max = numbers[0];
        int min = numbers[0];

        for (int num : numbers) {
            if (num > max) {
                max = num;
            }
            if (num < min) {
                min = num;
            }
        }

        System.out.println("最大值: " + max + ", 最小值: " + min);
        scanner.close();
    }
}

代码解释

  • 使用for循环接收用户输入的整数存入数组。
  • 再次使用for-each循环找出最大值和最小值，最后输出结果。

案例 12：简单投票系统

题目

编写一个程序，模拟一个简单的投票系统，允许用户投票给候选人，并显示投票结果。

解题思路

  1. 使用数组存储候选人名称和他们的票数。
  2. 使用while循环接收用户的投票。
  3. 输出每个候选人的得票数。

代码

import java.util.Scanner;

public class VotingSystem {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        String[] candidates = {"候选人A", "候选人B", "候选人C"};
        int[] votes = new int[candidates.length];

        while (true) {
            System.out.println("请输入投票（0: A, 1: B, 2: C，-1结束投票）：");
            int vote = scanner.nextInt();
            if (vote == -1) {
                break; // 结束投票
           

 }
            if (vote >= 0 && vote < candidates.length) {
                votes[vote]++; // 增加相应候选人的票数
            } else {
                System.out.println("无效的投票。");
            }
        }

        System.out.println("投票结果：");
        for (int i = 0; i < candidates.length; i++) {
            System.out.println(candidates[i] + ": " + votes[i] + " 票");
        }

        scanner.close();
    }
}

代码解释

  • 使用while循环接收投票，直到用户输入-1。
  • 增加相应候选人的票数并输出最终结果。

案例 13：判断年份是否为闰年

题目

编写一个程序，判断用户输入的年份是否为闰年。

解题思路

  1. 获取用户输入的年份。
  2. 使用if判断是否满足闰年的条件。
  3. 输出判断结果。

代码

import java.util.Scanner;

public class LeapYearCheck {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入年份: ");
        int year = scanner.nextInt();

        if ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0)) {
            System.out.println(year + " 是闰年。");
        } else {
            System.out.println(year + " 不是闰年。");
        }

        scanner.close();
    }
}

代码解释

  • 通过if判断年份是否符合闰年的条件，输出结果。

案例 14：计算阶乘

题目

编写一个程序，计算用户输入的数字的阶乘。

解题思路

  1. 获取用户输入的非负整数。
  2. 使用循环计算阶乘。
  3. 输出结果。

代码

import java.util.Scanner;

public class FactorialCalculator {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入一个非负整数: ");
        int number = scanner.nextInt();
        long factorial = 1;

        if (number < 0) {
            System.out.println("无效输入，不能计算负数的阶乘。");
        } else {
            for (int i = 1; i <= number; i++) {
                factorial *= i; // 计算阶乘
            }
            System.out.println(number + " 的阶乘是: " + factorial);
        }

        scanner.close();
    }
}

代码解释

  • 通过for循环计算输入数字的阶乘，输出结果。

案例 15：猜数字游戏

题目

编写一个程序，生成一个随机数，用户需要猜测这个数字，程序给出提示。

解题思路

  1. 生成一个1到100之间的随机数。
  2. 使用while循环接收用户的猜测并给出提示。
  3. 用户猜对后输出结果并结束。

代码

import java.util.Random;
import java.util.Scanner;

public class GuessingGame {
    public static void main(String[] args) {
        Random random = new Random();
        int numberToGuess = random.nextInt(100) + 1; // 生成1到100之间的随机数
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        int guess;
        int attempts = 0;

        System.out.println("猜一个1到100之间的数字。");

        while (true) {
            System.out.print("请输入你的猜测: ");
            guess = scanner.nextInt();
            attempts++;

            if (guess < numberToGuess) {
                System.out.println("太小了，再试一次。");
            } else if (guess > numberToGuess) {
                System.out.println("太大了，再试一次。");
            } else {
                System.out.println("恭喜你，猜对了！总共猜了 " + attempts + " 次。");
                break; // 猜对了，结束循环
            }
        }

        scanner.close();
    }
}

代码解释

  • 生成一个随机数，使用while循环接收用户的猜测。
  • 根据用户的输入给予提示，并记录猜测次数。

25- Switch语句（详解）

Switch语句详解

1. 什么是Switch语句

Switch语句是一种控制结构，用于在多个可能的执行路径中选择一个。它根据一个表达式的值匹配不同的case，并执行相应的代码块。

2. Switch语句的基本语法

switch (表达式) {
    case 常量1:
        // 执行代码块1
        break;
    case 常量2:
        // 执行代码块2
        break;
    // 可以有任意数量的case语句
    default:
        // 执行代码块（可选）
}
  • 表达式：可以是int、char、String等。
  • case：每个case后面跟一个常量值。如果表达式的值与某个case的常量值匹配，执行该case下的代码。
  • break：用于终止switch语句，防止执行后续的case。
  • default：可选部分，如果没有匹配到任何case，则执行default中的代码。

3. Switch语句的特点

  • 匹配类型：支持整型、字符型、字符串等类型，但不支持浮点数。
  • 高效性：在处理多个条件时，Switch比多个if-else结构更高效。
  • 可读性：使用明确的case标签，使得代码更易于理解。

4. 示例代码

import java.util.Scanner;

public class SwitchExample {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入一个数字（1-7）表示星期几: ");
        int day = scanner.nextInt();

        switch (day) {
            case 1:
                System.out.println("星期一");
                break;
            case 2:
                System.out.println("星期二");
                break;
            case 3:
                System.out.println("星期三");
                break;
            case 4:
                System.out.println("星期四");
                break;
            case 5:
                System.out.println("星期五");
                break;
            case 6:
                System.out.println("星期六");
                break;
            case 7:
                System.out.println("星期天");
                break;
            default:
                System.out.println("无效的输入，请输入1到7之间的数字。");
        }

        scanner.close();
    }
}

5. 代码解释

  • 用户输入一个数字，表示星期几。
  • 根据输入的数字，Switch语句匹配相应的case，输出对应的星期。
  • 如果输入的数字不在1到7之间，执行default部分，提示无效输入。

6. 注意事项

  • 缺少break：如果在某个case后缺少break，程序会继续执行下一个case，导致意外结果（称为"fall-through"）。
  • 变量类型：从Java 7开始，Switch语句支持字符串类型。
  • 常量要求：case后面的值必须是常量表达式，且必须与switch表达式的类型匹配。

7. 示例：字符串的Switch

public class StringSwitchExample {
    public static void main(String[] args) {
        String fruit = "苹果";

        switch (fruit) {
            case "苹果":
                System.out.println("你选择了苹果");
                break;
            case "香蕉":
                System.out.println("你选择了香蕉");
                break;
            case "橘子":
                System.out.println("你选择了橘子");
                break;
            default:
                System.out.println("未知水果");
        }
    }
}

8. Switch语句的嵌套使用

可以在一个switch语句中嵌套另一个switch语句，以处理复杂的条件。

public class NestedSwitchExample {
    public static void main(String[] args) {
        int option = 1;
        char subOption = 'A';

        switch (option) {
            case 1:
                System.out.println("选择了选项1");
                switch (subOption) {
                    case 'A':
                        System.out.println("子选项A");
                        break;
                    case 'B':
                        System.out.println("子选项B");
                        break;
                    default:
                        System.out.println("未知子选项");
                }
                break;
            case 2:
                System.out.println("选择了选项2");
                break;
            default:
                System.out.println("未知选项");
        }
    }
}

26- 数组

1. 数组的定义

数组是一种数据结构，用于存储多个相同类型的数据元素。它在内存中是连续存储的，允许通过索引快速访问元素。

1.1 数组的基本特点

  • 固定大小：数组的大小在创建时确定，不能动态改变。
  • 同类型元素：数组中的所有元素类型相同。
  • 索引访问：数组元素通过索引访问，索引从0开始。

2. 数组的声明与初始化

2.1 数组的声明

数组的声明方式如下：

数据类型[] 数组名; // 推荐的声明方式
// 或者
数据类型 数组名[]; // 另一种声明方式

2.2 数组的静态初始化

静态初始化是在声明数组时直接赋值，示例：

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5}; // 静态初始化
String[] fruits = {"苹果", "香蕉", "橘子"}; // 字符串数组的静态初始化

2.3 数组的动态初始化

动态初始化是在声明数组后使用new关键字创建数组并指定大小：

int[] numbers = new int[5]; // 动态初始化，数组大小为5，元素默认值为0
String[] fruits = new String[3]; // 数组大小为3，元素默认值为null

2.4 完整示例

public class ArrayInitialization {
    public static void main(String[] args) {
        // 静态初始化
        int[] staticArray = {10, 20, 30, 40};
        
        // 动态初始化
        double[] dynamicArray = new double[4];
        dynamicArray[0] = 1.5;
        dynamicArray[1] = 2.5;

        // 打印数组内容
        System.out.println("静态数组：");
        for (int num : staticArray) {
            System.out.print(num + " ");
        }
        System.out.println("\n动态数组：");
        for (double num : dynamicArray) {
            System.out.print(num + " ");
        }
    }
}

3. 数组元素的访问

3.1 访问数组元素

数组元素通过索引访问，示例：

int firstNumber = numbers[0]; // 访问第一个元素
numbers[1] = 10; // 修改第二个元素

3.2 获取数组的长度

数组的长度可以通过length属性获得：

int length = numbers.length; // 获取数组的长度

3.3 完整示例

public class ArrayAccess {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {5, 10, 15, 20};

        // 访问数组元素
        System.out.println("第一个元素：" + numbers[0]);
        System.out.println("第二个元素：" + numbers[1]);
        
        // 修改数组元素
        numbers[1] = 30;
        System.out.println("修改后的第二个元素：" + numbers[1]);

        // 打印数组长度
        System.out.println("数组长度：" + numbers.length);
    }
}

4. 数组的遍历

4.1 使用for循环遍历

常用的遍历方式是使用for循环：

for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
    System.out.println(numbers[i]); // 打印每个元素
}

4.2 使用增强for循环遍历

Java提供了增强for循环（foreach），简化数组遍历：

for (int number : numbers) {
    System.out.println(number); // 打印每个元素
}

4.3 完整示例

public class ArrayTraversal {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

        // 使用for循环遍历
        System.out.println("使用for循环遍历：");
        for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
            System.out.println(numbers[i]);
        }

        // 使用增强for循环遍历
        System.out.println("使用增强for循环遍历：");
        for (int number : numbers) {
            System.out.println(number);
        }
    }
}

5. 数组的内存图示

在内存中，数组是以连续的内存块存储的。下面是一个数组的示意图（假设数组大小为5）：

+---+---+---+---+---+
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
+---+---+---+---+---+
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |  // 数组元素
+---+---+---+---+---+

6. 数组的常见问题

6.1 数组越界

访问超出数组长度的索引会导致ArrayIndexOutOfBoundsException异常：

int value = numbers[5]; // 数组长度为5，索引5越界

6.2 空指针异常

如果数组未初始化，访问元素时会导致NullPointerException：

int[] uninitializedArray; // 数组未初始化
int value = uninitializedArray[0]; // 触发NullPointerException

6.3 完整示例

public class ArrayExceptions {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = new int[3];

        // 数组越界示例
        try {
            System.out.println(numbers[3]); // 触发异常
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            System.out.println("数组越界： " + e.getMessage());
        }

        // 空指针异常示例
        int[] uninitializedArray = null;
        try {
            System.out.println(uninitializedArray[0]); // 触发异常
        } catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("空指针异常： " + e.getMessage());
        }
    }
}

7. 数组的常用操作

7.1 数组的复制

可以使用System.arraycopy()方法复制数组：

int[] newArray = new int[numbers.length];
System.arraycopy(numbers, 0, newArray, 0, numbers.length); // 复制数组

7.2 数组的排序

可以使用Arrays.sort()方法对数组进行排序：

import java.util.Arrays;

Arrays.sort(numbers); // 排序数组

7.3 数组的查找

可以使用线性查找或二分查找（要求数组已排序）：

import java.util.Arrays;

int index = Arrays.binarySearch(numbers, 3); // 查找数字3的索引

7.4 数组的合并

可以手动合并两个数组，示例：

int[] array1 = {1, 2, 3};
int[] array2 = {4, 5, 6};
int[] mergedArray = new int[array1.length + array2.length];

System.arraycopy(array1, 0, mergedArray, 0, array1.length);
System.arraycopy(array2, 0, mergedArray, array1.length, array2.length);

7.5 完整示例

import java.util.Arrays;

public class ArrayOperations {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {5, 3, 8, 1, 2};

        // 复制数组
        int[] copiedArray = new int[numbers.length];
        System.arraycopy(numbers, 0, copiedArray, 0, numbers.length);

        // 排序数组
        Arrays.sort(numbers);

