2.1　变量

我们先来看下面的示例：

   Dog dog1 = new Dog();

   // 给他们状态
   dog1.name = "Lucy";
   dog1.color = "Black";

dog1是Dog类的实例（对象）名称，name和color是dog1字段的名称（字段存储了对象的状态），这些名称都代表了某种类型的值，在编程语言中被称为“变量”。通过变量，可以方便地找到内存中所存储的值。

Java里面的变量包含如下类型：

·　实例变量/非静态字段（Instance Variables/Non-Static Fields）：从技术上讲，对象存储它们的个人状态在“非静态字段”，也就是没有static关键字声明的字段。非静态字段也被称为实例变量，因为它们的值对于类的每个实例来说是唯一的（换句话说，就是每个对象）。名字叫作Lucy的狗独立于另一条名字叫作Lily的狗。

·　类变量/静态字段（Class Variables/Static Fields）：类变量是用static修饰符声明的字段，也就是告诉编译器无论类被实例化多少次，这个变量的存在只有一个副本。特定种类自行车的齿轮数目的字段可以被标记为static，因为相同的齿轮数量将适用于所有情况。代码“static intnumGears = 6;”将创建一个这样的静态字段。此外，关键字final也可以加入，以指示齿轮的数量不会改变。

·　局部变量（Local Variables）：类似于对象存储状态在字段里，方法通常会存放临时状态在局部变量里。语法与局部变量的声明类似（例如，int count = 0;）。没有特殊的关键字来指定一个变量是否是局部变量，是由该变量声明的位置决定的。局部变量是类的方法中的变量。

·　参数（Parameters）：在前文的例子中经常可以看到public static void main(String[] args)，这里的args变量就是这个方法参数。需要记住的重要一点是，参数都归类为“变量（variable）”而不是“字段（field）”。

如果我们谈论的是“一般的字段”（不包括局部变量和参数），那么我们可以简单地说“字段”。如果讨论适用于上述所有情况，那么我们可以简单地说“变量”。如果上下文要求一个区别，我们将使用特定的术语（静态字段、局部变量等），也偶尔会使用术语“成员（member）”。类型的字段、方法和嵌套类型统称为它的成员。

2.1.1　命名

每一个编程语言都有它自己的一套规则和惯例的各种名目，Java编程语言对于命名变量的规则和惯例可以概括如下：

·　变量名称是区分大小写的。变量名可以是任何合法的标识符（无限长度的Unicode字母和数字），以字母、美元符号$或下画线_开头，但是推荐按照惯例以字母开头，而不是$或_。此外，按照惯例，美元符号从未使用过。在某些情况下，某些软件自动生成的名称会包含美元符号，但在实际编程中变量名应该始终避免使用美元符号。类似的约定还有下画线，不鼓励用“_”作为变量名开头。空格是不允许的。

·　随后的字符可以是字母、数字、美元符号或下画线字符。惯例同样适用于这一规则。为变量命名，尽量是完整的单词，而不是神秘的缩写。这样做会使你的代码更容易阅读和理解，比如name和color会比缩写n和c更直观。同时请记住，选择的名称不能是关键字或保留字。

·　如果选择的名称只包含一个单词，那么拼写单词全部为小写字母。如果它由一个以上的单词组成，那么每个后续单词的第一个字母大写，如gearRatio和currentGear。如果你的变量存储一个常量，如static final int NUM_GEARS = 6，那么每个字母大写，并用下画线分隔后续字符。按照惯例，下画线字符永远不会在其他地方使用。

详细的命名规范，可以参考笔者所著的《Java编码规范》（https://github.com/waylau/java-code-conventions）。

2.1.2　基本数据类型

Java是静态类型的语言，必须先声明再使用。基本数据类型之间不会共享。主要有8种基本数据类型：byte、short、int、long、char、float、double、boolean。其中，byte、short、int、long是整数类型，float、double是浮点数类型。

