HW 0：Java 速成教程¶
作业目标¶
本作业快速介绍 Java 的基础语法。它特别适合以前没有用过 Java、但已经学过至少一学期其他编程语言的同学。
课程讲座不会专门完整讲授这些基础语法，但后续默认你已经理解。可以按自己的节奏阅读，也可以根据已有经验略过熟悉部分。
一、一个最基本的程序¶
在 Lab 1 教你本地运行 Java 前，本作业使用浏览器中的 Java 可视化器。
一个典型程序可能如下：
public class ClassNameHere {
public static void main(String[] args) {
int x = 5;
x = x + 1;
System.out.println(x);
}
}
暂时不必理解 public class 或 public static void main(String[] args)。
会创建一个静态类型为 int 的变量 x，并赋值为 5。Java 变量具有静态类型：一旦 x 声明为 int，就不能存储 5.3 这样的实数。
可视化器会显示变量框，帮助你观察程序逐行执行。真实开发中通常看不到程序内部的所有变量，因此这种显示只是教学工具。
建议修改代码并观察编译或运行结果，例如尝试把实数赋给 int。
二、条件语句¶
基本 if¶
public class ClassNameHere {
public static void main(String[] args) {
int x = 5;
if (x < 10)
x = x + 10;
if (x < 10)
x = x + 10;
System.out.println(x);
}
}
if 会计算圆括号里的布尔条件；如果条件为 true，执行紧接着的下一条语句。
花括号与代码块¶
一条条件可以控制多条语句，只需用花括号包围：
public class ConditionalsWithBlocks {
public static void main(String[] args) {
int x = 5;
if (x < 10) {
System.out.println("I shall increment x by 10.");
x = x + 10;
}
if (x < 10) {
System.out.println("I shall increment x by 10.");
x = x + 10;
}
System.out.println(x);
}
}
Java 通过花括号而不是缩进决定语句分组。下面代码看起来像是两行都受 if 控制，实际只有打印语句受控制：
public class PrintAbsoluteValue {
public static void main(String[] args) {
int x = -5;
if (x < 0)
System.out.println("I should negate X");
x = -x;
System.out.println(x);
}
}
正确写法应使用花括号：
花括号风格¶
课程采用：
而不是把左花括号放到下一行。即使某个条件只有一条语句，也建议始终使用花括号，避免将来添加代码时产生隐蔽错误。
三、else¶
当条件为假时执行另一段代码：
int x = 9;
if (x - 3 > 8) {
System.out.println("x - 3 is greater than 8");
} else {
System.out.println("x - 3 is not greater than 8");
}
可以连接多个分支：
int dogSize = 20;
if (dogSize >= 50) {
System.out.println("woof!");
} else if (dogSize >= 10) {
System.out.println("bark!");
} else {
System.out.println("yip!");
}
>= 表示“大于等于”。
四、while 循环¶
while 会在条件为真时反复执行代码块：
int bottles = 99;
while (bottles > 0) {
System.out.println(bottles + " bottles of beer on the wall.");
bottles = bottles - 1;
}
若删除递减语句，条件会一直为真，从而形成无限循环。
程序仍然按顺序逐行执行。如果循环体中间把条件相关变量改成不满足条件，当前这一轮不会立刻中止；它会执行完循环体，之后才重新检查条件：
int bottles = 5;
while (bottles > 0) {
bottles = -312;
System.out.println(bottles + " bottles of beer on the wall.");
}
因此它仍会打印 -312 bottles... 一次。
五、double 和 String¶
double：存储实数的近似值；String：存储字符序列。
下面模拟 Achilles 与 Tortoise 的追赶：
String a = "Achilles";
String t = "Tortoise";
double aPos = 0;
double tPos = 100;
double aSpeed = 20;
double tSpeed = 10;
double totalTime = 0;
while (aPos < tPos) {
System.out.println("At time: " + totalTime);
System.out.println(" " + a + " is at position " + aPos);
System.out.println(" " + t + " is at position " + tPos);
double timeToReach = (tPos - aPos) / aSpeed;
totalTime = totalTime + timeToReach;
aPos = aPos + timeToReach * aSpeed;
tPos = tPos + timeToReach * tSpeed;
}
字符串与其他值可使用 + 拼接。
六、创意练习 1a：绘制三角形¶
使用循环打印：
不能直接写五条打印语句。
你可能会用到：
它与 println 的区别是不会自动换行。
保存这份代码，后面的练习会再次使用。
七、定义函数（方法）¶
下面四种语言的程序都定义“返回两个数中较大值”的函数。
Python¶
MATLAB¶
Scheme¶
Java¶
public static int max(int x, int y) {
if (x > y) {
return x;
}
return y;
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(max(10, 15));
}
Java 中的函数通常称为方法。
是方法签名的一部分，包含：
- 修饰符：
public static； - 返回类型：