        // 查找数组中元素
        int index = Arrays.binarySearch(numbers, 3); // 查找数字3的索引

        // 合并数组
        int[] array1 = {1, 2, 3};
        int[] array2 = {4, 5, 6};
        int[] mergedArray = new int[array1.length + array2.length];
        System.arraycopy(array1, 0, mergedArray, 0, array1.length);
        System.arraycopy(array2, 0, mergedArray, array1.length, array2.length);

        // 打印结果
        System.out.println("原数组： " + Arrays.toString(numbers));
        System.out.println("复制数组： " + Arrays.toString(copiedArray));
        System.out.println("查找索引： " + index);
        System.out.println("合并数组： " + Arrays.toString(mergedArray));
    }
}

8. 多维数组

8.1 多维数组的定义

多维数组是数组的数组，常见的是二维数组：

int[][] matrix = {
    {1, 2, 3},
    {4, 5, 6},
    {7, 8

, 9}
};

8.2 访问多维数组元素

访问方式与一维数组相似：

int value = matrix[1][2]; // 访问第二行第三列的元素，值为6

8.3 遍历多维数组

可以使用嵌套循环遍历多维数组：

for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
    for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {
        System.out.print(matrix[i][j] + " "); // 打印每个元素
    }
    System.out.println(); // 换行
}

8.4 完整示例

public class MultiDimensionalArray {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] matrix = {
            {1, 2, 3},
            {4, 5, 6},
            {7, 8, 9}
        };

        // 遍历二维数组
        for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
            for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {
                System.out.print(matrix[i][j] + " ");
            }
            System.out.println(); // 换行
        }
    }
}

9. 数组的优势与劣势

9.1 优势

  • 高效访问：可以通过索引快速访问元素。
  • 节省内存：存储同类型数据时更节省内存。

9.2 劣势

  • 固定大小：创建后不能改变大小。
  • 只能存同一类型：数组中的元素必须是相同类型。

27- 数组综合练习

1. 题目：数组求和

解题思路

创建一个整数数组，计算并输出数组中所有元素的和。

public class ArraySum {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5}; // 定义数组
        int sum = 0; // 初始化和

        // 遍历数组并计算和
        for (int number : numbers) {
            sum += number; // 累加每个元素
        }

        System.out.println("数组元素的和为：" + sum); // 输出结果
    }
}

代码详解

  • 定义数组numbers，包含5个整数。
  • 使用增强for循环遍历数组，逐个累加元素到sum中。
  • 最后输出sum的值。

2. 题目：查找最大元素

解题思路

在一个整数数组中查找并输出最大值。

public class MaxInArray {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {10, 20, 5, 40, 15}; // 定义数组
        int max = numbers[0]; // 假设第一个元素为最大值

        // 遍历数组查找最大值
        for (int number : numbers) {
            if (number > max) {
                max = number; // 更新最大值
            }
        }

        System.out.println("数组中的最大值为：" + max); // 输出结果
    }
}

代码详解

  • 假设第一个元素为最大值。
  • 遍历数组，使用if语句比较每个元素与max，若更大则更新max。
  • 输出最大值。

3. 题目：数组反转

解题思路

反转一个数组的元素并输出结果。

public class ReverseArray {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5}; // 定义数组
        int[] reversed = new int[numbers.length]; // 创建反转数组

        // 反转数组
        for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
            reversed[i] = numbers[numbers.length - 1 - i]; // 反向赋值
        }

        // 打印反转后的数组
        System.out.print("反转后的数组：");
        for (int num : reversed) {
            System.out.print(num + " ");
        }
    }
}

代码详解

  • 创建一个与原数组大小相同的reversed数组。
  • 使用for循环将原数组从后向前赋值给新数组。
  • 最后遍历并打印反转后的数组。

4. 题目：统计元素出现次数

解题思路

统计一个数组中每个元素出现的次数并输出。

import java.util.HashMap;

public class CountElements {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {1, 2, 2, 3, 1, 4, 3, 1}; // 定义数组
        HashMap<Integer, Integer> countMap = new HashMap<>(); // 使用HashMap统计

        // 统计每个元素的出现次数
        for (int number : numbers) {
            countMap.put(number, countMap.getOrDefault(number, 0) + 1); // 更新次数
        }

        // 输出每个元素及其次数
        for (int key : countMap.keySet()) {
            System.out.println(key + "出现次数：" + countMap.get(key));
        }
    }
}

代码详解

  • 使用HashMap来存储元素及其出现次数。
  • 遍历数组，更新每个元素的计数。
  • 最后遍历countMap并输出结果。

5. 题目：数组排序

解题思路

对一个整数数组进行升序排序并输出结果。

import java.util.Arrays;

public class SortArray {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {5, 3, 8, 1, 2}; // 定义数组

        Arrays.sort(numbers); // 使用Arrays.sort()进行排序

        // 输出排序后的数组
        System.out.print("排序后的数组：");
        for (int num : numbers) {
            System.out.print(num + " ");
        }
    }
}

代码详解

  • 使用Arrays.sort()方法对数组进行排序。
  • 输出排序后的数组。

6. 题目：查找特定元素

解题思路

查找数组中是否包含某个特定元素，并输出结果。

public class SearchElement {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {1, 3, 5, 7, 9}; // 定义数组
        int target = 5; // 要查找的元素
        boolean found = false; // 标志变量

        // 遍历数组查找元素
        for (int number : numbers) {
            if (number == target) {
                found = true; // 找到元素
                break; // 退出循环
            }
        }

        // 输出结果
        if (found) {
            System.out.println("元素" + target + "存在于数组中。");
        } else {
            System.out.println("元素" + target + "不存在于数组中。");
        }
    }
}

代码详解

  • 定义目标元素target。
  • 遍历数组，若找到目标则将found标志设为true并退出循环。
  • 根据found的值输出查找结果。

7. 题目：合并两个数组

解题思路

将两个数组合并为一个新数组并输出结果。

public class MergeArrays {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array1 = {1, 2, 3}; // 定义第一个数组
        int[] array2 = {4, 5, 6}; // 定义第二个数组
        int[] mergedArray = new int[array1.length + array2.length]; // 创建合并数组

        // 合并数组
        System.arraycopy(array1, 0, mergedArray, 0, array1.length); // 复制第一个数组
        System.arraycopy(array2, 0, mergedArray, array1.length, array2.length); // 复制第二个数组

        // 输出合并后的数组
        System.out.print("合并后的数组：");
        for (int num : mergedArray) {
            System.out.print(num + " ");
        }
    }
}

代码详解

  • 创建一个新数组mergedArray，大小为两个数组之和。
  • 使用System.arraycopy()方法将两个数组复制到新数组中。
  • 最后遍历并输出合并后的数组。

8. 题目：计算数组的平均值

解题思路

计算并输出一个数组的平均值。

public class AverageOfArray {
    public static void main(String[] args) {
        double[] numbers = {2.5, 3.5, 4.0, 5.0}; // 定义数组
        double sum = 0; // 初始化和

        // 遍历数组计算和
        for (double number : numbers) {
            sum += number; // 累加每个元素
        }

        double average = sum / numbers.length; // 计算平均值
        System.out.println("数组的平均值为：" + average); // 输出结果
    }
}

代码详解

  • 定义一个double类型数组numbers。
  • 遍历数组，计算元素的和sum。
  • 计算平均值并输出。

9. 题目：查找重复元素

解题思路

查找数组中重复的元素并输出。

import java.util.HashSet;

public class FindDuplicates {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {1, 2, 3, 2, 4, 1}; // 定义数组
        HashSet<Integer> duplicates = new HashSet<>(); // 用于存储重复元素
        HashSet<Integer> seen = new HashSet<>(); // 用于记录已见元素

        // 查找重复元素
        for (int number : numbers) {
            if (!seen.add(number)) { // 如果添加失败，说明重复
                duplicates.add(number); // 存储重复元素
            }
        }

        // 输出重复元素
        System.out.println("重复的元素有：" + duplicates);
    }
}

代码详解

  • 使用HashSet记录已经见过的元素和重复的元素。
  • 在遍历时，尝试添加元素到seen中，若返回false则表示是重复的

。

  • 输出所有重复元素。

10. 题目：二维数组转置

解题思路

对一个二维数组进行转置操作并输出结果。

public class TransposeMatrix {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] matrix = {
            {1, 2, 3},
            {4, 5, 6}
        }; // 定义二维数组

        int[][] transposed = new int[matrix[0].length][matrix.length]; // 创建转置后的数组

        // 转置操作
        for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
            for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {
                transposed[j][i] = matrix[i][j]; // 交换行列
            }
        }

        // 输出转置后的数组
        System.out.println("转置后的矩阵：");
        for (int[] row : transposed) {
            for (int value : row) {
                System.out.print(value + " ");
            }
            System.out.println(); // 换行
        }
    }
}

代码详解

  • 创建一个新的二维数组transposed，行和列互换。
  • 嵌套循环遍历原数组并将元素放入转置数组中。
  • 最后遍历输出转置后的矩阵。

28- 方法

1. 方法的定义

1.1 概念

方法是执行特定任务的代码块，通常封装了一组操作，能够接受输入并返回结果。方法可以提高代码的复用性和可读性。

1.2 方法的结构

[修饰符] 返回类型 方法名([参数类型 参数名1, 参数类型 参数名2, ...]) {
    // 方法体
    // return 语句（如果有返回值）
}
  • 修饰符：控制访问权限，如public、private、protected等。
  • 返回类型：方法返回值的类型，可以是基本类型或对象类型；如果没有返回值，使用void。
  • 方法名：方法的名称，通常采用动词形式。
  • 参数列表：方法可以接收的输入参数，多个参数用逗号分隔。
  • 方法体：实际执行的代码，使用大括号包裹。

2. 方法的声明与定义

2.1 示例

public class Calculator {
    // 加法方法
    public int add(int a, int b) {
        return a + b; // 返回和
    }

    // 乘法方法
    public int multiply(int a, int b) {
        return a * b; // 返回积
    }
}

3. 方法的调用

3.1 调用实例

在main方法中创建对象并调用其他方法。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Calculator calc = new Calculator(); // 创建Calculator对象
        int sum = calc.add(5, 10); // 调用add方法
        int product = calc.multiply(5, 10); // 调用multiply方法
        System.out.println("和: " + sum);
        System.out.println("积: " + product);
    }
}

4. 方法的返回值

4.1 返回类型

每个方法都有一个返回类型，表示该方法执行后的返回值类型。使用return语句返回值。

4.2 示例

public int subtract(int a, int b) {
    return a - b; // 返回差
}

5. 方法的参数

5.1 参数传递

方法可以接收参数，分为基本数据类型和引用类型。

  • 基本数据类型：值传递，传递的是数据的拷贝。
  • 引用类型：传递的是对象的引用，可以影响原对象。

5.2 示例

public void changeValue(int num) {
    num = 10; // 不会影响调用者的变量
}

public void changeArray(int[] arr) {
    arr[0] = 10; // 会影响调用者的数组
}

6. 方法的重载

6.1 概念

在同一类中，可以定义多个同名的方法，只要它们的参数类型、数量或顺序不同。

6.2 示例

public class OverloadExample {
    public int add(int a, int b) {
        return a + b; // 整数相加
    }

    public double add(double a, double b) {
        return a + b; // 浮点数相加
    }

    public int add(int a, int b, int c) {
        return a + b + c; // 三个整数相加
    }
}

7. 递归方法

7.1 概念

方法可以调用自身，这称为递归。递归需要一个基准条件以避免无限调用。

7.2 示例

public class Factorial {
    public int factorial(int n) {
        if (n == 0) {
            return 1; // 基础情况
        } else {
            return n * factorial(n - 1); // 递归调用
        }
    }
}

8. 方法的访问修饰符

8.1 访问控制

  • public：对所有类可见。
  • private：仅对定义它的类可见。
  • protected：对同一包中的类及其子类可见。
  • 默认（包私有）：没有修饰符，方法仅对同一包内的类可见。

9. 方法的静态与实例方法

9.1 静态方法

使用 static 关键字定义的方法属于类，可以不需要实例化对象直接调用。

9.2 示例

public class StaticExample {
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b; // 静态方法
    }

    public static void main(String[] args) {
        int sum = StaticExample.add(5, 10); // 直接调用静态方法
        System.out.println("和: " + sum);
    }
}

10. 方法的返回值类型

10.1 多重返回

可以通过返回不同类型的结果，例如使用对象作为返回值。

public class Person {
    String name;

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
}

public Person createPerson(String name) {
    return new Person(name); // 返回Person对象
}

11. 可变参数

11.1 概念

Java方法支持可变参数，使得方法可以接收可变数量的参数。

11.2 示例

public void printNumbers(int... numbers) {
    for (int num : numbers) {
        System.out.print(num + " ");
    }
}

public static void main(String[] args) {
    printNumbers(1, 2, 3, 4, 5); // 可以传入任意数量的参数
}

