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一、编程语言发展简史

1.1 机器语言

机器语言是二进制代码表示的指令集合，计算机硬件直接识别和执行。不同型号的计算机使用不同的机器语言，通用性差。

1.2 汇编语言

使用英文助记符（如 ADD、SUB）代替二进制指令，仍依赖于具体硬件，可读性较差。

1.3 高级语言

以人类日常语言为基础，与具体计算机硬件无关。常见的有 Java、C、C++、Python 等。

1.4 第四代语言

非过程化语言，关注“做什么”而非“怎么做”。典型应用为数据库查询语言。

1.5 第五代语言

融合人工智能，支持使用自然语言与计算机交互。

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二、Java 概述

2.1 Java 发展历史

• 1991 年，James Gosling 领导 Sun 公司团队开发面向消费电子产品的语言，最初命名为 Green，后改为 Oak，最终定名为 Java。
• 1996 年，JDK 1.0 发布。
• 2004 年，Java SE 5.0 发布（重大更新）。
• 2014 年，Java SE 8.0 发布（目前广泛使用的长期支持版本）。
• 2017 年后，Oracle 改为每半年发布一个版本，LTS（长期支持）版本包括 Java 8、11、17 等。

2.2 Java 版本体系

• Java SE（Standard Edition）：标准版，用于桌面应用开发。
• Java EE（Enterprise Edition）：企业版，用于服务器端开发。
• Java ME（Micro Edition）：微型版，用于嵌入式设备。

2.3 Java 特性与优势

• 简单性：语法简洁，去除了 C++ 中复杂的内容（如指针、多重继承）。
• 面向对象：以对象和接口为核心。
• 可移植性：“一次编写，随处运行”（Write Once, Run Anywhere），通过 Java 虚拟机实现跨平台。
• 高性能：即时编译（JIT）技术提升执行效率。
• 动态性：支持反射机制，可在运行时动态加载类。
• 多线程：内置多线程支持。
• 安全性：提供沙箱安全机制。
• 健壮性：去除指针和手动内存管理，采用自动垃圾回收。

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三、Java 运行环境与开发环境搭建

3.1 JDK、JRE、JVM 的关系

• JDK（Java Development Kit）：Java 开发工具包，包含编译器、运行时环境和类库。
• JRE（Java Runtime Environment）：Java 运行环境，用于执行 Java 程序。
• JVM（Java Virtual Machine）：Java 虚拟机，解释执行字节码，实现跨平台。不同平台需安装不同版本的 JVM。

3.2 环境变量配置

1. 设置 JAVA_HOME 为 JDK 安装目录（如 C:\Program Files\Java\jdk-17）。
2. 将 %JAVA_HOME%\bin 添加到 PATH 环境变量中。
3. 验证：命令行执行 java -version 和 javac -version。

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四、第一个 Java 程序：HelloWorld

4.1 编写源代码

创建 HelloWorld.java 文件，内容如下：

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

4.2 编译与运行

• 传统方式：javac HelloWorld.java 编译生成 HelloWorld.class，然后 java HelloWorld 运行。
• 新方式（Java 11+）：java HelloWorld.java 直接运行。

4.3 常见错误

• 文件扩展名隐藏导致实际文件名为 HelloWorld.java.txt。
• javac 命令后需带完整文件名（含 .java）。
• Java 严格区分大小写。
• 所有标点符号必须为英文半角。
• 每条语句以分号结尾。
• main 方法签名必须为 public static void main(String[] args)。

4.4 注释

// 单行注释

/*
 * 多行注释
 */

/**
 * 文档注释，可用于生成 API 文档
 */

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五、Java 基础语法

5.1 标识符

• 组成：字母、数字、下划线 _、美元符号 $，数字不能开头。
• 不能使用 Java 关键字。
• 大小写敏感。
• 命名规范：类名首字母大写（大驼峰），变量和方法名首字母小写（小驼峰），常量全大写加下划线。

5.2 关键字

Java 中有 50 多个关键字，如 public、class、static、void、int、if、else、for、while 等。goto 和 const 为保留字，未使用。

5.3 数据类型

基本数据类型（8 种）

类型	字节数	取值范围
byte	1	-128 ~ 127
short	2	-32768 ~ 32767
int	4	-2^31 ~ 2^31-1
long	8	-2^63 ~ 2^63-1（字面量后加 L）
float	4	约 ±3.4E38（字面量后加 F）
double	8	约 ±1.8E308
char	2	0 ~ 65535（Unicode 字符）
boolean	1 位	true / false

