Java程式設計的邏輯（一）
目錄
Java程式設計的邏輯（一）
第一部分 程式設計基礎與二進制
第一章 程式設計基礎
1.1 資料變量
1.2 指派
1.2.1 基本資料類型
1.2.2 數組類型
1.3 基本運算
1.3.1 算數運算
第一部分 程式設計基礎與二進制
第一章 程式設計基礎
計算機是個機器，這個機器主要由CPU、記憶體、硬碟和輸入/輸出裝置組成。計算機上跑着作業系統，如windows或Linux或Mac,作業系統上運作着各類應用程式，如QQ、網易雲音樂、Office辦公軟體等等。
作業系統将時間分成很多細小的時間片，一個時間片給一個程式使用，另一個時間片給另一個程式使用，并頻繁地在程式間進行着切換。不過，在應用程式看來，整個機器資源好像都歸它使用，作業系統給它制造了這種假象。對程式員來說，編寫程式時并不需要考慮其他應用程式的影響，做自己的事情就好了。
應用程式看上去能做很多事情，能讀寫文檔、能播放音樂、能聊天、能玩遊戲、能下圍棋等，但本質上，計算機隻會執行預先寫好的代碼，這些指令也隻會操作資料或者裝置。所謂程式，基本上就是告訴計算機要操作的資料和執行的指令，即對什麼資料進行什麼操作。比如：
1）、讀文檔，就是将資料從磁盤加載到記憶體，然後輸出到顯示器；
2）、寫文檔，就是将資料從記憶體寫回磁盤；
3）、播放音樂，就是将音樂的資料加載到記憶體，然後寫到聲霸卡上；
4）、聊天，就是從鍵盤擷取到使用者輸入的聊天資料，放到記憶體，然後傳給然後傳給網卡，通過網絡傳給另一個人的網卡，再從網卡傳到記憶體，顯示在顯示器上。
基本上，所有資料都需要放到記憶體裡進行處理，程式的很大一部分工作就是操作記憶體中的資料。那麼如何表示和操作資料呢？本章注重講解一些基礎知識。資料在記憶體中基本是以二進制表示的，不友善操作，為了友善操作資料，進階語言中引入了資料類型和變量的概念
1.1 資料變量
資料類型用于對資料分類，以便于了解和操作。對Java語言而言，有如下基本資料類型。
- 整數類型：有四種整形 byte / short / int / long,，分别有不同的取值範圍；
- 小數類型：有兩種類型 float / double，有不同的取值範圍和精度；
- 字元類型：char 表示單個字元；
- 布爾類型：boolean，表示真假。
基本資料類型都有對應的資料類型，數組表示固定長度的同種資料類型的多條記錄，這些資料在記憶體中連續存放。
為了操作資料，需要把資料放置到記憶體中。所謂記憶體在程式看來就是一塊有位址編号的連續的空間，資料存放到某個位置後，為了友善地找到和操作這個資料，需要給這個位置起一個名字。程式設計語言通過變量這個概念表示這個過程。
聲明一個變量，比如 int a，其實就是在記憶體中配置設定了一塊空間，這塊空間存放int資料類型，a 指向這塊記憶體空間所在的位置，通過對 a 操作即可操作 a 指向的記憶體空間，比如 a=5 這個操作即可将 a 指向的記憶體空間的值改為 5。
之是以叫 “變” 量，是因為它表示的是記憶體中的位置，這個位置存放的值是可以變化的。
雖然變量的值是可以變化的，但是變量的名字是不變的，這個名字應該代表程式員心目中這塊記憶體空間的意義，這個意義應該是不變的。比如，變量 int second 表示時鐘秒數，在不同時間可以被賦予不同的值，但它表示的始終是始終秒數。之是以說應該，是因為這不是必須的，如果一定要為一個名為 age 的變量賦予身高的值，計算機也拿你沒有辦法。
重要的話再說一遍！變量就是給資料起名字，友善找不同的資料，它的值可以變，但含義不應變。
1.2 指派
聲明變量之後，就在記憶體配置設定了一塊位置，但這個位置的内容是未知的，指派就是把這塊位置的内容設為一個 确定的值。Java中基本資料類型、數組、對象的指派有明顯不同，本節介紹基本類型和數組的指派，對象的指派在第三章再進行介紹。
1.2.1 基本資料類型
（1）整數類型
整數類型有byte、short、int 和 long，分别占1、2、4、8，取值範圍如下表所示。
| 類型名 | 取值範圍 | 類型名 | 取值範圍 |
| byte | -2^7 ~ 2^(7-1) | int | -2^31 ~ 2^31-1 |
| short | -2^15 ~ 2^15-1 | long | -2^63 ~ 2^63-1 |
我們用^表示指數，2^7表示2的7次方。這個範圍我們不需要記得那麼清楚，有個大概的範圍認知就好了。