12. 方法的文档注释

12.1 Javadoc

可以使用/** ... */文档注释为方法生成文档，帮助其他开发者理解方法的功能和用法。

12.2 示例

/**
 * 计算两个数的和
 * @param a 第一个数字
 * @param b 第二个数字
 * @return 两个数字的和
 */
public int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

13. 方法的异常处理

13.1 异常声明

方法可以使用 throws 声明可能抛出的异常，允许调用者处理这些异常。

13.2 示例

public int divide(int a, int b) throws ArithmeticException {
    if (b == 0) {
        throw new ArithmeticException("除数不能为零"); // 抛出异常
    }
    return a / b;
}

29- 方法综合练习

1. 计算数组的平均值

题目

编写一个方法，计算给定数组的平均值。

解题思路

遍历数组，计算所有元素的总和，然后除以元素的数量以得到平均值。

代码

public class AverageCalculator {
    public double calculateAverage(int[] numbers) {
        int sum = 0; // 初始化总和
        for (int num : numbers) {
            sum += num; // 累加每个元素
        }
        return (double) sum / numbers.length; // 计算并返回平均值
    }

    public static void main(String[] args) {
        AverageCalculator calc = new AverageCalculator();
        int[] nums = {10, 20, 30, 40, 50};
        double average = calc.calculateAverage(nums);
        System.out.println("平均值: " + average); // 输出平均值
    }
}

2. 判断素数

题目

编写一个方法，判断一个数是否为素数。

解题思路

判断一个数是否只能被1和自身整除，如果能被其他数整除则不是素数。

代码

public class PrimeChecker {
    public boolean isPrime(int number) {
        if (number <= 1) return false; // 1及以下不是素数
        for (int i = 2; i <= Math.sqrt(number); i++) {
            if (number % i == 0) return false; // 找到因子则不是素数
        }
        return true; // 没有因子则是素数
    }

    public static void main(String[] args) {
        PrimeChecker checker = new PrimeChecker();
        int num = 29;
        System.out.println(num + " 是素数吗? " + checker.isPrime(num)); // 输出结果
    }
}

3. 反转字符串

题目

编写一个方法，将给定字符串反转。

解题思路

使用StringBuilder类的reverse()方法，或手动遍历字符串。

代码

public class StringReverser {
    public String reverseString(String str) {
        StringBuilder reversed = new StringBuilder(); // 创建StringBuilder对象
        for (int i = str.length() - 1; i >= 0; i--) {
            reversed.append(str.charAt(i)); // 逐个字符反转
        }
        return reversed.toString(); // 返回反转后的字符串
    }

    public static void main(String[] args) {
        StringReverser reverser = new StringReverser();
        String original = "Hello, World!";
        String reversed = reverser.reverseString(original);
        System.out.println("反转字符串: " + reversed); // 输出结果
    }
}

4. 计算阶乘

题目

编写一个方法，计算给定数字的阶乘。

解题思路

使用递归方式计算阶乘，n! = n × (n-1)!。

代码

public class FactorialCalculator {
    public int factorial(int n) {
        if (n == 0) return 1; // 基础情况
        return n * factorial(n - 1); // 递归调用
    }

    public static void main(String[] args) {
        FactorialCalculator calc = new FactorialCalculator();
        int number = 5;
        int result = calc.factorial(number);
        System.out.println(number + " 的阶乘是: " + result); // 输出结果
    }
}

5. 查找数组中的最大值

题目

编写一个方法，查找给定数组中的最大值。

解题思路

遍历数组，比较每个元素，找到最大值。

代码

public class MaxFinder {
    public int findMax(int[] numbers) {
        int max = numbers[0]; // 假设第一个元素为最大值
        for (int num : numbers) {
            if (num > max) {
                max = num; // 更新最大值
            }
        }
        return max; // 返回最大值
    }

    public static void main(String[] args) {
        MaxFinder finder = new MaxFinder();
        int[] nums = {1, 3, 7, 0, 5};
        int max = finder.findMax(nums);
        System.out.println("数组中的最大值: " + max); // 输出结果
    }
}

6. 统计字符出现次数

题目

编写一个方法，统计字符串中某个字符出现的次数。

解题思路

遍历字符串，使用计数器统计字符出现的次数。

代码

public class CharCounter {
    public int countCharacter(String str, char ch) {
        int count = 0; // 初始化计数器
        for (char c : str.toCharArray()) {
            if (c == ch) {
                count++; // 增加计数
            }
        }
        return count; // 返回计数结果
    }

    public static void main(String[] args) {
        CharCounter counter = new CharCounter();
        String text = "hello world";
        char character = 'o';
        int count = counter.countCharacter(text, character);
        System.out.println(character + " 在字符串中出现的次数: " + count); // 输出结果
    }
}

7. 合并两个数组

题目

编写一个方法，将两个数组合并为一个数组。

解题思路

创建一个新的数组，复制两个数组的元素到新数组中。

代码

public class ArrayMerger {
    public int[] mergeArrays(int[] array1, int[] array2) {
        int[] merged = new int[array1.length + array2.length]; // 创建新数组
        int index = 0;

        for (int num : array1) {
            merged[index++] = num; // 复制第一个数组
        }
        for (int num : array2) {
            merged[index++] = num; // 复制第二个数组
        }
        return merged; // 返回合并后的数组
    }

    public static void main(String[] args) {
        ArrayMerger merger = new ArrayMerger();
        int[] arr1 = {1, 2, 3};
        int[] arr2 = {4, 5, 6};
        int[] mergedArray = merger.mergeArrays(arr1, arr2);
        System.out.print("合并后的数组: ");
        for (int num : mergedArray) {
            System.out.print(num + " "); // 输出合并后的数组
        }
    }
}

8. 字符串的字母排序

题目

编写一个方法，将字符串中的字母按字母顺序排序。

解题思路

将字符串转化为字符数组，使用排序算法对字符数组进行排序，然后转换回字符串。

代码

import java.util.Arrays;

public class StringSorter {
    public String sortString(String str) {
        char[] chars = str.toCharArray(); // 转换为字符数组
        Arrays.sort(chars); // 排序字符数组
        return new String(chars); // 返回排序后的字符串
    }

    public static void main(String[] args) {
        StringSorter sorter = new StringSorter();
        String original = "java";
        String sorted = sorter.sortString(original);
        System.out.println("排序后的字符串: " + sorted); // 输出结果
    }
}

9. 计算Fibonacci数列

题目

编写一个方法，返回Fibonacci数列的第n项。

解题思路

使用递归或迭代的方法计算Fibonacci数列。

代码

public class FibonacciCalculator {
    public int fibonacci(int n) {
        if (n <= 1) return n; // 基础情况
        return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2); // 递归计算
    }

    public static void main(String[] args) {
        FibonacciCalculator calculator = new FibonacciCalculator();
        int n = 6;
        int result = calculator.fibonacci(n);
        System.out.println("Fibonacci数列的第" + n + "项是: " + result); // 输出结果
    }
}

10. 检查回文

题目

编写一个方法，检查给定字符串是否为回文。

解题思路

将字符串反转并与原字符串比较，如果相同则为回文。

代码

public class PalindromeChecker {
    public boolean isPalindrome(String str) {
        String reversed = new StringBuilder(str).reverse().toString(); // 反转字符串
        return str.equals(reversed); // 比较原字符串与反转字符串
    }

    public static void main(String[] args) {
        PalindromeChecker checker = new PalindromeChecker();
        String word = "level";
        boolean result = checker.isPalindrome(word);
        System.out.println(word + " 是回文吗? " + result); // 输出结果
    }
}

30- 面向对象

1. 面向对象概述

1.1 概念

面向对象编程是一种程序设计范式，它使用“对象”来封装数据和操作。OOP的核心思想是将软件设计为互相协作的对象，而不是单一的功能或过程。

2. 类与对象

2.1 类的定义

类是对象的蓝图或模板，定义了对象的属性（字段）和行为（方法）。

2.2 创建类的基本语法

public class ClassName {
    // 属性（字段）
    private int field;

    // 方法
    public void method() {
        // 方法体
    }
}

2.3 对象的创建

使用new关键字来创建类的实例（对象）。

ClassName obj = new ClassName(); // 创建对象

2.4 示例

public class Car {
    private String model; // 属性

    public Car(String model) { // 构造方法
        this.model = model;
    }

    public void displayModel() { // 方法
        System.out.println("车型: " + model);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Car myCar = new Car("Toyota"); // 创建对象
        myCar.displayModel(); // 调用方法
    }
}

3. 封装

3.1 概念

封装是将数据（属性）和操作数据的方法（行为）结合在一起，并隐藏内部实现的细节，保护对象的状态。

3.2 访问修饰符

  • private：仅在类内部可见。
  • public：对所有类可见。
  • protected：对同一包及子类可见。

3.3 示例

public class Account {
    private double balance; // 封装属性

    public void deposit(double amount) { // 方法
        if (amount > 0) {
            balance += amount;
        }
    }

    public double getBalance() { // 获取余额
        return balance;
    }
}

4. 继承

4.1 概念

继承是一种机制，允许一个类（子类）继承另一个类（父类）的属性和方法，促进代码复用。

4.2 语法

public class ParentClass {
    // 父类的属性和方法
}

public class ChildClass extends ParentClass {
    // 子类的属性和方法
}

4.3 示例

public class Animal {
    public void sound() {
        System.out.println("动物发声");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void sound() { // 重写父类方法
        System.out.println("狗叫: 汪汪");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Dog myDog = new Dog();
        myDog.sound(); // 调用重写的方法
    }
}

5. 多态

5.1 概念

多态是同一操作在不同对象上的不同表现形式。它可以通过方法重载和方法重写来实现。

5.2 方法重载

在同一类中定义多个同名但参数不同的方法。

5.3 方法重写

子类重写父类的方法。

5.4 示例

public class Shape {
    public void draw() {
        System.out.println("绘制形状");
    }
}

public class Circle extends Shape {
    @Override
    public void draw() { // 重写方法
        System.out.println("绘制圆形");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Shape shape = new Circle(); // 父类引用指向子类对象
        shape.draw(); // 调用子类的方法
    }
}

6. 抽象

6.1 概念

抽象是隐藏复杂性，仅暴露必要的部分。抽象类不能实例化，只能由子类继承。

6.2 抽象类和抽象方法

使用abstract关键字定义抽象类和抽象方法。

6.3 示例

abstract class Animal {
    public abstract void sound(); // 抽象方法
}

class Cat extends Animal {
    @Override
    public void sound() {
        System.out.println("猫叫: 喵喵");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal myCat = new Cat(); // 创建子类对象
        myCat.sound(); // 调用重写的方法
    }
}

7. 接口

7.1 概念

接口是一种特殊的抽象类，定义了一组方法，但没有具体实现。类通过实现接口来提供具体行为。

7.2 定义接口

使用interface关键字定义接口。

7.3 示例

interface Animal {
    void sound(); // 接口方法
}

class Cow implements Animal {
    @Override
    public void sound() {
        System.out.println("牛叫: 哞哞");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal myCow = new Cow(); // 实现接口
        myCow.sound(); // 调用方法
    }
}

31- 面向对象-封装

1. 封装的概念

封装是面向对象编程（OOP）的一种特性，它将数据（属性）和对数据的操作（方法）组合成一个整体（类），并通过访问修饰符控制外部对这些数据的访问。封装的核心目的是保护对象的状态和实现细节，只暴露必要的接口给外部使用。

2. 封装的实现细节

2.1 属性（字段）定义

  • 使用private修饰符定义类的属性，使得这些属性无法被外部类直接访问。
private int age; // 私有属性，外部无法直接访问

2.2 构造方法

  • 构造方法用于初始化对象的属性。可以在构造方法中进行参数验证，确保对象的状态合法。
public Person(int age) {
    if (age > 0) {
        this.age = age; // 合法的年龄
    } else {
        this.age = 0; // 非法的年龄，设置为0
    }
}

2.3 Getter和Setter方法

  • Getter方法用于获取私有属性的值，返回属性的当前值。
public int getAge() {
    return age; // 返回年龄
}
  • Setter方法用于设置私有属性的值，可以在设置过程中进行额外的验证逻辑。
public void setAge(int age) {
    if (age > 0) {
        this.age = age; // 设置合法年龄
    } else {
        System.out.println("年龄无效");
    }
}

3. 封装的优缺点

3.1 优点

  • 数据保护：封装可以隐藏对象的内部状态，防止外部直接修改，从而保证数据的一致性和完整性。
  • 控制访问：通过访问修饰符，可以精确控制哪些类可以访问对象的属性和方法。
  • 易于维护：内部实现细节的改变不会影响使用该类的代码，便于维护和升级。
  • 提高代码的可读性：封装使得代码结构更加清晰，方便理解和使用。