int； - 方法名：
max； - 参数及其类型：
int x, int y。
本作业中的方法都使用 public static，其含义会在后续课程解释。
八、创意练习 1b：drawTriangle¶
创建：
- 返回类型为
void，表示不返回值； - 参数名为
N； - 打印一个高度为
N的星号三角形。
修改 main，调用：
九、数组¶
Java 数组与 Python 列表、Scheme 向量、MATLAB 数组在入门用途上相似。
Python¶
MATLAB¶
Scheme¶
Java¶
int[] numbers = new int[3];
numbers[0] = 4;
numbers[1] = 7;
numbers[2] = 10;
System.out.println(numbers[1]);
数组字面量简写：
数组长度：
注意数组使用字段 .length，不是方法 .length()。
十、练习 2：数组最大值¶
实现：
它返回整数数组中的最大值。可假设所有数字都大于等于零。
骨架：
public class ClassNameHere {
/** Returns the maximum value from m. */
public static int max(int[] m) {
return 0;
}
public static void main(String[] args) {
int[] numbers = new int[]{9, 2, 15, 2, 22, 10, 6};
}
}
修改 main 调用方法并打印结果；正确输出是 22。
十一、for 循环¶
使用 while 求数组和：
public static int whileSum(int[] a) {
int i = 0;
int sum = 0;
while (i < a.length) {
sum = sum + a[i];
i = i + 1;
}
return sum;
}
相同逻辑的 for 写法：
public static int sum(int[] a) {
int sum = 0;
for (int i = 0; i < a.length; i = i + 1) {
sum = sum + a[i];
}
return sum;
}
一般语法：
三部分用分号分隔。可以在初始化区使用逗号写多个表达式：
但应少用这种复杂形式。
十二、练习 3：使用 for 求最大值¶
重写练习 2：
public class ClassNameHere {
/** Returns the maximum value from m using a for loop. */
public static int forMax(int[] m) {
return 0;
}
public static void main(String[] args) {
int[] numbers = new int[]{9, 2, 15, 2, 22, 10, 6};
}
}
要求使用 for 循环。
十三、break 与 continue¶
continue：跳过当前迭代剩余代码，直接进入增量步骤/下一轮；break：立刻终止最内层循环。
continue 示例¶
下面程序跳过所有包含 "horse" 的字符串，其余字符串打印三次：
public class ContinueDemo {
public static void main(String[] args) {
String[] a = {"cat", "dog", "laser horse", "ketchup", "horse", "horbse"};
for (int i = 0; i < a.length; i += 1) {
if (a[i].contains("horse")) {
continue;
}
for (int j = 0; j < 3; j += 1) {
System.out.println(a[i]);
}
}
}
}
break 示例¶
包含 "horse" 的字符串只打印一次，其他打印三次：
public class BreakDemo {
public static void main(String[] args) {
String[] a = {"cat", "dog", "laser horse", "ketchup", "horse", "horbse"};
for (int i = 0; i < a.length; i += 1) {
for (int j = 0; j < 3; j += 1) {
System.out.println(a[i]);
if (a[i].contains("horse")) {
break;
}
}
}
}
}
二者也适用于 while 和 do-while。
十四、可选练习 4：窗口正数和¶
实现：
对于每个正数 a[i]，把它替换为从 a[i] 到 a[i+n] 的和；若数组剩余元素不足，就只加到数组结尾。若 a[i] 为负，不修改它。
例如：
执行后：
解释：
a[0] = 1 + 2 + (-3) + 4 = 4；a[1] = 2 + (-3) + 4 + 5 = 8；a[2]为负，不变；a[3] = 4 + 5 + 4 = 13；a[4] = 5 + 4 = 9；a[5]后面无元素，保持4。
另一个例子：
结果：
骨架：
public class BreakContinue {
public static void windowPosSum(int[] a, int n) {
/** your code here */
}
public static void main(String[] args) {
int[] a = {1, 2, -3, 4, 5, 4};
int n = 3;
windowPosSum(a, n);
// Should print 4, 8, -3, 13, 9, 4
System.out.println(java.util.Arrays.toString(a));
}
}
提示：
- 使用两个
for循环； - 用
continue跳过负数； - 用
break防止索引越过数组结尾。
十五、增强型 for 循环¶
当不需要索引，只需要依次访问元素时，可以写：
示例：
public class EnhancedForBreakDemo {
public static void main(String[] args) {
String[] a = {"cat", "dog", "laser horse", "ketchup", "horse", "horbse"};
for (String s : a) {
for (int j = 0; j < 3; j += 1) {
System.out.println(s);
if (s.contains("horse")) {
break;
}
}
}
}
}
变量 s 会依次引用 a[0] 到 a[a.length - 1]。这种循环适合只读遍历；如果需要元素下标，或需要通过下标修改数组，则普通 for 循环更合适。