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【JAVA学习-1】JAVA是什么

猛然发现 学习JA VA开发差不多半年了。虽说精通一门语言需要经年累月,但这段时间的摸索,确实积累了不少感想和收获。正好借此机会记录下来,也算是对持续学习的一种鞭策。以前总听人说,JA VA比C/C++要简单些,可真上手了才发现,事情没那么简单。比如知道package的功能类似于C++里的#incl

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    猛然发现

    【JA VA学习-1】JA VA是什么

    学习JA VA开发差不多半年了。虽说精通一门语言需要经年累月,但这段时间的摸索,确实积累了不少感想和收获。正好借此机会记录下来,也算是对持续学习的一种鞭策。以前总听人说,JA VA比C/C++要简单些,可真上手了才发现,事情没那么简单。比如知道package的功能类似于C++里的#include,但一开始愣是没搞懂每一个点都代表一层目录,光是理清这个结构就费了不少功夫。

    那么,怎么开始学习JA VA呢?

    首先得弄明白什么是编程语言。其实很简单,语言的核心功能就是交流。我们学汉语、学英语,不都是为了和他人沟通吗?编程语言也一样,它的交流对象是计算机。不过,计算机(不单指电脑,还包括各种智能设备)也有自己的“语言局限”,就像我只听得懂汉语,计算机也只能识别其大脑(CPU)能理解的指令。对我们而言,这些指令最终都映射成二进制的机器语言。计算机识别这些0和1的组合,执行相应功能。

    但问题来了:机器语言太难了。比如在x86平台上,谁能记得住一条“mov”指令背后对应的是哪一串0和1?为了方便编程,汇编语言应运而生。它是平台特定的,x86的汇编和ARM的汇编就完全不同。汇编语言与机器指令一一对应,只是给那些晦涩的二进制组合取了个好记的名字。尽管如此,汇编依然难学,而且被平台牢牢绑住。当然,它的优势是执行效率高,毕竟少了很多中间环节。

    高级语言的诞生

    随着计算机科学发展,第三代语言,也就是我们常说的“高级语言”出现了。这类语言用接近英文的语法,大大降低了编程门槛。开发者只需掌握语言规则,实现功能,剩下的交给编译器——它会把代码编译成汇编代码,再转换成对应平台的机器码。C/C++就是典型的代表:编辑源代码,用编译器生成汇编代码,再用汇编器转为机器码,最后在目标平台上运行。

    但C/C++有个明显的局限:跨平台性。这里的“平台”主要不是指CPU(编译器已经能处理不同CPU的差异了),而是指操作系统。因为C/C++能直接调用操作系统提供的系统接口,但类Unix系统(如Linux)和Windows的系统调用差异巨大。这就导致,想要写一个能在不同系统上运行的程序,往往得用一堆宏来判断当前平台。对于只熟悉Linux系统调用的开发者来说,面对Windows下的C开发,难免会感到束手无策。

    JA VA的解决之道

    JA VA巧妙地绕开了这个缺陷。它的方法是在操作系统之上再加一层——虚拟机。虚拟机针对不同操作系统有不同实现,从而屏蔽了系统间的差异。这就是JA VA“一次编写,到处运行”特性的基石。其实不光是JA VA,像Python这类语言也运行在虚拟机之上。所以,运行这些语言前,你不仅需要语言编译器,还得安装一个虚拟机软件。

    除了虚拟机,JA VA还有自己的一套二进制文件格式。这类似于Windows下的PE文件,或者Linux下的ELF文件。想想看,一个C语言的可执行文件,操作系统是怎么把它加载成一个进程的?靠的就是文件格式协议。操作系统解析文件,识别出数据段、代码段等信息,然后为进程分配地址空间。

    JA VA的可执行文件(.class文件)不走这条路。它不直接运行在操作系统上,而是跑在虚拟机里。虚拟机再运行在操作系统之上。相当于,虚拟机来识别JA VA文件的格式,并为这个JA VA程序分配内存空间。注意,这个内存空间是在虚拟机进程的地址空间内分配的,而非操作系统直接管理的一个独立进程地址空间。

    好了,技术原理先聊这么多。其中难免有理解不准确的地方,欢迎指正。

    JA VA编程需要准备什么?