3.2 缺点

  • 性能开销：由于需要额外的方法来访问和修改属性，可能会引入一些性能开销，但一般来说影响很小。
  • 增加复杂性：对于简单的类，使用封装可能会让代码显得冗长和复杂。

4. 示例

下面是一个更详细的封装示例，展示了封装如何在实际应用中保护数据和控制访问。

public class BankAccount {
    private double balance; // 私有属性，账户余额

    // 构造方法，初始化余额
    public BankAccount(double initialBalance) {
        if (initialBalance >= 0) {
            balance = initialBalance;
        } else {
            balance = 0; // 负余额设置为0
        }
    }

    // Getter方法：获取当前余额
    public double getBalance() {
        return balance; // 返回余额
    }

    // Setter方法：存款
    public void deposit(double amount) {
        if (amount > 0) {
            balance += amount; // 增加余额
        } else {
            System.out.println("存款金额无效");
        }
    }

    // 方法：取款
    public void withdraw(double amount) {
        if (amount > 0 && amount <= balance) {
            balance -= amount; // 减少余额
        } else {
            System.out.println("取款失败：余额不足或无效金额");
        }
    }

    // 方法：打印账户信息
    public void printAccountInfo() {
        System.out.println("当前余额: " + balance);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        BankAccount myAccount = new BankAccount(1000); // 创建账户
        myAccount.printAccountInfo(); // 输出当前余额
        
        myAccount.deposit(500); // 存款
        myAccount.printAccountInfo(); // 输出余额

        myAccount.withdraw(200); // 取款
        myAccount.printAccountInfo(); // 输出余额

        myAccount.withdraw(1500); // 尝试取款超过余额
        myAccount.deposit(-100); // 尝试存入无效金额
    }
}

5. 示例解释

  • 私有属性：balance是一个私有属性，外部无法直接访问，保证了账户余额的安全性。
  • 构造方法：在创建对象时，构造方法验证初始余额是否合法。
  • Getter和Setter：提供getBalance()和deposit(double amount)方法，允许外部获取和更新余额，同时在更新时进行验证。
  • 方法：withdraw(double amount)方法实现取款逻辑，确保取款金额不超过当前余额。

6. 封装的使用场景

  • 用户管理：在用户类中封装用户的个人信息，保护敏感数据。
  • 财务系统：在银行账户类中封装账户信息，防止外部程序直接修改余额。
  • 配置管理：在配置类中封装应用程序配置，允许安全的访问和修改。

32- 权限访问控制

1. 访问修饰符概述

Java中的访问修饰符用于控制类、方法和变量的可见性。主要有四种修饰符：

  • public：公共，任何类都可以访问。
  • protected：受保护，子类和同一包中的其他类可以访问。
  • private：私有，仅在定义它的类内部可访问。
  • 默认（无修饰符）：包私有，仅在同一包中的类可访问。

2. 详细说明及示例

2.1 public

  • 可见性：任何其他类都可以访问。
public class PublicClass {
    public int publicField; // 公共字段

    public void publicMethod() { // 公共方法
        System.out.println("这是公共方法");
    }
}

使用示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        PublicClass obj = new PublicClass();
        obj.publicField = 10; // 访问公共字段
        obj.publicMethod(); // 调用公共方法
    }
}

2.2 protected

  • 可见性：同一包中的其他类和任何子类都可以访问。
public class ProtectedClass {
    protected int protectedField; // 受保护字段

    protected void protectedMethod() { // 受保护方法
        System.out.println("这是受保护的方法");
    }
}

使用示例：

class SubClass extends ProtectedClass { // 子类
    public void display() {
        protectedField = 20; // 访问受保护字段
        protectedMethod(); // 调用受保护方法
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SubClass obj = new SubClass();
        obj.display(); // 调用子类的方法
    }
}

2.3 private

  • 可见性：仅在定义它的类内部可访问，外部类无法访问。
public class PrivateClass {
    private int privateField; // 私有字段

    private void privateMethod() { // 私有方法
        System.out.println("这是私有的方法");
    }

    public void accessPrivate() { // 公共方法访问私有成员
        privateField = 30; // 访问私有字段
        privateMethod(); // 调用私有方法
    }
}

使用示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        PrivateClass obj = new PrivateClass();
        // obj.privateField = 40; // 不能访问，编译错误
        obj.accessPrivate(); // 调用公共方法，间接访问私有成员
    }
}

2.4 默认（无修饰符）

  • 可见性：仅在同一包中的类可访问。
class DefaultClass { // 默认类
    int defaultField; // 默认字段

    void defaultMethod() { // 默认方法
        System.out.println("这是默认的方法");
    }
}

使用示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        DefaultClass obj = new DefaultClass();
        obj.defaultField = 50; // 访问默认字段
        obj.defaultMethod(); // 调用默认方法
    }
}

3. 访问修饰符之间的区别总结

修饰符同一包子类其他包可见性
public是是是任何地方可见
protected是是否同包和子类可见
private否否否仅限当前类可见
默认是否否仅限同包可见

33- 面向对象--继承

1. 继承的定义

继承是面向对象编程（OOP）中的一个基本概念，它允许一个类（称为子类或派生类）从另一个类（称为父类或基类）获取属性和方法。通过继承，子类可以重用父类的代码，同时可以增加自己独特的属性和方法。

2. 继承的类型

在Java中，继承主要有两种类型：

2.1 单继承

单继承指的是一个子类只能继承一个父类。Java中不支持多重继承，即一个类不能有多个直接父类。这是为了避免“菱形继承”问题，保证代码的清晰性和可维护性。

class Parent {
    // 父类代码
}

class Child extends Parent {
    // 子类代码
}

2.2 多层继承

多层继承指的是子类可以从父类继承，同时可以作为另一个类的父类，形成一个继承层次结构。

class Grandparent {
    // 祖父类代码
}

class Parent extends Grandparent {
    // 父类代码
}

class Child extends Parent {
    // 子类代码
}

3. 继承的实现

在Java中，使用extends关键字来实现继承。子类会自动继承父类的公共和受保护的成员，但不能继承父类的私有成员。

3.1 基本语法

class Parent {
    int parentField; // 父类字段

    void parentMethod() {
        System.out.println("父类的方法");
    }
}

class Child extends Parent {
    int childField; // 子类字段

    void childMethod() {
        System.out.println("子类的方法");
    }
}

4. 方法重写

4.1 方法重写的概念

方法重写是指子类对父类已有的方法进行重新定义，以提供特定的实现。在重写时，子类的方法必须与父类的方法签名相同（方法名、参数类型、参数个数）。

4.2 使用@Override注解

使用@Override注解可以让编译器帮助检查是否正确重写了父类的方法。如果重写方法的签名不匹配，编译器会报错。

class Parent {
    void display() {
        System.out.println("父类显示");
    }
}

class Child extends Parent {
    @Override
    void display() {
        System.out.println("子类显示");
    }
}

5. 多态

多态是指同一个方法在不同对象上的不同实现。通过继承和方法重写，可以实现多态。多态有两种类型：

5.1 编译时多态（方法重载）

同一类中可以有多个同名但参数不同的方法，称为方法重载。

class MathUtil {
    int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    double add(double a, double b) {
        return a + b;
    }
}

5.2 运行时多态（方法重写）

通过父类引用指向子类对象，调用被重写的方法时，运行时将根据对象的实际类型决定调用哪个方法。

Parent obj = new Child();
obj.display(); // 调用的是子类的方法

6. 示例代码

以下是一个详细的示例，展示了继承、方法重写和多态的实现。

// 父类
class Animal {
    void eat() {
        System.out.println("动物在吃食物");
    }
}

// 子类
class Dog extends Animal {
    @Override
    void eat() {
        System.out.println("狗在吃狗粮");
    }

    void bark() {
        System.out.println("狗在叫");
    }
}

class Cat extends Animal {
    @Override
    void eat() {
        System.out.println("猫在吃鱼");
    }

    void meow() {
        System.out.println("猫在叫");
    }
}

// 主类
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal myDog = new Dog(); // 向上转型
        Animal myCat = new Cat(); // 向上转型

        myDog.eat(); // 输出: 狗在吃狗粮
        myCat.eat(); // 输出: 猫在吃鱼

        // 由于多态，不能直接调用子类特有方法
        // myDog.bark(); // 错误，编译不通过
    }
}

7. 注意事项

  • 单继承限制：Java不支持多继承，但可以通过接口实现多重类型。
  • 构造方法：子类构造方法默认调用父类的无参构造方法。如果父类没有无参构造，则必须在子类构造方法中显式调用父类构造方法。
  • 方法重写规则：
    • 子类重写父类方法时，访问权限不能更严格。
    • 不能重写父类的final方法和static方法。
  • 成员变量的隐藏：子类可以定义与父类同名的字段，但这不是重写，而是隐藏。

8. 应用场景

  • 代码复用：使用继承可以减少代码的重复，尤其在类之间有共通功能时。
  • 层次结构建模：在建模现实世界中的对象时，继承可以帮助组织类之间的关系，如动物、车辆等。
  • 实现多态：通过继承和方法重写，可以实现不同对象对同一消息的响应，增强程序的灵活性。

34-面向对象--多态

1. 多态的定义

多态是面向对象编程（OOP）中的一个核心概念，它指的是同一个操作（方法）在不同对象上可以表现出不同的行为。换句话说，多态允许对象以父类的类型进行引用，但在运行时调用的是子类的实现。

2. 多态的类型

Java中的多态主要有两种类型：

2.1 编译时多态（方法重载）

同一类中可以定义多个同名但参数列表不同的方法，这称为方法重载。编译器在编译时根据方法的参数类型和数量来决定调用哪个方法。

class MathUtil {
    // 重载方法：不同参数类型
    int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    double add(double a, double b) {
        return a + b;
    }

    int add(int a, int b, int c) {
        return a + b + c;
    }
}

2.2 运行时多态（方法重写）

运行时多态是通过父类引用指向子类对象，调用被重写的方法，具体调用哪个方法是在运行时决定的。

class Animal {
    void makeSound() {
        System.out.println("动物在发出声音");
    }
}

class Dog extends Animal {
    @Override
    void makeSound() {
        System.out.println("狗在叫");
    }
}

class Cat extends Animal {
    @Override
    void makeSound() {
        System.out.println("猫在喵");
    }
}

3. 多态的实现

多态主要依赖于方法重写和向上转型（将子类对象赋值给父类引用）。以下是多态的实现步骤：

  1. 父类定义方法：在父类中定义一个方法。
  2. 子类重写方法：在子类中重写该方法。
  3. 父类引用指向子类对象：使用父类类型的引用指向子类对象。
  4. 调用重写方法：通过父类引用调用方法，运行时将根据对象的实际类型执行相应的方法。

4. 示例代码

4.1 多态基本示例

class Animal {
    void makeSound() {
        System.out.println("动物在发出声音");
    }
}

class Dog extends Animal {
    @Override
    void makeSound() {
        System.out.println("狗在叫");
    }
}

class Cat extends Animal {
    @Override
    void makeSound() {
        System.out.println("猫在喵");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal myDog = new Dog(); // 向上转型
        Animal myCat = new Cat(); // 向上转型

        myDog.makeSound(); // 输出: 狗在叫
        myCat.makeSound(); // 输出: 猫在喵
    }
}

4.2 多态的应用场景

在实际应用中，多态常用于处理一组相关的对象时，可以通过父类引用来统一管理。

class Shape {
    void draw() {
        System.out.println("绘制形状");
    }
}

class Circle extends Shape {
    @Override
    void draw() {
        System.out.println("绘制圆形");
    }
}

class Rectangle extends Shape {
    @Override
    void draw() {
        System.out.println("绘制矩形");
    }
}

public class DrawingApp {
    public static void main(String[] args) {
        Shape[] shapes = new Shape[2];
        shapes[0] = new Circle(); // 向上转型
        shapes[1] = new Rectangle(); // 向上转型

        for (Shape shape : shapes) {
            shape.draw(); // 根据实际类型调用相应的方法
        }
    }
}

5. 多态的优点

  • 灵活性：通过多态，可以在运行时决定调用哪个方法，增强了程序的灵活性。
  • 可维护性：可以通过父类统一管理子类，简化代码的维护和扩展。
  • 解耦性：调用者不需要知道具体实现，只需知道接口或父类，降低了模块之间的耦合度。

6. 多态的注意事项

  • 方法重写：子类必须重写父类的方法，且方法名、参数类型和返回值类型必须一致。
  • 类型转换：向下转型（将父类引用转为子类引用）时，必须确保对象实际为子类类型，否则会抛出ClassCastException。
Animal animal = new Dog();
Dog dog = (Dog) animal; // 向下转型，安全

7. 多态的应用场景

  • 图形处理：如上面示例，处理各种图形时，可以将不同图形对象存储在同一数组中，使用相同的接口进行操作。
  • 事件处理：在GUI编程中，处理不同事件的回调方法可以使用多态。
  • 插件系统：可以通过接口定义插件的标准，具体实现则通过多态进行管理。

