《Java程式設計與資料結構教程（第二版）》學習指導

圖書簡況
學習指導
第一章緒論
第二章資料和表達式
第三章使用類和對象
第四章條件和循環
第五章編寫類
第六章圖形使用者界面
第七章數組
第八章繼承
第九章多态
第十章異常
第十一章遞歸
第十二章算法分析
第十三章查找與排序
第十四章棧
第十五章隊列
第十六章樹
第十七章二叉排序樹
第十八章堆和優先隊列
第十九章圖
第二十章雜湊演算法
第二十一章資料庫
補充：Java I/O
補充：Java 多線程
補充：Java網絡程式設計
補充：Java安全
補充：Android開發

Java程式設計與資料結構教程（第二版） (Java Foundations,官網)是我們《程式設計與資料結構》課程的教材。本書頗具匠心地将程式設計、資料結構等相關課程内容有機地包含在一本書中，解決了這兩門專業基礎課不能很好地銜接的問題。本書将重點放在軟體開發實踐方面，使用資料結構的内容作為問題導引，在介紹經典算法的同時還介紹了如何用所學知識來解決實際問題。

需要說明的是本書英文版已經出了第三版,希望大家能參考學習。

這本書的内容來自作者John Lewis的另外兩本書： Java程式設計教程(Java Software Solutions,官網)和Java軟體結構與資料結構(Java Software Structures,官網)。這兩本書在學習也是重要的學習參考。

考慮到大家沒有上過《計算機導論》課程，推薦John Lewis參與編寫的一本計算機科學概論(Computer Science Illuminated)作為學習參考，這本書用洋蔥結構類比計算機結構，結構包含資訊層、硬體層、程式設計層、作業系統層、應用程式層和通信層，基于洋蔥結構深入剖析了計算系統的每個分層，然後讨論了計算的限制。書中還穿插了大量的人物傳記、曆史點評、道德問題和新的技術發展資訊，有助于大家進一步了解計算機科學。

傳回目錄

教材導讀

Windows下Java開發環境，對于初學者推薦「JDK + Vim + PowerCMD」。如果感覺學Vim有點困難，初期可以使用「JDK + Atom + PowerCMD」。

Windows學習Java程式設計，要先掌握幾個常用的DOS指令，參考Java程式設計的DOS指令基礎進行學習。

Linux下Java開發環境，對于初學者推薦使用「Git+JDK+Vim」.在Ubuntu中的安裝指令git,vim是：

sudo apt-get install git
sudo apt-get install vim

Linux 版JDK下載下傳後，使用

tar -xzvf jdk-8u121-linux-x64.tar.gz; mv jdk-8u121 ~/jdk

進行解壓,然後通過

vi .bashrc

添加下面幾行設定環境變量：

export JAVA_HOME=~/jdk
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH
export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/lib/dt.jar:$JAVA_HOME/lib/tools.jar

如果你用的是MacBook的macOS作業系統，就不用安裝Ubuntu虛拟機了，把macOS當Linux用就行了。

對于IDE(Integrated Development Environment,內建開發環境)，圖書上使用的是NetBeans，考慮到我們課程會涉及到Android開發，而用于Android開發的IDE Android Studio(CN)是在Intellij IDEA上建構的，是以我們上課推薦的IDE是Intellij IDEA。

Intellij IDEA是收費軟體，但對學生免費，可以到這裡申請免費使用。

這裡有IDEA的使用教程，包括不少視訊教程。IDEA的使用過程中要慢慢掌握常用的快捷鍵（哪個常用就刻意記憶一下，參考十大Intellij IDEA快捷鍵).IDEA的快捷鍵如下圖所示：

其他工具和教程參考「程式開發與資訊安全工具箱」。

課程相關資訊參考「《Java程式設計》課程教學」。

本章教學目标

了解Java程式設計語言
了解程式編譯運作的步驟
了解問題求解的一般方法
了解軟體開發的一般過程
了解面向對象技術相關概念

Java程式設計語言

Java平台：
- Java SE
- Java EE
- Java ME
類定義： public class XXX{}, 一定存為XXX.java
main方法的定義是固定的： public static void main(String [] args){}
Java中有三種注釋：