1．byte

byte由1个字节8位表示，是最小的整数类型。当操作来自网络、文件或者其他I/O的数据流时，byte类型特别有用。byte取值范围是[-128, 127]，默认值为(byte)0。如果我们试图将取值范围外的值赋给byte类型的变量，则会出现编译错误，例如：

   byte b = 128; // 编译错误

上面这个语句是无法通过编译的。

还有一个有趣的问题，如果有这样一个方法：

试图通过test(0)来调用这个方法是错误的，编译器会报错，因为类型不兼容！但是像下面这样赋值就完全没有问题：

   byte b = 0; // 正常

这里涉及一个叫字面值（literal）的问题。字面值就是表面上的值，例如整型字面值在源代码中就是诸如5、0、-200这样的。如果整型字面值后面加上L或者l，那么这个字面值就是long类型，比如1000L代表一个long类型的值。

若不加L或者l，则为int类型。基本类型当中的byte、short、int、long都可以通过不加L的整型字面值来创建，例如：

   byte b = 100;
   short s = 5;

对于long类型，如果大小超出int所能表示的范围（32 bits），则必须使用L结尾来表示。整型字面值可以有不同的表示方式：十六进制（0X或者0x）、十进制、八进制（0）、二进制（0B或者0b）等。二进制字面值是JDK 7以后才有的功能。在赋值操作中，int字面值可以赋给byte、short、int、long等，Java语言会自动处理好这个过程。如果方法调用时不一样，比如调用test(0)的时候，它能匹配的方法是test(int)，当然不能匹配test(byte)方法。

注意区别包装器与原始类型的自动转换，比如下面的赋值是允许的：

   byte d = 'A'; // 正常

上面例子中的字符字面值可以自动转换成16位的整数。

对byte类型进行数学运算时，会自动提升为int类型。如果表达式中有double或者float等类型，也是会自动提升的。所以下面的代码是错误的：

   byte t s1 = 100;
   byte s2 = 'a';
   byte sum = s1 + s2; // 错误！不能将int转为byte

2．short

short用16位表示，取值范围为[- 2^15, 2^15 - 1]。short可能是最不常用的类型，可以通过整型字面值或者字符字面值赋值，前提是不超出范围。short类型参与运算的时候，一样会被提升为int或者更高的类型。

3．int

int用32位表示，取值范围为[- 2^31, 2^31 - 1]。Java 8以后，可以使用int类型表示无符号32位整数，数据范围为[0, 2^31 - 1]。

4．long

long用64位表示，取值范围为[- 2^63, 2^63 - 1]，默认值为0L。当需要计算非常大的数时，如果int不足以容纳大小，可以使用long类型。如果long也不够，可以使用BigInteger类。

5．char

char用16位表示，其取值范围可以是[0, 65535]、[0, 2^16 -1]或者是从\u0000到\uffff。Java使用Unicode字符集表示字符，Unicode是完全国际化的字符集，可以表示全部人类语言中的字符。Unicode需要16位宽，所以Java中的char类型也使用16位表示。赋值可能是这样的：

   char ch1 = 88;
   char ch2 = 'A';

ASCII字符集占用了Unicode的前127个值。之所以把char归入整型，是因为Java为char提供算术运算支持，例如运行“ch2++;”之后ch2就变成Y。当char进行加减乘除运算的时候，会被转换成int类型，必须显式转化回来。

6．float

float使用32位表示，对应单精度浮点数，遵循IEEE 754规范。运行速度相比double更快，占内存更小，但是当数值非常大或者非常小的时候会变得不精确。精度要求不高的时候可以使用float类型，声明赋值示例：

   float f1 =10;
   f1 = 10L;
   f1 = 10.0f;