指派形式很簡單，直接把熟悉的數字常量形式指派給變量即可，對應的記憶體空間的值就從未知變成了确定的常量。但常量不能超過對應類型的表示變量。
byte b = 23;
short s = 3333;
int i = 9999;
long l = 32323;
但是，在給long類型變量指派時，如果常量超過了int的表示範圍，需要在常量後面添加大寫或者小寫字母L，即L或者l，例如：
long a = 3232343433L;
之是以需要添加L或者l,是因為數字常量預設為int類型。
（2）小數類型
小數類型有 float 和 double，占用的記憶體空間分别是4和8位元組，有不同的取值範圍和精度，double表示的範圍更大，精度更高，具體如下表所示：
| 類型名 | 取值範圍 | 類型名 | 取值範圍 |
| float | 1.4E-45 ~ 3.4E+38 -3.4E+38 ~ -1.4E-45 | double | 4.9E-324 ~ 1.7E+308 -1.7E+308 ~ -4.9E-324 |
取值範圍看上去很奇怪，一般也不需要記住，有個大概的印象就好了。E表示以10為底的指數，E後面的+号和-号代表正指數和負指數，例如：1.4E-45表示1.4乘以10的-45次方。
對于double，直接把熟悉的小數表示指派給變量即可，例如
double d = 333.33;
但對于float，需要在數字後面加大寫字母F或者小寫字母f，例如：
float f = 333.33f;
這是由于小數常量預設是double類型。
除了小數，也可以把整數直接指派給float或double，例如：
float f = 33;
double d = 3333333333333L;
（3）布爾類型
布爾類型（boolean）真的很簡單，直接使用 true 或 false 指派，分别表示真和假。例如：
boolean a = true;
a = false;
（4）字元類型
字元類型 char 用于表示一個字元，這個字元可以是中文字元，也可以是英文字元，char 占用的記憶體空間是兩個位元組。指派時把常量字元用單引号括起來，不用雙引号。例如：
char a = 'a';
char b = '碼';
大部分的常用字元用一個char 就可以表示，但有的特殊字元用一個 char 表示不了。
同時變量也可以給變量指派，例
int a = 10;
int b = a;
1.2.2 數組類型
基本的數組有三種指派形式，如下所示：
1. int[] arr = {1,2,3};
2. int[] arr = new int[]{1,2,3};
3. int[] arr = new int[3];
arr[0] = 1;
arr[1] = 2;
arr[2] = 3;
第一種，第二種都是預先知道數組的内容，第三種是先配置設定長度，然後再給每個元素進行指派。第三種形式中，即使沒有給每個元素指派，每一個元素也有一個預設值，這個預設值跟數組類型有關，數值類型的預設值為0，boolean類型的預設值為false，char類型的預設值為空字元。
數組長度可以動态确定，如下所示：
int[] arr = ...;
int arr = new int[length];
數組長度雖然可以動态确定，但是一旦确認就不能改變。數組有一個 length 屬性，但隻能讀，不能改。還有一個小細節，不能在給定的初始值的同時給定長度，以下格式是不允許的：
int[] arr = new int[3]{1,2,3};
1.3 基本運算
有了初始值之後，可以對資料進行運算。運算不同的類型，不同的類型支援的運算也不一樣，本節中主要介紹java中基本類型資料的主要運算。
- 算數運算：主要是日常的加減乘除。
- 比較運算：主要是日常的大小比較。
- 邏輯運算：針對布爾值進行運算。
1.3.1 算術運算
算術運算符有加（+）、減（-）、乘（*）、除（/），另外還有取模運算符 %，以及自增（++）和自減（--）運算符。取模運算适用于整數和字元類型，其他算術運算适用于所有資料類型和字元類型。大部分算術運算都符合我們數學常識。
減号（-）通常用于兩個數相減，但也可以放在一個數前面，例如 - a，這表示改變 a 的符号，原來的正數會變為負數，原來的負數會變為正數，這也是符合我們常識的。
取模（%）就是數學中的求餘數。例如 5%3 = 2 10%5 = 0
自增（++）和自減（--），是一種快捷方式，是對自己進行加一和減一操作