//單行注釋

/*
多
行
注
釋
*/


/**
文
檔
注
釋
*/

Java注釋通常要用完整的句子來寫，要展現意圖，說明為什麼這麼做，而不要說如何做的，下圖是注釋的一個反例，不要注釋明顯的東西：

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文檔注釋結合javadoc工具使用，如何寫參考How to Write Doc Comments for the Javadoc Tool.也可以參考這個文檔。教材附錄I中也有相關内容。
辨別符和保留字
- 圖1.1中的Java保留字不用死記硬背，在學習過程中逐漸通過了解和應用進行記憶
- Java中辨別符是大小寫敏感的
- Java辨別符命名的規則
  - 主要作為包、類、接口、成員方法、成員變量、常量、局部變量與參數等程式元素的名稱
  - Java語言規定：辨別符由字母、數字、下劃線、$組成，第一個字元必須是字母，其字元序列的長度不限，但不允許與Java關鍵字（保留字）、布爾類型值（true、false）和空值（null）相同
  - 辨別符中最好不使用貨币符（$），因為這些符号常被用于内部處理
  - 包、類、變量、方法等命名：要展現各自的含義
    - 包、類、變量用名詞
    - 方法名用動賓
  - 包名全部小寫：io，awt
  - 類名第一個字母要大寫：HelloWorldApp
  - 變量名第一個字母要小寫：userName
  - 方法名第一個字母要小寫：setName
  - 辨別符的長度“min-length && max-information”
    - Maxval PK maxValueUntilOverflow：太長也不好，3-5個單詞
  - 去元音法則（慎用，隻用約定俗成的）
    - returnValue->rtnVal
    - message->msg
  - 全局變量用具有描述性的名字，局部變量用短名字：單字元的名字，常見的如i,j,k等，作局部變量
  - 辨別符應當直覺且可以拼讀，可望文知意，不必進行“解碼”
    - 采用英文單詞或其組合，便于記憶和閱讀
    - 切忌使用漢語拼音來命名
    - 用詞要準确：例如“目前值”，CurrentValue不要寫成NowValue，更不要寫成dqz(目前值)
空白
- 寫代碼不是寫給機器的，是寫給人（程式員，甚至你自己）的，要注意可讀性
- 寫代碼要想寫書一樣，分章/節/段/句
  
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- 對比一下程式1.1, 1.2, 1.3, 這三個程式都可以編譯，運作，隻有1.1的可讀性最好
推薦圖書
- 程式設計實踐(The Practice of Programming)
- 程式員修煉之道(The Pragmatic Programmer)
- 代碼整潔之道(Clean Code)
- 實作模式 (Implementation Patterns)
- 編寫可讀代碼的藝術(The Art of Readable Code)
代碼規範
- 阿裡集團Java 代碼規約
- Google Java 代碼規範
- Oracle Java代碼規範

程式開發

馮氏結構與存儲程式
- 馮·諾依曼體系結構的要點包括：
  1. 計算機硬體應由運算器、存儲器、控制器、輸入裝置、輸出裝置5大基本類型部件組成；
  2. 計算機内部采用二進制來表示指令和資料；
  3. 将編好的程式和資料先存入存儲器中，然後再啟動計算機工作，這就是存儲程式的基本含義。
    
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- 計算機硬體的基礎是CPU，它與記憶體和輸入輸出裝置時行互動，從輸入裝置接收資料，向輸出裝置發送資料。CPU由運算器（算術邏輯單元ALU）,控制器和一些寄存器組成。有一個非常重要的寄存器中叫程式計數器（Programming Counter，PC），在IA32中是EIP，訓示将要執行的下一條指令在存儲器中的位址。C/C++程式員可以認為EIP是一個指針，它總是指向記憶體的某一塊區域，我們把這塊區域稱為代碼段。CPU就是從EIP指向的那個位址取過來一條指令執行，執行完了之後IP會自加一，執行下一條指令，然後再取下一條指令執行，像貪吃蛇一樣總是在記憶體裡邊吃指令。
- CPU和記憶體和I/O裝置通過總線相連接配接。記憶體中存放指令和資料。指令和資料的功能和處理上是不同的，但都可以用二進制的方式存儲在記憶體中。
- 馮·諾依曼體系結構的核心是「存儲程式」。馮諾依曼體系結構就是存儲程式計算機。
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- 上圖說明了“自動化”的要義
程式設計語言
- 機器語言：不同的CPU不同
- 彙編語言：機器語言的助記符
- 進階語言：可移植
- 第四代語言
編輯器/編譯程式和解釋程式
- Linux 指令行中可以使用 od -tx1c src/01intro/Lincoln.java 檢視源代碼的存儲情況
- 了解圖1.4, 了解Java 程式「一次編譯，到處運作」主要是有了位元組碼和JVM