35- 面向对象--抽象类

1. 抽象类的定义

抽象类是指包含一个或多个抽象方法（没有实现的方法）的类。抽象类不能被实例化，通常用作其他类的基类。它允许子类实现其方法，从而提供具体的功能。

2. 抽象类的特点

  • 不能实例化：抽象类不能创建对象，只能被子类继承。
  • 可以包含抽象方法和具体方法：抽象类可以包含没有实现的抽象方法，也可以包含已经实现的方法。
  • 构造方法：抽象类可以有构造方法，子类可以通过调用父类构造方法来初始化父类的属性。
  • 访问修饰符：抽象方法可以有不同的访问修饰符（如public、protected、private），但通常是public或protected。

3. 抽象类的语法

使用abstract关键字定义抽象类和抽象方法。

abstract class Animal {
    // 抽象方法
    abstract void makeSound();

    // 具体方法
    void eat() {
        System.out.println("动物在吃食物");
    }
}

4. 抽象类的使用

4.1 定义抽象类

定义一个抽象类时，可以包含多个抽象方法和具体方法。

abstract class Shape {
    // 抽象方法
    abstract void draw();

    // 具体方法
    void display() {
        System.out.println("这是一个形状");
    }
}

4.2 继承抽象类

子类需要实现抽象类中的所有抽象方法，否则子类也必须声明为抽象类。

class Circle extends Shape {
    @Override
    void draw() {
        System.out.println("绘制圆形");
    }
}

class Rectangle extends Shape {
    @Override
    void draw() {
        System.out.println("绘制矩形");
    }
}

5. 示例代码

以下是一个完整的示例，展示了如何使用抽象类。

// 抽象类
abstract class Animal {
    abstract void makeSound(); // 抽象方法

    void eat() { // 具体方法
        System.out.println("动物在吃食物");
    }
}

// 子类
class Dog extends Animal {
    @Override
    void makeSound() {
        System.out.println("狗在叫");
    }
}

class Cat extends Animal {
    @Override
    void makeSound() {
        System.out.println("猫在喵");
    }
}

// 主类
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal myDog = new Dog(); // 向上转型
        Animal myCat = new Cat(); // 向上转型

        myDog.makeSound(); // 输出: 狗在叫
        myCat.makeSound(); // 输出: 猫在喵

        myDog.eat(); // 输出: 动物在吃食物
        myCat.eat(); // 输出: 动物在吃食物
    }
}

5.1 示例解释

  • 抽象类Animal：定义了一个抽象方法makeSound和一个具体方法eat。
  • 子类Dog和Cat：分别实现了makeSound方法，提供各自的声音。
  • Main类：创建了Animal类型的引用指向Dog和Cat对象，并调用相关方法。

6. 抽象类与接口的区别

特点抽象类接口
关键字abstractinterface
方法实现可以有抽象方法和具体方法只能有抽象方法（Java 8及以后的版本可以有默认和静态方法）
构造方法可以有构造方法不能有构造方法
访问修饰符可以有访问修饰符默认是public
继承关系单继承多重继承（一个类可以实现多个接口）

7. 抽象类的使用场景

  • 框架设计：抽象类适用于定义框架中的基本行为，允许子类实现特定的功能。
  • 共享代码：在多个子类之间共享相同的代码实现，提高代码复用性。
  • 统一接口：为一组相关类提供统一的接口，确保子类遵循相同的设计。

8. 注意事项

  • 抽象类不能被实例化：尝试创建抽象类的对象将导致编译错误。
  • 子类必须实现抽象方法：如果子类不实现所有的抽象方法，则子类也必须声明为抽象类。
  • 可以有非抽象方法：抽象类可以包含非抽象方法，子类可以选择重写这些方法。
  • 可以有字段：抽象类可以包含字段，子类可以访问和修改这些字段。

36- 面向对象--接口

1. 接口的定义

接口是Java中的一种引用数据类型，类似于类，但接口只能包含常量、方法的声明（没有方法体）和静态方法。接口定义了一组方法，但不提供具体的实现。类通过实现接口来提供这些方法的具体实现。

2. 接口的特点

  • 方法声明：接口中的方法默认是public和abstract，不需要显式声明。
  • 常量：接口可以包含常量，默认是public static final。
  • 多重继承：一个类可以实现多个接口，从而支持多重继承的特性。
  • 无法实例化：接口不能被实例化，无法创建接口类型的对象。
  • 默认和静态方法：从Java 8开始，接口可以包含默认方法和静态方法。

3. 接口的语法

定义接口时使用interface关键字。

interface Animal {
    // 常量
    int LEGS = 4;

    // 抽象方法
    void makeSound();
    void eat();
}

4. 接口的实现

4.1 实现接口

一个类通过实现接口来提供具体的方法实现。使用implements关键字。

class Dog implements Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("狗在叫");
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("狗在吃狗粮");
    }
}

class Cat implements Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("猫在喵");
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("猫在吃鱼");
    }
}

5. 示例代码

以下是一个完整的示例，展示了如何使用接口。

// 接口定义
interface Animal {
    void makeSound(); // 抽象方法
    void eat();      // 抽象方法
}

// Dog类实现Animal接口
class Dog implements Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("狗在叫");
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("狗在吃狗粮");
    }
}

// Cat类实现Animal接口
class Cat implements Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("猫在喵");
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("猫在吃鱼");
    }
}

// 主类
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal myDog = new Dog(); // 向上转型
        Animal myCat = new Cat(); // 向上转型

        myDog.makeSound(); // 输出: 狗在叫
        myDog.eat();       // 输出: 狗在吃狗粮

        myCat.makeSound(); // 输出: 猫在喵
        myCat.eat();       // 输出: 猫在吃鱼
    }
}

6. 接口的优点

  • 多重继承：允许一个类实现多个接口，解决了Java不支持多重继承的问题。
  • 统一接口：提供了一种标准化的方式来定义类的行为，增强了代码的可读性和可维护性。
  • 松耦合：接口使得实现类和使用类之间的耦合度降低，可以通过接口引用来使用不同的实现。

7. 接口的使用场景

  • 回调机制：在Java中常用于实现事件监听器，如Swing和JavaFX的事件处理。
  • 插件系统：可以定义接口供不同的插件实现，从而实现可扩展的系统。
  • 统一 API：用于定义标准 API，多个类可以实现同一接口，提供一致的行为。

8. 注意事项

  • 必须实现所有方法：类在实现接口时必须实现接口中的所有抽象方法，除非该类本身是抽象类。
  • 可以实现多个接口：一个类可以实现多个接口，接口之间使用逗号分隔。
class MultiAnimal implements Animal, AnotherInterface {
    // 实现所有抽象方法
}
  • 默认方法：从Java 8开始，接口可以定义默认方法，使用default关键字。
interface Animal {
    default void sleep() {
        System.out.println("动物在睡觉");
    }
}
  • 静态方法：接口也可以定义静态方法，这些方法不能被实现类重写。
interface Utility {
    static void printMessage() {
        System.out.println("静态方法");
    }
}

9. 抽象类与接口的比较

特点抽象类接口
关键字abstractinterface
方法实现可以有抽象方法和具体方法只能有抽象方法（Java 8及以后的版本可以有默认和静态方法）
构造方法可以有构造方法不能有构造方法
访问修饰符可以有访问修饰符默认是public
继承关系单继承多重继承（一个类可以实现多个接口）

37- 面向对象综合案例

案例 1：动物管理系统

题目

设计一个动物管理系统，其中包含不同类型的动物（如狗和猫），每种动物都有特定的行为和属性。实现动物的声音、进食方式和玩耍方式。

解题思路

  1. 抽象类：定义一个抽象类Animal，包含动物的通用属性和方法。
  2. 接口：定义一个接口Pet，用于描述宠物特有的行为，例如玩耍。
  3. 具体实现类：为每种动物（如Dog和Cat）创建具体类，继承自Animal，并实现Pet接口。
  4. 多态：使用多态特性，通过父类引用指向子类对象，调用相应的方法。

代码

// 抽象类
abstract class Animal {
    String name; // 动物的名称
    int age; // 动物的年龄

    // 构造函数
    Animal(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    // 抽象方法，必须被子类实现
    abstract void makeSound();
    abstract void eat();
}

// 接口
interface Pet {
    void play(); // 接口方法，用于描述玩耍行为
}

// Dog类
class Dog extends Animal implements Pet {
    // Dog类构造函数
    Dog(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    void makeSound() {
        System.out.println(name + " (狗) 在叫: 汪汪");
    }

    @Override
    void eat() {
        System.out.println(name + " (狗) 在吃狗粮");
    }

    @Override
    public void play() {
        System.out.println(name + " (狗) 在玩球");
    }
}

// Cat类
class Cat extends Animal implements Pet {
    // Cat类构造函数
    Cat(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    void makeSound() {
        System.out.println(name + " (猫) 在喵: 喵喵");
    }

    @Override
    void eat() {
        System.out.println(name + " (猫) 在吃鱼");
    }

    @Override
    public void play() {
        System.out.println(name + " (猫) 在玩毛线球");
    }
}

// 主类
public class AnimalManagement {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建狗和猫对象
        Animal myDog = new Dog("Buddy", 3);
        Animal myCat = new Cat("Whiskers", 2);

        // 通过多态调用方法
        myDog.makeSound();
        myDog.eat();
        ((Pet) myDog).play(); // 强制类型转换调用接口方法

        myCat.makeSound();
        myCat.eat();
        ((Pet) myCat).play(); // 强制类型转换调用接口方法
    }
}

代码解释

  • Animal是一个抽象类，包含动物的基本属性（如名称和年龄）和抽象方法（makeSound和eat）。
  • Pet接口定义了一个play方法，用于描述宠物的行为。
  • Dog和Cat类实现了Animal类，并实现了Pet接口，提供具体的行为实现。
  • 在AnimalManagement类中，通过多态的方式创建了不同的动物对象，并调用了它们的行为，展示了接口和抽象类的使用。

案例 2：图形绘制系统

题目

设计一个图形绘制系统，支持多种形状（如圆形和矩形）的绘制，要求使用多态和接口来处理不同形状的绘制行为。

解题思路

  1. 抽象类：定义一个抽象类Shape，包含绘制方法。
  2. 具体形状类：为每种形状（如Circle和Rectangle）创建具体类，继承自Shape。
  3. 多态：使用Shape类型的数组存储不同形状对象，通过循环遍历调用各自的绘制方法。

代码

// 抽象类
abstract class Shape {
    abstract void draw(); // 抽象方法，绘制形状
}

// Circle类
class Circle extends Shape {
    @Override
    void draw() {
        System.out.println("绘制圆形");
    }
}

// Rectangle类
class Rectangle extends Shape {
    @Override
    void draw() {
        System.out.println("绘制矩形");
    }
}

// 主类
public class DrawingApp {
    public static void main(String[] args) {
        Shape[] shapes = { new Circle(), new Rectangle() }; // 创建形状数组

        for (Shape shape : shapes) {
            shape.draw(); // 动态绑定，调用各自的draw方法
        }
    }
}

代码解释

  • Shape是一个抽象类，定义了一个抽象方法draw，用于绘制形状。
  • Circle和Rectangle类分别实现了draw方法，提供具体的绘制行为。
  • 在DrawingApp类中，创建了一个Shape数组存储不同形状对象，并使用增强的for循环遍历调用draw方法，展示多态的特性。

案例 3：车辆管理系统

题目

设计一个车辆管理系统，支持不同类型的车辆（如汽车和电动车），并展示其启动和充电行为。

解题思路

  1. 抽象类：定义一个抽象类Vehicle，包含车辆的基本属性和行为。
  2. 接口：定义一个接口Electric，描述电动车的充电行为。
  3. 具体实现类：创建不同车辆类（如Car和ElectricBike）继承自Vehicle，并实现Electric接口。

代码

// 抽象类
abstract class Vehicle {
    String model; // 车辆型号

    Vehicle(String model) {
        this.model = model; // 初始化型号
    }

    abstract void start(); // 抽象方法，启动车辆
}

// 接口
interface Electric {
    void charge(); // 接口方法，充电
}

// Car类
class Car extends Vehicle {
    Car(String model) {
        super(model); // 调用父类构造函数
    }

    @Override
    void start() {
        System.out.println(model + " 汽车启动");
    }
}

// ElectricBike类
class ElectricBike extends Vehicle implements Electric {
    ElectricBike(String model) {
        super(model); // 调用父类构造函数
    }

    @Override
    void start() {
        System.out.println(model + " 电动自行车启动");
    }

    @Override
    public void charge() {
        System.out.println(model + " 正在充电");
    }
}