加、減、乘、除 大部分情況和數學運算是一樣的。都很容易了解，但是有一些需要注意的地方，而自增、自減稍微複雜一些，下面我們做一點解釋。
1、加、減、乘、除 注意事項
運算時要注意結果的範圍，使用恰當的資料類型。兩個正數都可以用 int 類型，但相乘的結果可能會超出，超出後結果會令人困惑，例如
int a = 2147483647 * 2; // int 的最大值是 2147483647
a 的結果是 -2，為什麼是 -2 我們暫不解釋，要避免這種情況，我們的結果類要使用 long, 但隻改為 long，也是不夠的，因為運算還是預設按照 int 類型進行，需要至少将一個資料表示為 long 類型，即在後面L或l，下面這樣才會出現期望的結果：
long a = 2147483647 * 2L;
另外，需要注意的是，整數相除不是四舍五入，而直接舍去小數位，例如：
double d = 10 / 4;
結果是 2 而不是 2.5，如果要小數進行運算，需要将至少一個數表示為小數形式，或者使用強制類型轉化，即在數字前面加（double），表示将數字看做 double 類型，如下所示的任意一種資料形式都可以；
2、小數計算結果不精确
無論是使用 float 還是 double，進行運算時都會出現一些非常令人困惑的現象，比如：
float f = 0.1f*0.1f;
System.out.println(f);
這個結果看上去應該是0.01，但實際上卻會輸出0.010000001，後面多了個1。換用 double 看看：
double d = 0.1*0.1;
System.out.println(d);
螢幕輸出0.010000000000000002，一連串的0之後多了一個2，結果也不準确。
看似這麼簡單的運算，怎麼計算機的結果并不精确呢？但事實就是這樣，這就需要我們了解 float 和 double 的二進制，這塊我們下節内容分析。
3、自增（++）/ 自減（--）
自增 / 自減是對自己做加一或減一的操作，但每個都有兩種形式，一個是放在變量後，一個是放在變量前。
當沒有其他運算的情況下。這兩種模式沒有差別，但是一旦有其他運算加入的情況下，變量後是先用原來的值進行其他操作，再進行自增，或者自減；變量前這種模式，就是先進行自增或者自減運算，然後将結果值和其他值進行計算。
自增 / 自減運算是一種 “快捷” 操作，是讓程式員少些代碼的，但遺憾的是，由于比較奇怪的文法和詭異的行為，給初學者帶來了一些困惑。
1.3.2 比較運算
比較運算就是計算兩個值之間的關系，結果是一個boolean類型的值，比較運算符适用于所有數值類型和字元類型。
比較操作符有大于（>）、大于等于（>=）、小于（<）、小于等于（<=）、等于（==）、不等于（ != ）。
此處需要注意的就是，等于号并不是一個=。因為一個等号=已經被指派運算占用了。
如果需要比較一個數組的話，需要比較數組裡面每一個字段的值是否相等。
1.3.3 邏輯運算
邏輯運算根據資料的邏輯關系，生成一個 布爾值 true 或者 false。邏輯運算隻可應用于 boolean 類型的資料，但比較運算的結果是布爾值，是以其他類型資料的比較結果可進行邏輯運算。
邏輯運算符具體有以下這些。
- 與（&）：兩個都為 true 結果才是 true，隻要有一個是 false 就是 false。
- 或（|）：隻要一個為 true 就是 true，都是 false才是 false。
- 非（！）：針對一個變量，true 會變為 false， false 會變為 true。
- 異或（^）：兩個相同為 false， 兩個不相同為 true。
- 短路與（&&）：和 & 類似，不同之處稍後解釋。
- 短路或（||）：和 | 類似，不同之處 稍後解釋。
邏輯運算的大部分都是比較直覺的，需要注意的是 & 和 &&，以及 | 和 || 的差別。如果隻是進行邏輯雲散，他們都是相同的，差別在于有其他操作的情況下，例如：
boolean a = true;
int b = 0;
boolean flag = a | b++ > 0;
因為 a 為true, 是以 flag 也為 true，但 b 的結果為1，因為 | 後面的式子也會計算，即使 隻看a 已經知道了flag 的結果，還是會進行後面的運算。而 || 則不同，它運算到 a 的時候知道結果的情況下，就不會繼續進行後面的運算了。
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