引用数据类型

• 类、接口、数组、枚举、注解、字符串（String）等。
• 引用变量本身占用 4 字节（存储对象地址）。

5.4 变量作用域

• 局部变量：定义在方法或代码块内部，必须初始化后才能使用。
• 成员变量（实例变量）：定义在类中、方法外，有默认初始值（数值为 0，布尔为 false，引用为 null）。

5.5 类型转换

• 自动类型转换：容量小的类型自动转换为容量大的类型（byte → short → int → long → float → double）。
• 强制类型转换：(targetType) value，可能丢失精度或溢出。
• 整数常量可直接赋值给 byte、short、char，不超出范围即可。

5.6 运算符

算术运算符

+ - * / %（取模）

赋值运算符

= += -= *= /= %=

一元运算符

++（自增）--（自减）

• 前置：先自增再参与运算。
• 后置：先参与运算再自增。

关系运算符

> < >= <= == !=（结果为 boolean）

逻辑运算符

&&（短路与）、||（短路或）、!（非）

• && 和 || 采用短路求值，左侧可确定结果时不再计算右侧。

位运算符（了解）

& | ^ ~ << >> >>>

条件运算符（三元）

条件 ? 表达式1 : 表达式2

字符串连接符

+ 两侧若有一个为 String，则进行字符串拼接。

5.7 运算符优先级

建议使用小括号 () 明确运算顺序，避免记忆优先级。

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六、控制流程语句

6.1 顺序结构

程序按代码书写顺序依次执行。

6.2 选择结构

if 语句

if (条件) {
    // 条件为 true 时执行
}

if-else 语句

if (条件) {
    // true 分支
} else {
    // false 分支
}

if-else if-else 多分支

if (条件1) {
    // 条件1 为 true
} else if (条件2) {
    // 条件1 false 且条件2 true
} else {
    // 所有条件 false
}

switch 语句

switch (表达式) {
    case 常量1:
        // 执行代码
        break;
    case 常量2:
        // 执行代码
        break;
    default:
        // 默认代码
}

• 表达式支持 byte、short、int、char、String、枚举。
• 忘记 break 会发生“穿透”。

6.3 循环结构

for 循环

for (初始化; 条件; 迭代) {
    // 循环体
}

while 循环

while (条件) {
    // 循环体
}

do-while 循环

do {
    // 循环体
} while (条件);

增强 for 循环（for-each）

for (元素类型 变量名 : 数组或集合) {
    // 使用变量
}

6.4 循环控制

• break：强制终止整个循环。
• continue：跳过本次循环剩余语句，进入下一次迭代。

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七、方法（Method）

7.1 方法定义

修饰符 返回值类型 方法名(形参列表) {
    // 方法体
    return 返回值;  // 若返回值类型为 void，则可省略或写 return;
}

• 修饰符：暂时使用 public static。
• 方法不能嵌套定义。

7.2 方法调用

• 静态方法：类名.方法名(实参) 或直接 方法名(实参)。
• 有返回值的方法可被赋值给变量或直接使用。

7.3 参数传递

• Java 采用值传递（值拷贝）。基本类型传递数据值，引用类型传递对象地址值。

7.4 方法签名

方法名 + 参数列表（类型、个数、顺序）构成唯一签名，用于区分重载方法。

7.5 方法重载（Overload）

同一类中，方法名相同但参数列表不同的多个方法。返回值类型和修饰符不参与重载判断。

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八、递归（Recursion）

递归是方法自身调用自身。需满足：

• 递归头：终止条件，避免无限递归。
• 递归体：将问题分解为更小规模的子问题。

示例：计算阶乘

public static int factorial(int n) {
    if (n == 1) return 1;
    return n * factorial(n - 1);
}

缺点：占用大量栈空间，效率低于循环。适合逻辑清晰、层次较浅的场景。

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九、数组（Array）

9.1 数组定义

数组是相同类型数据的有序集合，长度固定。

声明

int[] arr;          // 推荐
int arr[];

动态初始化

int[] arr = new int[5];   // 创建长度为5的数组，元素默认为0

静态初始化

int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] arr2 = new int[]{1, 2, 3};

9.2 访问数组

• 索引范围：0 ~ length-1，超出则抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException。
• 获取长度：arr.length。
• 访问元素：arr[索引]。

9.3 数组遍历

// 普通 for
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    System.out.println(arr[i]);
}