// 主类
public class VehicleManagement {
    public static void main(String[] args) {
        Vehicle myCar = new Car("奔驰"); // 创建汽车对象
        Vehicle myBike = new ElectricBike("小米电动车"); // 创建电动车对象

        myCar.start(); // 启动汽车
        myBike.start(); // 启动电动车
        ((Electric) myBike).charge(); // 调用充电方法
    }
}

代码解释

  • Vehicle是一个抽象类，定义了model属性和start抽象方法。
  • Electric接口定义了charge方法，描述电动车的充电行为。
  • Car和ElectricBike类分别实现了start方法，ElectricBike实现了Electric接口。
  • 在VehicleManagement类中，通过多态创建了不同类型的车辆对象，并调用相应的行为。

案例 4：在线支付系统

题目

设计一个在线支付系统，支持不同的支付方式（如信用卡和PayPal），通过接口定义支付行为。

解题思路

  1. 接口：定义一个接口Payment，描述支付行为。
  2. 具体实现类：创建不同的支付方式（如CreditCard和PayPal）实现Payment接口。
  3. 多态：使用Payment类型的变量指向不同的支付实现。

代码

// 接口
interface Payment {
    void pay(double amount); // 接口方法，支付
}

// CreditCard类
class CreditCard implements Payment {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.println("使用信用卡支付: " + amount + "元");
    }
}

// PayPal类
class PayPal implements Payment {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.println("使用PayPal支付: " + amount + "元");
    }
}

// 主类
public class PaymentSystem {
    public static void main(String[] args) {
        Payment myPayment; // 定义Payment

类型的变量

        myPayment = new CreditCard(); // 赋值为信用卡支付
        myPayment.pay(100.0); // 使用信用卡支付

        myPayment = new PayPal(); // 赋值为PayPal支付
        myPayment.pay(150.0); // 使用PayPal支付
    }
}

代码解释

  • Payment接口定义了一个pay方法，用于实现支付行为。
  • CreditCard和PayPal类实现了Payment接口，提供了各自的支付实现。
  • 在PaymentSystem类中，通过多态的方式创建支付对象，并调用pay方法，展示了不同支付方式的灵活性。

案例 5：学生管理系统

题目

设计一个学生管理系统，支持本科生和研究生的管理，展示学习和毕业行为。

解题思路

  1. 抽象类：定义一个抽象类Student，描述学生的基本信息和行为。
  2. 接口：定义一个接口Graduatable，描述毕业生的行为。
  3. 具体实现类：创建本科生类Undergraduate和研究生类Graduate，继承自Student，实现Graduatable接口。

代码

// 抽象类
abstract class Student {
    String name; // 学生姓名

    Student(String name) {
        this.name = name; // 初始化姓名
    }

    abstract void study(); // 抽象方法，学习
}

// 接口
interface Graduatable {
    void graduate(); // 接口方法，毕业
}

// Undergraduate类
class Undergraduate extends Student {
    Undergraduate(String name) {
        super(name); // 调用父类构造函数
    }

    @Override
    void study() {
        System.out.println(name + " 在学习本科课程");
    }
}

// Graduate类
class Graduate extends Student implements Graduatable {
    Graduate(String name) {
        super(name); // 调用父类构造函数
    }

    @Override
    void study() {
        System.out.println(name + " 在研究生阶段学习");
    }

    @Override
    public void graduate() {
        System.out.println(name + " 已经毕业");
    }
}

// 主类
public class StudentManagement {
    public static void main(String[] args) {
        Student undergrad = new Undergraduate("Alice"); // 创建本科生对象
        Student grad = new Graduate("Bob"); // 创建研究生对象

        undergrad.study(); // 调用学习方法
        grad.study(); // 调用学习方法
        ((Graduatable) grad).graduate(); // 调用毕业方法
    }
}

代码解释

  • Student是一个抽象类，定义了name属性和study抽象方法。
  • Graduatable接口定义了graduate方法，描述毕业生的行为。
  • Undergraduate和Graduate类实现了相应的方法。
  • 在StudentManagement类中，通过多态创建不同类型的学生对象，并调用学习和毕业的行为。

38- 字符串String

1. 什么是字符串（String）

字符串是用于存储文本的数据类型。在Java中，字符串是一个对象，表示字符的序列。Java的String类提供了多种方法来操作这些字符。

2. 字符串的特性

2.1 不可变性（Immutable）

  • 在Java中，字符串对象是不可变的。一旦创建，字符串的内容不能被改变。如果对字符串进行任何操作（例如连接、截取），都会返回一个新的字符串对象，而不是修改原有字符串。

2.2 字符串池

  • Java使用字符串池来提高内存的使用效率。当你创建字符串字面量时，JVM会首先检查字符串池中是否存在相同的字符串，如果存在，返回该字符串的引用，否则将该字符串放入池中。

3. 字符串的创建

3.1 字面量方式

String str1 = "Hello, World!";
  • 使用双引号创建字符串字面量，存储在字符串池中。

3.2 使用new关键字

String str2 = new String("Hello, World!");
  • 使用new关键字创建字符串对象，会在堆内存中创建一个新的字符串对象，即使字符串池中已经存在相同的字符串。

4. 常用字符串方法

4.1 获取字符串长度

int length = str1.length();
  • 返回字符串的字符数。

4.2 字符串连接

String str3 = str1 + " How are you?";
  • 使用+运算符连接字符串。

4.3 截取字符串

String subStr = str1.substring(0, 5); // "Hello"
  • substring(int beginIndex, int endIndex)方法返回指定范围内的子字符串。

4.4 查找字符或子字符串

int index = str1.indexOf("World"); // 7
  • indexOf(String str)方法返回指定子字符串的首次出现位置。

4.5 字符串替换

String replaced = str1.replace("World", "Java"); // "Hello, Java!"
  • replace(String oldChar, String newChar)方法返回一个新的字符串，替换所有出现的字符。

4.6 字符串转换

String upperCase = str1.toUpperCase(); // "HELLO, WORLD!"
  • toUpperCase()和toLowerCase()方法分别将字符串转换为大写和小写。

5. 字符串的比较

5.1 使用equals()

boolean isEqual = str1.equals(str2); // false
  • equals(Object obj)方法比较字符串内容是否相同。

5.2 使用==

boolean isSameReference = (str1 == str2); // false
  • 使用==比较两个字符串对象的引用是否相同。

5.3 忽略大小写比较

boolean isEqualIgnoreCase = str1.equalsIgnoreCase("hello, world!"); // true
  • equalsIgnoreCase(String anotherString)方法比较两个字符串内容是否相同，忽略大小写。

6. 字符串的遍历

可以使用循环遍历字符串的每个字符：

for (int i = 0; i < str1.length(); i++) {
    char c = str1.charAt(i); // 获取每个字符
    System.out.print(c + " "); // 输出每个字符
}

7. 字符串的常见问题

7.1 字符串的拼接效率

  • 在频繁拼接字符串时，建议使用StringBuilder或StringBuffer，因为它们是可变的，能够提高性能。

8. 代码示例

下面是一个综合示例，展示字符串的各种操作：

public class StringExample {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "Hello, World!";
        String str2 = new String("Hello, World!");

        // 获取长度
        System.out.println("Length: " + str1.length());

        // 字符串连接
        String str3 = str1 + " How are you?";
        System.out.println("Concatenated: " + str3);

        // 截取字符串
        String subStr = str1.substring(0, 5);
        System.out.println("Substring: " + subStr);

        // 查找
        int index = str1.indexOf("World");
        System.out.println("Index of 'World': " + index);

        // 替换
        String replaced = str1.replace("World", "Java");
        System.out.println("Replaced: " + replaced);

        // 转换大小写
        System.out.println("Uppercase: " + str1.toUpperCase());

        // 字符串比较
        System.out.println("Equals: " + str1.equals(str2));
        System.out.println("Reference Equals: " + (str1 == str2));
        System.out.println("Ignore Case Equals: " + str1.equalsIgnoreCase("hello, world!"));

        // 遍历字符串
        System.out.print("Characters: ");
        for (int i = 0; i < str1.length(); i++) {
            System.out.print(str1.charAt(i) + " ");
        }
    }
}

39- 字符串综合练习

练习 1：反转字符串

题目

编写一个方法，反转给定的字符串。

解题思路

  • 使用循环或StringBuilder来反转字符串。

代码

public class ReverseString {
    public static String reverse(String str) {
        StringBuilder reversed = new StringBuilder(str);
        return reversed.reverse().toString();
    }

    public static void main(String[] args) {
        String original = "Hello, World!";
        String reversed = reverse(original);
        System.out.println("Reversed: " + reversed);
    }
}

代码解释

  • 使用StringBuilder的reverse()方法反转字符串。

练习 2：检查回文字符串

题目

编写一个方法，检查给定字符串是否为回文。

解题思路

  • 将字符串反转并与原字符串比较。

代码

public class PalindromeCheck {
    public static boolean isPalindrome(String str) {
        String reversed = new StringBuilder(str).reverse().toString();
        return str.equals(reversed);
    }

    public static void main(String[] args) {
        String input = "madam";
        System.out.println("Is Palindrome: " + isPalindrome(input));
    }
}

代码解释

  • isPalindrome方法通过比较原字符串和反转字符串来判断是否为回文。

练习 3：统计字符出现次数

题目

编写一个方法，统计字符串中每个字符出现的次数。

解题思路

  • 使用HashMap存储字符及其出现次数。

代码

import java.util.HashMap;

public class CharacterCount {
    public static void countCharacters(String str) {
        HashMap<Character, Integer> charCount = new HashMap<>();
        for (char c : str.toCharArray()) {
            charCount.put(c, charCount.getOrDefault(c, 0) + 1);
        }
        System.out.println(charCount);
    }

    public static void main(String[] args) {
        countCharacters("hello");
    }
}

代码解释

  • 遍历字符串并更新HashMap中的字符计数。

练习 4：查找字符串中的第一个不重复字符

题目

编写一个方法，找出字符串中第一个不重复的字符。

解题思路

  • 使用HashMap统计字符出现次数，再查找第一个不重复字符。

代码

import java.util.HashMap;

public class FirstNonRepeatingCharacter {
    public static char firstNonRepeating(String str) {
        HashMap<Character, Integer> charCount = new HashMap<>();
        for (char c : str.toCharArray()) {
            charCount.put(c, charCount.getOrDefault(c, 0) + 1);
        }
        for (char c : str.toCharArray()) {
            if (charCount.get(c) == 1) {
                return c;
            }
        }
        return '\0'; // 代表没有不重复字符
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("First Non-Repeating: " + firstNonRepeating("swiss"));
    }
}

代码解释

  • 第一次循环统计字符次数，第二次循环查找第一个出现次数为1的字符。

练习 5：字符串中的单词反转

题目

编写一个方法，反转字符串中的单词顺序。

解题思路

  • 使用split方法分割单词，再使用循环拼接反转后的字符串。

代码

public class ReverseWords {
    public static String reverseWords(String str) {
        String[] words = str.split(" ");
        StringBuilder reversed = new StringBuilder();
        for (int i = words.length - 1; i >= 0; i--) {
            reversed.append(words[i]).append(" ");
        }
        return reversed.toString().trim(); // 去掉最后一个空格
    }

    public static void main(String[] args) {
        String input = "Hello World";
        System.out.println("Reversed Words: " + reverseWords(input));
    }
}

代码解释

  • 将字符串分割为单词，并从后向前拼接形成新字符串。

练习 6：字符串中最长的子串

题目

编写一个方法，找到字符串中不重复字符的最长子串。

解题思路

  • 使用滑动窗口算法跟踪当前不重复子串的字符。

代码

import java.util.HashSet;

public class LongestSubstring {
    public static int lengthOfLongestSubstring(String s) {
        HashSet<Character> charSet = new HashSet<>();
        int left = 0, maxLength = 0;

        for (int right = 0; right < s.length(); right++) {
            while (charSet.contains(s.charAt(right))) {
                charSet.remove(s.charAt(left++));
            }
            charSet.add(s.charAt(right));
            maxLength = Math.max(maxLength, right - left + 1);
        }
        return maxLength;
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Length of Longest Substring: " + lengthOfLongestSubstring("abcabcbb"));
    }
}

代码解释

  • 通过HashSet存储字符，更新左指针以保持不重复性。

练习 7：字符串的组合

题目

编写一个方法，找到字符串中所有可能的组合。

解题思路

  • 使用递归生成所有组合。

代码

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class StringCombinations {
    public static List<String> combine(String str) {
        List<String> result = new ArrayList<>();
        combineHelper("", str, result);
        return result;
    }

    private static void combineHelper(String prefix, String remaining, List<String> result) {
        if (!prefix.isEmpty()) {
            result.add(prefix);
        }
        for (int i = 0; i < remaining.length(); i++) {
            combineHelper(prefix + remaining.charAt(i), remaining.substring(i + 1), result);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Combinations: " + combine("abc"));
    }
}