    接下来看看,用JA VA编程到底需要什么。不妨先回想一下用C/C++编程的流程:在Windows下,你可能会装一个VC++ 6.0(现在更多人用VS Code或其他IDE了),写一句printf(“hello world!”);,点击运行,就能在输出窗口看到结果。这个“运行”按钮背后,其实完成了一系列动作:编译、链接、执行,最后把输出信息展示给你。在Linux下,你可能需要gcc来编译C代码(运行则不需要gcc)。

    这就很明确了:编写C代码,你必须先有一个C语言编译器(比如gcc或VC++)。这个编译器是操作系统特有的,因为它需要识别程序中的系统调用,生成该操作系统独有的可执行文件。

    那么JA VA呢?根据前面的分析,它也需要一个编译器,负责把.ja va源代码编译成JA VA虚拟机能够识别的.class二进制文件。除此之外,它还离不开JA VA虚拟机。这是与C语言关键的不同:C编译后的程序由操作系统直接识别执行;而JA VA编译后的文件,只能由JA VA虚拟机来识别和运行。

    在JA VA体系里,编译器对应的是ja vac命令,虚拟机则是ja va命令。安装好JA VA环境后,你可以在其bin目录下找到它们。这些工具,加上JA VA的基础库(比如String、各种容器类),共同构成了JA VA的基本运行环境,也就是JRE(Ja va Runtime Environment)。

    但如果要进行开发,光有JRE还不够。你还需要调试、打包(生成jar文件)等更多功能。这些由JDK(Ja va Development Kit)提供,它是支持JA VA开发的完整工具包。

    当然,JA VA世界还有三个重要的“版本”:J2SE(标准版)、J2EE(企业版)和J2ME(微型版)。它们之间的区别,主要在于JRE所包含的库和功能范围不同,语言本身的核心语法并无二致。另外,JA VA本身也在不断进化,持续推出新版本以支持更强大的特性。目前主流的环境是JA VA 8或11,文中的示例是基于JA VA 7(即JDK 1.7)的。

    程序的起点:main方法

    和C/C++一样,JA VA程序也有一个固定的入口——main方法。它的定义必须严格遵循这个格式:public static void main(String[] args)。

    • public:意味着其他类可以调用这个方法。
    • static:表明这是一个静态方法,无需创建类的实例对象就能直接执行。
    • void:方法没有返回值。这一点和C语言不同,C语言的main函数返回值常用来指示程序执行状态。
    • String[] args:参数是一个字符串数组,用来接收用户输入的命令行参数。需要注意的是,这里的args[0]就是第一个参数,而不是像C语言那样,argv[0]通常是程序名本身。

    当你用ja va A命令运行一个类A时,背后的过程大致是:JA VA虚拟机在classpath(类路径)中寻找并动态加载A类。如果找不到,你会看到“错误: 找不到或无法加载主类 A”;如果找到了A类,但类里没有定义标准格式的main方法,则会提示“错误: 在类 A 中找不到主方法,请将主方法定义为: public static void main(String[] args)”。

    接下来学什么?

    最后,梳理一下学习JA VA的主要路线。这里主要参考《JA VA编程思想》的脉络,结合一些个人实践和思考,大致可以分为以下这些核心模块:

    1. JA VA语法基础
    2. JA VA中的类和对象
    3. JA VA类的访问权限控制
    4. JA VA的继承
    5. JA VA的接口与多态
    6. 内部类
    7. 异常处理
    8. 字符串
    9. 容器
    10. 泛型支持
    11. 动态类型和反射
    12. 注解
    13. JA VA I/O系统
    14. JA VA线程
    15. JA VA网络编程

    这些内容构成了JA VA从入门到深入的知识骨架,后续的学习和实践都将围绕它们展开。

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