Java 基础语法

Java 是一门面向对象的编程语言，它最大的特点是「一次编写，到处运行」：Java 代码编译成字节码后，可以在任何安装了 Java 虚拟机（JVM）的平台上运行，不用关心底层是 Windows、Mac 还是 Linux。

Java 的语法和 C/C++ 比较像，但去掉了指针、手动内存管理这些容易出错的特性，新手上手会比 C++ 舒服很多。同时 Java 的标准库非常丰富，常用的数据结构都给你准备好了，拿来就能用。

不过说实话，随着技术的演进，尤其是容器化技术（Docker）的成熟，「一次编写，到处运行」的优势已经不那么突出了，因为现在任何语言打成容器镜像都能到处运行。

曾经作为核心竞争力的 JVM 反而成了负担：一个简单的 helloworld 程序也需要几百 MB 内存来启动 JVM，启动速度也比不上 Go、Rust 这些直接编译成机器码的语言。再加上 Java 的语法比较啰嗦，所以近些年，Java 的热度确实在被其他语言分走。

不过，Java 本身也在不断进步，企业招聘需求也一直很大，所以掌握 Java 也是一个非常好的选择：语法严谨、标准库完善、大量算法教程和竞赛题目都提供 Java 解法。

下面我们就开始学习 Java 的基础语法。

¶Hello World 与程序结构

先看一个最简单的 Java 程序：

虽然只有一行有效逻辑，但 Java 要求你必须把代码写在一个类（class）里面，而且程序的入口是 main 方法。这是 Java 的规矩，记住就行。

拆解一下这个结构：

public class Main {                    // 定义一个类，类名为 Main
    public static void main(String[] args) {  // 程序入口
        // 你的代码写在这里
    }
}

public class Main 定义了一个公开的类，类名叫 Main。public static void main(String[] args) 是程序的入口方法，Java 程序运行时会自动找到并执行这个方法。

现阶段你不用纠结 public、static、void 这些关键字是什么意思，后面讲面向对象的时候会详细解释。现在只需要知道：所有代码都写在 main 方法的花括号 {} 里就行。

¶关于 Java 中「类」的规矩

和 Python、JavaScript 这些语言不同，Java 中「类」不只是一个面向对象的概念，而是代码组织的基本单位。Java 不允许你在类外面写任何代码，所有的变量、方法都必须放在某个类里面。

Java 还有几条硬性规则，初学者容易踩坑：

一个文件只能有一个 public 类，而且文件名必须和这个类名一致。比如 public class Main 必须写在 Main.java 文件里。不过在本站的在线编辑器中你不需要关心文件名，直接写代码就行。

main 方法是程序的唯一入口，签名必须是 public static void main(String[] args)，一个字都不能改。Java 程序启动时会去找这个方法来执行，找不到就报错。

一个文件里可以有多个类，但只有一个能是 public 的。其他类不加 public 修饰符就行：

// Main.java
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Helper h = new Helper();
        h.sayHi();
    }
}

// 同一个文件中的非 public 类
class Helper {
    void sayHi() {
        System.out.println("Hi!");
    }
}

这些规则看起来比较啰嗦，这也是 Java 一直被人吐槽的地方。但好处是代码结构非常统一，看到任何 Java 项目都能很快找到入口在哪。

¶标准输出

System.out.println 用于在控制台打印一行内容。System.out.print 功能类似，但不会自动换行。

其中 printf 是格式化输出，%d 表示整数，%f 表示浮点数（%.2f 表示保留两位小数），%s 表示字符串，\n 表示换行。如果你学过 C 语言，会发现用法一模一样。

¶读取输入

有输出就有输入。Java 用 Scanner 类来读取用户的输入。Scanner 不是 Java 内置可以直接使用的类，需要用 import 语句引入，后面会专门讲 import 机制，现在只需要知道用 Scanner 之前要加这行就行：

Scanner 的常用方法就这几个：

上面的示例中，左下角的 stdin 区域就是模拟的用户输入，你可以修改输入内容再运行试试。

¶变量与数据类型

¶基本类型

Java 的基本数据类型有 8 种，最常用的是以下几种：

几个注意点：

long 类型的字面量要加 L 后缀（如 9999999999L），否则编译器会把它当成 int，超出 int 范围就会报错。

char 用单引号 'A'，String（字符串）用双引号 "Hello"，这两个不能搞混。

¶变量声明

Java 是静态类型语言，变量必须先声明类型才能使用：

// 先声明，后赋值
int x;
x = 10;

// 声明的同时赋值
int y = 20;

// 一行声明多个同类型变量
int a = 1, b = 2, c = 3;

Java 10 以后可以用 var 让编译器自动推断类型：

var name = "Java";   // 编译器推断为 String
var count = 100;     // 编译器推断为 int

var 只是语法糖，类型在编译时就确定了，不是动态类型。

¶类型转换

小类型可以自动转换为大类型（不丢精度），反过来需要强制转换：

特别注意整数除法：1 / 2 的结果是 0 而不是 0.5，因为两个 int 相除结果还是 int，小数部分直接丢掉。这在算法题中是个常见的坑。

¶运算符

¶算术运算符

取余运算符 % 在算法题中非常常用，比如判断奇偶（n % 2 == 0）、循环数组索引（i % n）等。

¶比较与逻辑运算符

比较运算符返回 boolean 值：==（等于）、!=（不等于）、<、>、<=、>=。

逻辑运算符用于组合布尔表达式：&&（与）、||（或）、!（非）。

¶三元运算符

条件 ? 值1 : 值2 是 if-else 的简写形式，条件为 true 返回值1，否则返回值2：

int a = 10, b = 20;
int max = (a > b) ? a : b;  // max = 20

¶位运算

位运算在处理二进制相关问题时非常高效，在算法题中可能会遇到。详细的位运算原理可以参考 常用的位操作，这里了解一下基本用法就可以了：

¶控制流

¶条件判断 if / else

¶for 循环

for 循环是最常用的循环，由三部分组成：for (初始化; 条件; 更新)。

¶while 循环

while 循环适合循环次数不确定的场景：

do-while 和 while 的区别是：do-while 先执行一次再判断条件，所以循环体至少会执行一次。实际中 do-while 用得很少，了解一下就行。

¶for-each 遍历

遍历数组或集合时，for-each 比普通 for 循环更简洁：

for-each 的限制是拿不到索引 i，也不能在遍历时修改元素。如果需要索引，还是用普通 for 循环。

¶break 和 continue

break 跳出整个循环，continue 跳过当前这轮、进入下一轮：

¶switch 语句

switch 适合对一个变量做多个值的判断，比一长串 if-else 更清晰：

注意每个 case 后面要加 break，否则会"穿透"到下一个 case 继续执行。

Java 14 引入了更简洁的 switch 写法，用箭头 -> 代替 case: break：

新语法不需要 break，也不会穿透。使用时看个人喜好吧。

¶小结

这篇介绍了 Java 的基础语法：程序结构、数据类型、运算符和控制流。这些是所有 Java 代码的基石。

下一篇我们来讲讲 Java 的 包与导入 机制，看看 import 语句在做什么，以及标准库都提供了哪些好用的工具类。