Java筆記：從入門到精通

一、Java的基礎語法

Java是一種高級編程語言，與其他語言相比，它具有安全、可移植和簡單易學的特點。在學習Java語言時，首先要了解Java的基本結構，包括注釋、變數、數據類型、運算符、控制語句、方法和數組等。

1.1 注釋

注釋是代碼中用於解釋程序意義的文本，Java的注釋分為單行注釋和多行注釋。單行注釋以「//」開頭，多行注釋以「/*」開頭，「*/」結尾。

//這是一條單行注釋

/*
這是一條多行注釋
可以寫多行內容
*/

1.2 變數

變數是在程序中用於存儲數據的容器，Java的變數分為基本類型和引用類型。基本類型包括整型、浮點型、字元型和布爾型，引用類型包括類、介面、數組等。

//整型變數
int a = 10;

//浮點型變數
double b = 3.14;

//字元型變數
char c = 'A';

//布爾型變數
boolean d = true;

//引用類型變數
String e = "Hello World";

1.3 數據類型

Java的變數分為基本類型和引用類型，不同類型的變數佔據不同的存儲空間，同時支持不同的運算操作。

//整型數據類型
int a = 10;
long b = 100000000000L;

//浮點型數據類型
float c = 3.14F;
double d = 3.1415926;

//字元型數據類型
char e = 'A';

//布爾型數據類型
boolean f = true;

1.4 運算符

Java語言支持基本的算術運算符、賦值運算符、位運算符、邏輯運算符、條件運算符等，其中常用的有「+」、「-」、「*」、「/」、「%」、「&」、「|」、「^」、「&&」、「||」、「！」等。

int a = 10;
int b = 20;
int c = a + b; //30

int d = 6;
int e = d++; //e=6, d=7

int f = 10;
int g = 20;
int h = f > g ? f : g; //20

1.5 控制語句

Java中的控制語句包括條件語句、循環語句和跳轉語句，它們可以控制程序的執行流程，實現特定的功能。

//if語句
int a = 10;
if(a > 5){
    System.out.println("a大於5");
}

//for循環
for(int i=0;i<10;i++){
    System.out.println(i);
}

//break語句
for(int i=0;i<10;i++){
    if(i==5){
        break;
    }
    System.out.println(i);
}

1.6 方法和數組

Java中的方法和數組是常用的編程工具，它們分別用於封裝代碼和存儲數據。方法可以重載、嵌套和遞歸，數組可以一維或多維，支持數組排序、查找、拷貝等操作。

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

//數組
int[] arr = {1,2,3};
int[][] arr2 = {{1,2},{3,4}};

二、Java的面向對象編程

面向對象編程是Java的重要特點，它將程序分成許多對象，並通過對象之間的調用和互動實現程序的功能。在Java中，面向對象編程包括類、對象、繼承、多態、介面和抽象類等。

2.1 類和對象

類是Java中用於描述對象的模板，一個Java程序可以包含多個類，每個類都可以創建多個對象。在類中定義屬性和方法，可以通過對象來調用。

//定義類
public class Person{
    private String name;
    private int age;

    //構造函數
    public Person(String name, int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    //普通方法
    public void sayHello(){
        System.out.println("Hello!");
    }
}

//創建對象
Person p = new Person("張三", 20);
p.sayHello();

2.2 繼承和多態

繼承是Java中的一種重要機制，它允許子類繼承父類的屬性和方法，並可以添加自己的屬性和方法。多態是Java中另一種重要機制，它允許同一類型的對象執行不同的行為。

//定義父類
public class Animal{
    public void eat(){
        System.out.println("動物吃東西");
    }
}

//定義子類
public class Dog extends Animal{
    public void eat(){
        System.out.println("狗吃骨頭");
    }
}

//實現多態
Animal a = new Dog();
a.eat();

2.3 介面和抽象類

介面是一種規範或契約，它定義了一組方法和常量，實現這個介面的類必須實現這些方法和常量。抽象類是一種特殊的類，它一般不可實例化，而是用作其他類的基類。

//定義介面
public interface Flyable{
    void fly();
}

//實現介面
public class Bird implements Flyable{
    public void fly(){
        System.out.println("鳥兒在飛翔");
    }
}

//定義抽象類
public abstract class Animal{
    public abstract void eat();
}

//實現抽象類
public class Dog extends Animal{
    public void eat(){
        System.out.println("狗在吃東西");
    }
}

三、Java的高級特性

Java還有許多高級特性，例如異常處理、IO操作、反射、泛型、Lambda表達式和並發編程等。這些特性可以提高程序的健壯性和性能。

3.1 異常處理

異常是在程序運行時發生的錯誤，Java中提供了強大的異常處理機制，它可以捕獲和處理異常，防止程序崩潰。

try{
    int result = 10 / 0;
}catch(Exception e){
    System.out.println("發生異常：" + e.getMessage());
}finally{
    System.out.println("執行finally塊");
}

3.2 IO操作

Java的IO操作包括文件操作、網路操作、管道操作等，可以實現數據的輸入和輸出。

//文件輸入
FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt");
int b;
while((b=fis.read())!=-1){
    System.out.print((char)b);
}
fis.close();

//文件輸出
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("file.txt");
String str = "Hello World!";
fos.write(str.getBytes());
fos.close();

3.3 反射

反射是Java中的一種機制，它可以讓程序在運行時動態地創建對象、調用方法和訪問屬性，面向對象的封裝性得到了很好的保護。

Class clazz = Class.forName("com.example.Person");
Constructor cons = clazz.getConstructor(String.class, int.class);
Object obj = cons.newInstance("張三", 20);
Method method = clazz.getDeclaredMethod("sayHello");
method.invoke(obj);

3.4 泛型

泛型是Java中的一種模板機制，它可以讓程序在編譯時檢查類型安全，避免了類型轉換的麻煩。

//定義泛型類
public class Box{
    private T t;
    public void set(T t){
        this.t = t;
    }
    public T get(){
        return t;
    }
}

//使用泛型類
Box box = new Box();
box.set("Hello");
String str = box.get();

3.5 Lambda表達式

Lambda表達式是Java SE8引入的一種新特性，它可以讓程序員使用更少的代碼實現通用的功能，例如集合的遍歷和過濾。

//遍歷集合
List list = new ArrayList();
list.add("Java");
list.add("Python");
list.add("C++");
list.forEach((s) -> System.out.println(s));

//過濾集合
List list = new ArrayList();
list.add("Java");
list.add("Python");
list.add("C++");
list = list.stream().filter(s -> s.startsWith("J")).collect(Collectors.toList());

3.6 並發編程

並發編程是Java中的一個重要特性，它可以讓程序運行在多個線程中，提高程序的運行效率。Java提供了多線程的支持，通過一些關鍵字和類實現多線程的創建和管理。

//實現Runnable介面
public class MyThread implements Runnable{
    public void run(){
        System.out.println("線程運行中");
    }
}

//創建線程
Thread t = new Thread(new MyThread());
t.start();