可以将byte、short、int、long、char赋给float类型，Java自动完成转换。

7．double

double使用64位表示，将浮点字面值赋给某个变量时，如果不显示在字面值后面加f或者F，则默认为double类型。比如下面的例子：

   float f1 =10;
   f1 = 10.0;  //为double类型

java.lang.Math中的函数都采用double类型。如果double和float都无法达到想要的精度，可以使用BigDecimal类。

8．boolean

boolean类型只有两个值true和false，默认为false。boolean与是否为0没有任何关系，但是可以根据想要的逻辑进行转换。许多地方都需要用到boolean类型。

除了上面列出的8种原始数据类型，Java编程语言还提供了java.lang.String，用于字符串的特殊支持。双引号包围的字符串会自动创建一个新的String对象，例如：

   String s = "this is a string";

String对象是不可变的，这意味着一旦创建，它们的值不能改变。String类型不是技术上的原始数据类型，但考虑到语言所赋予的特殊支持，你可能会错误地倾向于认为它是这样的。

2.1.3　基本数据类型的默认值

在字段声明时，有时并不必要分配一个值。字段被声明但尚未初始化时，将会由编译器设置一个合理的默认值。一般而言，根据数据类型的不同，默认将为零或为null。良好的编程风格不应该依赖于这样的默认值。表2-1总结了上述数据类型的默认值。

表2-1　基本数据类型的默认值

局部变量（Local Variable）略有不同，编译器不会指定一个默认值未初始化的局部变量。如果你不能初始化你声明的局部变量，那么请确保使用之前给它分配一个值。访问一个未初始化的局部变量会导致编译时错误。

2.1.4　字面值

在Java源代码中，字面值（Literal）用于表示固定的值，直接展示在代码里，而不需要计算。数值型的字面值是最常见的，字符串字面值可以算是一种，当然也可以把特殊的null当作字面值。字面值大体上可以分为整型字面值、浮点字面值、字符和字符串字面值、特殊字面值。

1．整型字面值

从形式上看是整数的字面值归类为整型字面值。例如，10、100000L、'B'、0XFF这些都可以称为字面值。整型字面值可以用十进制、十六进制、八进制、二进制来表示。十进制很简单，二进制、八进制、十六进制的表示分别在最前面加上0B（0b）、0、0X（0x）即可。

当然基数不能超出进制的范围，比如在八进制里面09是不合法的，八进制的基数只能到7。一般情况下，字面值创建的是int类型，但是int字面值可以赋值给byte、short、int、long、char，只要字面值在目标范围以内，Java就会自动完成转换。如果试图将超出范围的字面值赋给某一类型（比如把128赋给byte类型），编译会通不过。如果想创建一个int类型无法表示的long类型，则需要在字面值最后面加上L或者l，通常建议使用容易区分的L。所以整型字面值包括int字面值和long字面值两种。

·　十进制：其位数由数字0～9组成，这是你每天使用的数字系统。

·　十六进制：其位数由数字0到9和字母A至F组成。

·　二进制：其位数由数字0和1组成。

下面是使用的语法：

   // 十进制
   int decVal = 26;

   //  十六进制
   int hexVal = 0x1a;

   // 二进制
   int binVal = 0b11010;

2．浮点字面值

浮点字面值可以简单理解为小数，分为float字面值和double字面值两种。如果在小数后面加上F或者f，就表示这是一个float字面值，如11.8F。如果小数后面不加F（f），如10.4，或者小数后面加上D（d），则表示这是一个double字面值。另外，浮点字面值支持科学记数法（E或e）表示。下面是一些例子：

   double d1 = 123.4;

   // 科学记数法
   double d2 = 1.234e2;

   float f1  = 123.4f;

3．字符和字符串字面值

在Java中，字符字面值用单引号括起来，如'@'、'1'。所有的UTF-16字符集都包含在字符字面值中。不能直接输入的字符可以使用转义字符，如\n为换行字符。也可以使用八进制或者十六进制表示字符，八进制使用反斜杠加3位数字表示，例如'\141'表示字母a。十六进制使用'\u'加上4为十六进制的数表示，如'\u0061'表示字符a。也就是说，通过使用转义字符，可以表示键盘上有的或者没有的所有字符。常见的转义字符序列有：