代码解释

  • 使用递归方法生成所有组合，前缀不断扩展，剩余字符逐步减少。

练习 8：找出两个字符串的公共字符

题目

编写一个方法，找出两个字符串中的公共字符。

解题思路

  • 使用集合找出公共字符。

代码

import java.util.HashSet;

public class CommonCharacters {
    public static HashSet<Character> commonChars(String str1, String str2) {
        HashSet<Character> set1 = new HashSet<>();
        HashSet<Character> common = new HashSet<>();

        for (char c : str1.toCharArray()) {
            set1.add(c);
        }
        for (char c : str2.toCharArray()) {
            if (set1.contains(c)) {
                common.add(c);
            }
        }
        return common;
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Common Characters: " + commonChars("hello", "world"));
    }
}

代码解释

  • 第一个循环将字符存入集合，第二个循环检查是否存在于集合中。

练习 9：去除字符串中的重复字符

题目

编写一个方法，去除字符串中的重复字符。

解题思路

  • 使用LinkedHashSet保持字符顺序。

代码

import java.util.LinkedHashSet;

public class RemoveDuplicates {
    public static String removeDuplicates(String str) {
        LinkedHashSet<Character> charSet = new LinkedHashSet<>();
        for (char c : str.toCharArray()) {
            charSet.add(c);
        }
        StringBuilder result = new StringBuilder();
        for (char c : charSet) {
            result.append(c);
        }
        return result.toString();
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Without Duplicates: " + removeDuplicates("programming"));
    }
}

代码解释

  • LinkedHashSet用于保持字符的插入顺序并去除重复字符。

练习 10：计算字符串中的元音字母数量

题目

编写一个方法，计算给定字符串中的元音字母数量。

解题思路

  • 遍历字符串，检查每个字符是否为元音字母。

代码

public class VowelCount {
    public static int countVowels(String str) {
        int count = 0;
        for (char c : str.toLowerCase().toCharArray()) {
            if ("aeiou".indexOf(c) != -1) {
                count++;
            }
        }
        return count;
    }

    public static void main(String[]

 args) {
        System.out.println("Vowel Count: " + countVowels("Hello World"));
    }
}

代码解释

  • 使用indexOf检查字符是否在元音字母列表中，以计算数量。

40- ArrayList

1. 什么是ArrayList

ArrayList是Java集合框架中一个重要的类，它实现了List接口，允许存储动态大小的元素集合。ArrayList内部使用数组来存储元素，具有可变大小的特性。

2. ArrayList的特性

  • 动态大小：ArrayList的大小可以根据需要动态调整，而不需要手动定义固定大小。
  • 有序：元素的插入顺序被保持，用户可以根据索引来访问元素。
  • 允许重复：可以在同一个ArrayList中存储多个相同的元素。
  • 随机访问：支持通过索引快速访问元素，效率高。

3. 创建ArrayList

3.1 默认构造函数

ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
  • 创建一个空的ArrayList，初始容量为10。

3.2 指定初始容量

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(10);
  • 创建一个初始容量为10的ArrayList，如果添加超过10个元素，会自动扩容。

4. ArrayList的常用方法

方法描述
add(E e)在列表末尾添加元素。
add(int index, E element)在指定位置插入元素。
remove(int index)移除指定位置的元素。
remove(Object o)移除第一次出现的指定元素。
get(int index)获取指定位置的元素。
set(int index, E element)替换指定位置的元素。
size()返回ArrayList中的元素数量。
clear()移除所有元素。
contains(Object o)检查是否包含指定元素。
indexOf(Object o)返回第一次出现的指定元素的索引。
isEmpty()检查ArrayList是否为空。
toArray()将ArrayList转换为数组。

5. 常用方法详细示例

5.1 添加元素

ArrayList<String> fruits = new ArrayList<>();
fruits.add("Apple");
fruits.add("Banana");
fruits.add("Cherry");
System.out.println("Fruits: " + fruits);
  • 使用add()方法在列表末尾添加元素。

5.2 在指定位置插入元素

fruits.add(1, "Orange"); // 在索引1插入"Orange"
System.out.println("After Insertion: " + fruits);
  • 使用add(int index, E element)方法在指定索引插入元素。

5.3 移除元素

fruits.remove("Banana"); // 根据元素值移除
System.out.println("After Removing Banana: " + fruits);

fruits.remove(0); // 根据索引移除
System.out.println("After Removing First Element: " + fruits);
  • 使用remove()方法可以根据元素值或索引移除元素。

5.4 获取元素

String firstFruit = fruits.get(0);
System.out.println("First Fruit: " + firstFruit);
  • 使用get(int index)方法获取指定索引的元素。

5.5 替换元素

fruits.set(0, "Kiwi"); // 将索引0的元素替换为"Kiwi"
System.out.println("After Replacement: " + fruits);
  • 使用set(int index, E element)方法替换指定索引的元素。

5.6 查询大小

int size = fruits.size();
System.out.println("Number of Fruits: " + size);
  • 使用size()方法获取当前元素数量。

5.7 清空列表

fruits.clear();
System.out.println("After Clearing: " + fruits);
  • 使用clear()方法清除所有元素。

6. 遍历ArrayList

6.1 使用增强型for循环

for (String fruit : fruits) {
    System.out.println(fruit);
}
  • 使用增强型for循环遍历元素。

6.2 使用普通for循环

for (int i = 0; i < fruits.size(); i++) {
    System.out.println(fruits.get(i));
}
  • 使用普通for循环和get()方法按索引访问元素。

7. 性能特点

  • 访问速度：由于内部使用数组，随机访问速度快，时间复杂度为O(1)。
  • 插入和删除速度：在列表中间插入或删除元素时，其他元素需要移动，时间复杂度为O(n)。
  • 内存管理：ArrayList在容量不足时会自动扩容，通常是当前大小的1.5倍，可能导致内存浪费。

8. 实际应用场景

  • 适合频繁访问元素的场景，如数据检索。
  • 用于存储动态数据集合，如用户输入的数据列表。

9. 练习

练习 1：合并两个ArrayList

编写一个方法，合并两个ArrayList并返回新的ArrayList。

import java.util.ArrayList;

public class MergeArrayLists {
    public static ArrayList<String> merge(ArrayList<String> list1, ArrayList<String> list2) {
        ArrayList<String> mergedList = new ArrayList<>(list1);
        mergedList.addAll(list2);
        return mergedList;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list1 = new ArrayList<>();
        list1.add("Apple");
        list1.add("Banana");

        ArrayList<String> list2 = new ArrayList<>();
        list2.add("Cherry");
        list2.add("Date");

        ArrayList<String> result = merge(list1, list2);
        System.out.println("Merged List: " + result);
    }
}

练习 2：查找重复元素

编写一个方法，找出ArrayList中所有重复的元素。

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashSet;

public class FindDuplicates {
    public static ArrayList<String> findDuplicates(ArrayList<String> list) {
        HashSet<String> seen = new HashSet<>();
        HashSet<String> duplicates = new HashSet<>();
        
        for (String s : list) {
            if (!seen.add(s)) {
                duplicates.add(s);
            }
        }
        return new ArrayList<>(duplicates);
    }

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add("apple");
        list.add("orange");
        list.add("banana");

        System.out.println("Duplicates: " + findDuplicates(list));
    }
}

练习 3：排序ArrayList

编写一个方法，对ArrayList中的元素进行排序。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;

public class SortArrayList {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Banana");
        list.add("Apple");
        list.add("Cherry");

        Collections.sort(list);
        System.out.println("Sorted List: " + list);
    }
}

练习 4：过滤元素

编写一个方法，过滤出ArrayList中所有长度大于3的字符串。

import java.util.ArrayList;

public class FilterElements {
    public static ArrayList<String> filterShortStrings(ArrayList<String> list) {
        ArrayList<String> result = new ArrayList<>();
        for (String s : list) {
            if (s.length() > 3) {
                result.add(s);
            }
        }
        return result;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Hi");
        list.add("Hello");
        list.add("Java");
        list.add("World");

        System.out.println("Filtered List: " + filterShortStrings(list));
    }
}

练习 5：反转ArrayList

编写一个方法，反转ArrayList中的元素顺序。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;

public class ReverseArrayList {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("One");
        list.add("Two");
        list.add("Three");

        Collections.reverse(list);
        System.out.println("Reversed List: " + list);
    }
}

41- 正则表达式

1. 正则表达式简介

正则表达式（Regular Expression，简称Regex）是一种用来描述字符串匹配模式的工具，可以用于字符串搜索、验证、提取和替换等操作。

2. 正则表达式的基本构成

正则表达式由普通字符和特殊字符组成：

2.1 普通字符

  • 字母、数字和其他特殊字符直接匹配自身，例如：a、1、#。

2.2 特殊字符

符号描述示例
.匹配任意单个字符a.b匹配aab、a1b等
*匹配前一个字符0次或多次a*匹配""、"a"、"aaa"
+匹配前一个字符1次或多次a+匹配"a"、"aaa"
?匹配前一个字符0次或1次a?匹配""或"a"
^匹配行的开头^a匹配以a开头的字符串
$匹配行的结尾a$匹配以a结尾的字符串
[]匹配括号内的任意字符[abc]匹配"a"、"b"或"c"
``逻辑“或”
()分组，用于提取或应用量词(abc)+匹配"abc"、"abcabc"

3. Java中的正则表达式

在Java中，正则表达式的支持通过java.util.regex包提供。主要使用两个类：

  • Pattern：用于编译正则表达式并创建Matcher。
  • Matcher：用于对目标字符串进行匹配。

4. Pattern类

4.1 编译正则表达式

Pattern pattern = Pattern.compile("正则表达式");

4.2 创建Matcher对象

Matcher matcher = pattern.matcher("目标字符串");

5. Matcher类的方法

方法描述
find()查找下一个匹配，返回boolean值
matches()检查整个字符串是否匹配
replaceAll(String replacement)替换所有匹配的子串
group()返回当前匹配的子串
start()返回当前匹配的开始索引
end()返回当前匹配的结束索引
group(int group)返回指定组的匹配

6. 示例代码

以下是一个使用正则表达式的示例程序，包括邮箱和电话号码的匹配。

import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;

public class RegexExample {
    public static void main(String[] args) {
        String input = "Hello, my email is [email protected] and my phone number is 123-456-7890.";

        // 匹配邮箱地址
        String emailRegex = "[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\\.[a-zA-Z]{2,}";
        Pattern emailPattern = Pattern.compile(emailRegex);
        Matcher emailMatcher = emailPattern.matcher(input);

        while (emailMatcher.find()) {
            System.out.println("Found email: " + emailMatcher.group());
        }

        // 匹配电话号码
        String phoneRegex = "\\d{3}-\\d{3}-\\d{4}";
        Pattern phonePattern = Pattern.compile(phoneRegex);
        Matcher phoneMatcher = phonePattern.matcher(input);

        while (phoneMatcher.find()) {
            System.out.println("Found phone number: " + phoneMatcher.group());
        }
    }
}

7. 代码解析

  • 匹配邮箱：

    • 使用正则表达式[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\\.[a-zA-Z]{2,}匹配字符串中的邮箱地址。
    • +表示前面的字符类可以出现一次或多次。

  • 匹配电话号码：

    • 使用正则表达式\\d{3}-\\d{3}-\\d{4}匹配格式为123-456-7890的电话号码。
    • \\d表示数字，{3}表示数字出现三次。

8. 常见应用场景

  • 输入验证：用于验证用户输入，例如邮箱、电话号码、身份证号码等格式。
  • 文本处理：从文本中提取特定模式的信息，或进行字符串的替换。
  • 数据清洗：在数据处理过程中，清理不必要的字符或格式。

9. 常用正则表达式示例

9.1 邮箱验证

String emailPattern = "[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\\.[a-zA-Z]{2,}";

9.2 电话号码验证

String phonePattern = "\\d{3}-\\d{3}-\\d{4}"; // 格式：123-456-7890

9.3 日期验证（YYYY-MM-DD）

String datePattern = "\\d{4}-\\d{2}-\\d{2}"; // 格式：2023-10-01

9.4 IP地址验证

String ipPattern = "((25[0-5]|2[0-4][0-9]|[01]?[0-9][0-9]?)\\.){3}(25[0-5]|2[0-4][0-9]|[01]?[0-9][0-9]?)";

10. 练习

练习 1：匹配网址

编写一个程序，使用正则表达式匹配字符串中的所有网址。

String urlPattern = "(http|https)://[a-zA-Z0-9.-]+(\\.[a-zA-Z]{2,})+";

练习 2：验证密码

编写一个方法，验证密码是否符合以下规则：至少8个字符，至少一个字母和一个数字，不能有空格。

String passwordPattern = "^(?=.*[A-Za-z])(?=.*\\d)[A-Za-z\\d]{8,}$";

练习 3：提取日期

编写一个程序，从字符串中提取格式为YYYY-MM-DD的日期。

String dateRegex = "\\d{4}-\\d{2}-\\d{2}";