// 增强 for
for (int num : arr) {
    System.out.println(num);
}

9.4 二维数组

// 动态初始化
int[][] matrix = new int[3][4];

// 静态初始化（不规则数组）
int[][] arr = {{1,2,3}, {4,5}, {6,7,8,9}};

// 遍历
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    for (int j = 0; j < arr[i].length; j++) {
        System.out.print(arr[i][j] + " ");
    }
    System.out.println();
}

9.5 常用排序算法

冒泡排序

两两比较，较大元素向后冒泡。

for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
    for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
        if (arr[j] > arr[j+1]) {
            int temp = arr[j];
            arr[j] = arr[j+1];
            arr[j+1] = temp;
        }
    }
}

选择排序

每次选出最小（或最大）元素放到已排序序列末尾。

插入排序

将元素逐个插入到已有序的序列中。

9.6 数组的增删改查

• 增：在末尾或中间插入元素（需移动后续元素，通常借助集合类）。
• 删：删除末尾或中间元素（需移动后续元素）。
• 改：直接通过索引赋值。
• 查：线性查找或二分查找（要求数组有序）。

9.7 二分查找

public static int binarySearch(int[] arr, int key) {
    int low = 0, high = arr.length - 1;
    while (low <= high) {
        int mid = (low + high) / 2;
        if (key < arr[mid]) high = mid - 1;
        else if (key > arr[mid]) low = mid + 1;
        else return mid;
    }
    return -1;
}

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十、常用工具类

10.1 随机数生成

// Math.random() 返回 [0.0, 1.0) 的 double
double d = Math.random();

// 生成 [min, max] 的整数
int num = (int)(Math.random() * (max - min + 1) + min);

10.2 键盘输入（Scanner）

import java.util.Scanner;

Scanner sc = new Scanner(System.in);
int age = sc.nextInt();
double salary = sc.nextDouble();
String name = sc.next();      // 以空格分隔
String line = sc.nextLine();  // 读取整行
sc.close();

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十一、强化练习题目

以下为 PDF 中提供的练习题，建议独立完成。

11.1 基础循环

1. 计算 1~100 所有数字的累加和。
2. 计算 1~100 奇数之和与偶数之和。
3. 计算 1~100 中能被 7 整除的数字之和。

11.2 图形打印

• 打印正方形、长方形、直角三角形、倒三角形、等腰三角形。
• 打印空心图形（正方形、三角形）。
• 打印菱形（实心、空心）。
• 打印九九乘法表。

11.3 经典算法题

• 百鸡百钱：公鸡 5 文，母鸡 3 文，小鸡 1 文三只，百钱买百鸡，求各几何。
• 韩信点兵：三三数剩二，五五数剩三，七七数剩二，求物几何。
• 猴子摘桃：每天吃一半加一个，第十天剩一个，求第一天摘了多少。
• 掷骰子类型判断：三个骰子，判断豹子、顺子、对子、单点。

11.4 数学专题

• 因数：输出指定数的所有因数，以及多个数的公因数。
• 回文数：判断一个整数是否为回文数；找出平方回文数。
• 水仙花数：三位数各位立方和等于自身。扩展至四位、五位等自幂数。
• 质数：判断质数，输出范围内的质数。

11.5 数组练习

• 随机生成三个数字并排序。
• 生成长度为 10 的随机数组并排序（多种方法）。
• 数字螺旋矩阵：输入 N，输出 N×N 螺旋矩阵。
• 九宫格（幻方）：实现奇数阶幻方。

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十二、进阶内容概要

12.1 杨辉三角

二项式系数的三角形排列，可用二维数组生成。

12.2 斐波那契数列（兔子问题）

每月兔子对数：1, 1, 2, 3, 5, 8, …，可用递归或循环实现。

12.3 数组增删改查的通用实现

为后续学习集合框架（ArrayList）奠定基础。

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十三、学习建议

1. 多敲代码：只看不写无法掌握。
2. 调试能力：学会阅读编译错误和运行时异常信息。
3. 注意规范：命名、缩进、注释要符合标准。
4. 循序渐进：先掌握基本语法，再练习循环、数组，最后理解方法和递归。

本文档可作为 Java SE 入门阶段的知识手册。后续可继续学习面向对象（类、继承、多态、接口）、异常处理、集合框架、IO 流、多线程等高级内容。

今天这篇文章就到这里了，大厦之成，非一木之材也；大海之阔，非一流之归也。感谢大家观看本文