·　\ddd（八进制）

·　\uxxxx（十六进制Unicode字符）

·　\'（单引号）

·　\"（双引号）

·　\\（反斜杠）

·　\r（回车符）

·　\n（换行符）

·　\f（换页符）

·　\t（制表符）

·　\b（回格符）

字符串字面值使用双引号。字符串字面值中同样可以包含字符字面值中的转义字符序列。字符串必须位于同一行或者使用+运算符，因为Java没有续行转义序列。

4．特殊字面值

从Java SE 7开始，可以在数值型字面值中使用下画线，但是下画线只能用于分隔数字，不能分隔字符与字符，也不能分隔字符与数字。例如：

   int x = 123_456_789;

在编译上面的代码时，下画线会自动去掉。

可以连续使用下画线，比如：

   float f = 1.22___33__44

二进制或者十六进制的字面值也可以使用下画线。

切记，下画线只能用于数字与数字之间，除此以外都是非法的。例如，1._23是非法的，_123、11000_L都是非法的。

下面列出一些正确的用法：

   long creditCardNumber = 1234_5678_9012_3456L;
   long socialSecurityNumber = 999_99_9999L;
   float pi =  3.14_15F;
   long hexBytes = 0xFF_EC_DE_5E;
   long hexWords = 0xCAFE_BABE;
   long maxLong = 0x7fff_ffff_ffff_ffffL;
   byte nybbles = 0b0010_0101;
   long bytes = 0b11010010_01101001_10010100_10010010;

下面列出一些非法的用法：

   float pi1 = 3_.1415F;
   float pi2 = 3._1415F;
   long socialSecurityNumber1 = 999_99_9999_L;
   int x2 = 52_;
   int x4 = 0_x52;
   int x5 = 0x_52;
   int x7 = 0x52_;

2.1.5　基本数据类型之间的转换

在Java中，将一种类型的值赋给另一种类型是很常见的。同时要注意，boolean类型与其他7种类型不能进行转换，这一点很明确。对于其他7种数据类型，它们之间都可以进行转换，但是可能会存在精度损失或者其他一些变化。

转换分为自动转换和强制转换。对于自动转换（隐式），无须任何操作；而强制类型转换需要显式转换，即使用转换操作符“(类型)”。以下是一个示例：

   int  i =97;

   char  c = (char)i; // int强制转换为char

首先将7种类型按下面的顺序排列一下：

   byte <（short=char）< int < long < float < double

从小转换到大，可以自动完成；而从大到小，则必须强制转换。即使short和char类型相同，也必须强制转换。

图2-1形象地展示了类型转换之间的关系。小杯子的物品可以顺利倒入大杯子中（自动转换），但大杯子里面的物品则不能简单地倒入小杯子中（强制转化，可能会导致物品丢失）。

图2-1　基本数据类型之间的转换

1．自动转换

自动转换时发生扩宽转换（widening conversion）。因为较大的类型（如int）要保存较小的类型（如byte），内存总是足够的，不需要强制转换。将字面值保存到byte、short、char、long的时候，也会自动进行类型转换。注意，此时从int（没有带L的整型字面值为int）到byte、short、char也是自动完成的，虽然它们都比int小。在自动类型转化中，除了以下几种情况可能会导致精度损失以外，其他的转换都不能出现精度损失。

·　int–> float

·　long–> float

·　long–> double

·　float –>无符号double

除了可能的精度损失外，自动转换不会出现任何运行时异常。

2．强制类型转换

如果要把大的转成小的，或者在short与char之间进行转换，就必须强制转换，也被称作缩小转换（narrowing conversion），因为必须显式地使数值更小以适应目标类型。严格地说，将byte转为char不属于缩小转换，因为从byte到char的过程其实是byte→int→char，所以扩宽转换和缩小转换都有。