练习 4：查找重复单词

编写一个程序，查找字符串中出现的重复单词。

String duplicateWordPattern = "\\b(\\w+)\\b(?=.*\\b\\1\\b)";

练习 5：替换特定字符

编写一个程序，使用正则表达式将字符串中的所有数字替换为*。

String replaceDigitsPattern = "\\d";

42- 正则表达式案例

练习案例 1：匹配合法邮箱地址

题目

编写一个程序，检查给定字符串是否是合法的邮箱地址。

解题思路

使用正则表达式来匹配邮箱的基本格式：用户名@域名.顶级域名。考虑到邮箱的常见结构，正则表达式可以包含字母、数字、下划线、点等字符。

代码示例

import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;

public class EmailValidator {
    public static void main(String[] args) {
        String input = "[email protected]";
        String emailRegex = "^[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\\.[a-zA-Z]{2,}$";

        Pattern pattern = Pattern.compile(emailRegex);
        Matcher matcher = pattern.matcher(input);

        if (matcher.matches()) {
            System.out.println(input + " 是一个合法的邮箱地址。");
        } else {
            System.out.println(input + " 不是一个合法的邮箱地址。");
        }
    }
}

代码解释

  • ^表示字符串开头，$表示字符串结尾，确保整个字符串都符合正则表达式。
  • +表示前面的字符类可以出现一次或多次，确保邮箱地址的格式。

练习案例 2：提取手机号码

题目

从给定文本中提取所有的手机号码，手机号码格式为139-1234-5678。

解题思路

使用正则表达式来匹配特定格式的手机号码。需要匹配数字和破折号。

代码示例

import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;

public class PhoneNumberExtractor {
    public static void main(String[] args) {
        String input = "我的电话号码是139-1234-5678，另外一个是139-8765-4321。";
        String phoneRegex = "\\d{3}-\\d{4}-\\d{4}";

        Pattern pattern = Pattern.compile(phoneRegex);
        Matcher matcher = pattern.matcher(input);

        while (matcher.find()) {
            System.out.println("找到的手机号码: " + matcher.group());
        }
    }
}

代码解释

  • \\d{3}表示匹配三个数字，-表示破折号，\\d{4}表示匹配四个数字。
  • find()方法用于查找输入字符串中的所有匹配。

练习案例 3：验证密码强度

题目

编写一个方法，验证密码是否符合以下规则：至少8个字符，至少一个字母和一个数字，且不能有空格。

解题思路

使用正则表达式来检查密码是否符合规则。

代码示例

import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;

public class PasswordValidator {
    public static void main(String[] args) {
        String password = "Pass1234";
        String passwordRegex = "^(?=.*[A-Za-z])(?=.*\\d)[A-Za-z\\d]{8,}$";

        Pattern pattern = Pattern.compile(passwordRegex);
        Matcher matcher = pattern.matcher(password);

        if (matcher.matches()) {
            System.out.println("密码符合要求。");
        } else {
            System.out.println("密码不符合要求。");
        }
    }
}

代码解释

  • (?=.*[A-Za-z])确保至少有一个字母，(?=.*\\d)确保至少有一个数字。
  • {8,}表示长度至少为8个字符。

练习案例 4：提取日期

题目

从给定字符串中提取所有格式为YYYY-MM-DD的日期。

解题思路

使用正则表达式匹配日期格式。

代码示例

import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;

public class DateExtractor {
    public static void main(String[] args) {
        String input = "今天的日期是2024-11-01，明天是2024-11-02。";
        String dateRegex = "\\d{4}-\\d{2}-\\d{2}";

        Pattern pattern = Pattern.compile(dateRegex);
        Matcher matcher = pattern.matcher(input);

        while (matcher.find()) {
            System.out.println("找到的日期: " + matcher.group());
        }
    }
}

代码解释

  • \\d{4}表示匹配四个数字，\\d{2}表示匹配两个数字。
  • 使用find()方法提取所有匹配的日期。

练习案例 5：查找重复单词

题目

编写一个程序，查找字符串中出现的重复单词。

解题思路

使用正则表达式来匹配并查找重复的单词。

代码示例

import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;

public class DuplicateWordFinder {
    public static void main(String[] args) {
        String input = "This is a test test string with duplicate duplicate words.";
        String duplicateWordRegex = "\\b(\\w+)\\b(?=.*\\b\\1\\b)";

        Pattern pattern = Pattern.compile(duplicateWordRegex, Pattern.CASE_INSENSITIVE);
        Matcher matcher = pattern.matcher(input);

        while (matcher.find()) {
            System.out.println("找到的重复单词: " + matcher.group());
        }
    }
}

代码解释

  • \\b表示单词边界，(\\w+)表示匹配一个或多个字母或数字，(?=.*\\b\\1\\b)是一个后顾式匹配，用于查找后续出现的同一个单词。
  • 通过find()方法找到所有重复的单词。

43- 综合案例-学生管理系统

1. 功能需求

  • 添加学生
  • 查看所有学生
  • 删除学生
  • 更新学生信息
  • 搜索学生
  • 保存和加载学生数据（文件持久化）
  • 按姓名排序
  • 按年龄筛选学生

2. 类结构

  • Student类：表示学生对象
  • StudentManager类：管理学生的添加、删除、更新等操作
  • FileManager类：处理文件的读取和写入
  • StudentManagementSystem类：主程序，负责用户交互

3. 代码实现

3.1 Student类

public class Student {
    private String name;
    private String studentId;
    private int age;
    private String email;

    // 构造方法
    public Student(String name, String studentId, int age, String email) {
        this.name = name;
        this.studentId = studentId;
        this.age = age;
        this.email = email;
    }

    // Getter 和 Setter
    public String getName() {
        return name;
    }

    public String getStudentId() {
        return studentId;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public String getEmail() {
        return email;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public void setEmail(String email) {
        this.email = email;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "姓名: " + name + ", 学号: " + studentId + ", 年龄: " + age + ", 邮箱: " + email;
    }
}

3.2 FileManager类

import java.io.*;
import java.util.ArrayList;

public class FileManager {
    private static final String FILE_PATH = "students.txt";

    // 保存学生到文件
    public void saveStudents(ArrayList<Student> students) {
        try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(FILE_PATH))) {
            for (Student student : students) {
                writer.write(student.getName() + "," + student.getStudentId() + "," + student.getAge() + "," + student.getEmail());
                writer.newLine();
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("保存学生信息时出错: " + e.getMessage());
        }
    }

    // 从文件加载学生
    public ArrayList<Student> loadStudents() {
        ArrayList<Student> students = new ArrayList<>();
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(FILE_PATH))) {
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                String[] parts = line.split(",");
                if (parts.length == 4) {
                    String name = parts[0];
                    String studentId = parts[1];
                    int age = Integer.parseInt(parts[2]);
                    String email = parts[3];
                    students.add(new Student(name, studentId, age, email));
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("加载学生信息时出错: " + e.getMessage());
        }
        return students;
    }
}

3.3 StudentManager类

import java.util.ArrayList;
import java.util.Comparator;

public class StudentManager {
    private ArrayList<Student> students;
    private FileManager fileManager;

    public StudentManager() {
        fileManager = new FileManager();
        students = fileManager.loadStudents(); // 加载学生信息
    }

    // 添加学生
    public void addStudent(String name, String studentId, int age, String email) {
        Student newStudent = new Student(name, studentId, age, email);
        students.add(newStudent);
        fileManager.saveStudents(students); // 保存到文件
    }

    // 查看所有学生
    public ArrayList<Student> viewStudents() {
        return students;
    }

    // 删除学生
    public boolean deleteStudent(String studentId) {
        for (Student student : students) {
            if (student.getStudentId().equals(studentId)) {
                students.remove(student);
                fileManager.saveStudents(students); // 保存到文件
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    // 更新学生信息
    public boolean updateStudent(String studentId, String newName, Integer newAge, String newEmail) {
        for (Student student : students) {
            if (student.getStudentId().equals(studentId)) {
                if (newName != null) student.setName(newName);
                if (newAge != null) student.setAge(newAge);
                if (newEmail != null) student.setEmail(newEmail);
                fileManager.saveStudents(students); // 保存到文件
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    // 按姓名排序学生
    public void sortStudentsByName() {
        students.sort(Comparator.comparing(Student::getName));
    }

    // 根据年龄筛选学生
    public ArrayList<Student> filterStudentsByAge(int minAge, int maxAge) {
        ArrayList<Student> filtered = new ArrayList<>();
        for (Student student : students) {
            if (student.getAge() >= minAge && student.getAge() <= maxAge) {
                filtered.add(student);
            }
        }
        return filtered;
    }
}

3.4 StudentManagementSystem类

import java.util.Scanner;

public class StudentManagementSystem {
    private StudentManager studentManager;
    private Scanner scanner;

    public StudentManagementSystem() {
        studentManager = new StudentManager();
        scanner = new Scanner(System.in);
    }

    public void mainMenu() {
        while (true) {
            System.out.println("\n学生管理系统");
            System.out.println("1. 添加学生");
            System.out.println("2. 查看所有学生");
            System.out.println("3. 删除学生");
            System.out.println("4. 更新学生信息");
            System.out.println("5. 按姓名排序学生");
            System.out.println("6. 根据年龄筛选学生");
            System.out.println("7. 退出");
            System.out.print("请选择操作: ");

            int choice = Integer.parseInt(scanner.nextLine());
            switch (choice) {
                case 1:
                    addStudent();
                    break;
                case 2:
                    viewStudents();
                    break;
                case 3:
                    deleteStudent();
                    break;
                case 4:
                    updateStudent();
                    break;
                case 5:
                    studentManager.sortStudentsByName();
                    System.out.println("学生信息已按姓名排序。");
                    break;
                case 6:
                    filterStudentsByAge();
                    break;
                case 7:
                    System.out.println("退出系统。");
                    scanner.close();
                    return;
                default:
                    System.out.println("无效的选择，请重试。");
            }
        }
    }

    private void addStudent() {
        System.out.print("请输入姓名: ");
        String name = scanner.nextLine();
        System.out.print("请输入学号: ");
        String studentId = scanner.nextLine();
        System.out.print("请输入年龄: ");
        int age = Integer.parseInt(scanner.nextLine());
        System.out.print("请输入邮箱: ");
        String email = scanner.nextLine();
        studentManager.addStudent(name, studentId, age, email);
        System.out.println("学生信息已添加。");
    }

    private void viewStudents() {
        for (Student student : studentManager.viewStudents()) {
            System.out.println(student);
        }
    }

    private void deleteStudent() {
        System.out.print("请输入要删除的学号: ");
        String studentId = scanner.nextLine();
        if (studentManager.deleteStudent(studentId)) {
            System.out.println("学生信息已删除。");
        } else {
            System.out.println("未找到该学号的学生。");
        }
    }

    private void updateStudent() {
        System.out.print("请输入要更新的学号: ");
        String studentId = scanner.nextLine();
        System.out.print("请输入新姓名 (按Enter不修改): ");
        String newName = scanner.nextLine();
        System.out.print("请输入新年龄 (按Enter不修改): ");
        String ageInput = scanner.nextLine();
        Integer newAge = ageInput.isEmpty() ? null : Integer.parseInt(ageInput);
        System.out.print("请输入新邮箱 (按Enter不修改): ");
        String newEmail = scanner.nextLine();
        if (studentManager.updateStudent(studentId, newName.isEmpty() ? null : newName, newAge, newEmail.isEmpty() ? null : newEmail)) {
            System.out.println("学生信息已更新。");
        } else {
            System.out.println("未找到该学号的学生。");
        }
    }

    private void filterStudentsByAge() {
        System.out.print("请输入最小年龄: ");
        int minAge = Integer.parseInt(scanner.nextLine());
        System.out.print("请输入最大年龄: ");
        int maxAge = Integer.parseInt(scanner.nextLine());
        for (Student student : studentManager.filterStudentsByAge(minAge, maxAge)) {
            System.out.println(student);
        }
    }

    public static void main(String

[] args) {
        StudentManagementSystem system = new StudentManagementSystem();
        system.mainMenu();
    }
}

4. 代码详解

  • Student类：用于封装学生的基本信息，包括姓名、学号、年龄和邮箱，并提供相应的getter和setter方法。
  • FileManager类：负责文件的读取和写入操作，支持保存和加载学生信息。
  • StudentManager类：管理学生的增、删、改、查操作，并提供按姓名排序和根据年龄筛选功能。
  • StudentManagementSystem类：提供一个交互式的菜单，允许用户通过命令行进行学生信息的管理。

5. 扩展与优化

可以进一步添加如下功能：

  • 界面优化：通过图形用户界面（GUI）改善用户体验。
  • 错误处理：增加输入验证和错误处理，确保程序的健壮性。
  • 数据库支持：使用数据库（如SQLite）替代文件系统进行数据存储，便于数据管理和查询。

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