强制转换除了可能的精度损失外，还可能使模（overall magnitude）发生变化。强制转换示例如下：

   int a = 257;
   byte b;
   b = (byte)a; // 1

如果整数的值超出了byte所能表示的范围，结果将对byte类型的范围取余数。例如，a=257超出了byte [-128,127]的范围，所以将257除以byte的范围（256）取余数得到b=1。需要注意的是，当a=200时，除以256取余数应该为-56，而不是200。

将浮点类型赋给整数类型的时候会发生截尾（truncation），也就是把小数的部分去掉，只留下整数部分。此时如果整数超出目标类型范围，一样将对目标类型的范围取余数。

7种基本类型转换总结如图2-2所示。

图2-2　7种基本类型转换总结

3．字面值赋值

在使用字面值对整数赋值的过程中，可以将int字面值赋给byte、short、char、int，只要不超出范围即可。这个过程中的类型转换是自动完成的，但是如果你试图将long字面值赋给byte，即使没有超出范围，也必须进行强制类型转换。例如，下面的例子是非法的：

   byte b = 10L; // 错误！

如果想将long型转为byte，则需要进行强制转换。

4．表达式中的自动类型提升

除了赋值以外，表达式计算过程中也可能发生一些类型转换。在表达式中，类型提升规则如下：

·　所有byte、short、char都被提升为int。

·　如果有一个操作数为long，整个表达式提升为long。float和double情况也一样。

2.1.6　数组

数组（Array）是一个容器对象，保存一个固定数量的单一类型的值。当数组创建时，数组的长度就确定了。创建后，其长度是固定的。数据里面的每个项称为元素（element），每个元素都用一个数组下标（index）关联。下标从0开始，如图2-3所示，第9个元素的下标是8。

图2-3　数组示例

以下是一个数组的示例：

输出为：

   Element at index 0: 100
   Element at index 1: 200
   Element at index 2: 300
   Element at index 3: 400
   Element at index 4: 500
   Element at index 5: 600
   Element at index 6: 700
   Element at index 7: 800
   Element at index 8: 900
   Element at index 9: 1000

1．声明引用数组的变量

声明数组的类型：

   byte[] anArrayOfBytes;
   short[] anArrayOfShorts;
   long[] anArrayOfLongs;
   float[] anArrayOfFloats;
   double[] anArrayOfDoubles;
   boolean[] anArrayOfBooleans;
   char[] anArrayOfChars;
   String[] anArrayOfStrings;

也可以将中括号放在数组名称后面（但不推荐）：

   // 合法，但不推荐使用
   float anArrayOfFloats[];

2．创建、初始化和访问数组

ArrayDemo的示例说明了创建、初始化和访问数组的过程。可以用下面的方式简化创建、初始化数组：

   int[] anArray = {
      100, 200, 300,
      400, 500, 600,
      700, 800, 900, 1000
   };

数组里面可以声明数组，即多维数组（multidimensional array）。如下面的例子就是一个多维数组MultiDimArrayDemo：

输出为：

   Mr. Way
   Ms. Lau

最后，可以通过内建的length属性来确认数组的大小：

   System.out.println(anArray.length);

3．复制数组

System类有一个arraycopy方法，用于数组的有效复制：

下面是一个例子（ArrayCopyDemo）：

程序输出为：

   way

4．数组操作

Java提供了一些数组有用的操作。观察下面的例子ArrayCopyOfDemo：

可以看到，相比于ArrayCopyDemo的例子，使用java.util.Arrays.copyOfRange方法，代码量减少了很多。

其他常用操作还包括：

·　binarySearch：用于搜索。

·　equals：比较两个数组是否相等。

·　fill：填充数组。

·　sort：数组排序，在Java 8以后，可以使用parallelSort方法，在多处理器系统的大数组并行排序比连续数组排序更快。