開發環境
- JDK下載下傳位址在這, 相關文檔中說明了JDK，JRE，JVM的差別：
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- IDE： Intellj IDEA, 參考Intellj IDEA 簡易教程.
文法和語義
- 文法規定程式的格式。不合文法的程式是無法編譯的。
- 語義規定程式語句的意義。
錯誤
- 三類錯誤
  - 編譯時錯誤：文法錯誤，初學者易犯
  - 運作時錯誤：異常處理
  - 邏輯錯誤：要學會通過調試（debug）來定位錯誤（Java中使用JDB）
    - 自頂向下進行調試
    - 學會設定斷點（行斷點/函數斷點/條件斷點/臨時斷點）
    - 學會單步運作
    - 循環的調試
    - 函數的調試
    - 二分法定位錯誤

問題求解

軟體開發的核心是問題求解，編寫程式是為了解決問題。解決問題的能力是一切工作的根本。
一般步驟
- 了解問題
- 設計方案
- 考慮方案的選擇并優化方案
- 實作方案
- 測試方案并修改存在的問題

軟體開發行為

軟體開發
- 建立需求：做什麼？
- 生成設計：如何做？
- 實作設計：設計到代碼
- 測試：做對沒？
三種代碼
- 僞代碼
- 産品代碼
- 測試代碼
三個公式
- 程式 = 算法 + 資料結構
- 軟體 = 程式 + 軟體工程
- 軟體企業 = 軟體 + 商業模式
推薦圖書：
- 建構之法(電子版)
- 代碼大全(Code Complete)
- 代碼閱讀

面向對象程式設計

概念：
- 對象
- 類
- 屬性
- 方法
面向對象三要素：封裝，繼承，多态
繼承可以複用，更重要的是用繼承實作多态；封裝是繼承的基礎；繼承是多态的基礎。
- UML精粹(UML Distilled)

自測題

練習一下，并對照答案查漏補缺
每周測試會有題目出現
SR1.8:
- OO基本元素：對象，類，封裝，繼承，多态；繼承可以複用，更重要的是用繼承實作多态；封裝是繼承的基礎；繼承是多态的基礎。

練習

會在每周考試中展現

程式設計項目

至少完成 PP1.1, PP1.2

動手實踐

p2 Linconln.java
- 按前面的目錄結構，我的工作目錄如下（你要用自己的學号姓名資訊建目錄）
  
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- 代碼編輯我們推薦使用Vim或Atom,Vim學習參考做中學之Vim實踐教程,如上圖，我們使用 vim src/01intro/Lincoln.java 來編輯Lincoln.java，注意類名和檔案名要一緻，注間1與l的差別:

//********************************************************************
// Lincoln.java Java Foundations
//
// Demonstrates the basic structure of a Java application.
//********************************************************************
public class Lincoln{
    //-----------------------------------------------------------------
    // Prints a presidential quote.
    //-----------------------------------------------------------------
    public static void main (String[] args){
        System.out.println ("A quote by Abraham Lincoln:");
        System.out.println ("Whatever you are, be a good one.");
    }
}

- 教材上的代碼風格值得學習，代碼學習如何進行注釋，類定義，方法定義。
- 代碼編譯指令：`javac src/01intro/Lincoln.java -d ./bin`
- 代碼運作指令：`cd bin;java Lincoln;cd..`; 如下圖：

Java8 規範
Java 官網
OpenJDK 官網
JDK下載下傳
Java SE - Change in Version Numbering Scheme
Java8 Documents
Java8 API
The Java Tutorial

拓展

計算機科學概論(Computer Science Illuminated)第一部分，第三部分

字元串

print, println, printf
- printf見拓展内容
- println == printf("\n")
幫助文檔的使用
- 參考積極主動敲代碼，使用JUnit學習Java
字元串連接配接 +
轉義字元 ''

變量和指派

變量：變量名和變量值與記憶體的對應
指派
常量：final
- 全大寫
- DRY
- 消除魔數（Magic Number）

基本資料類型

8 種基本類型(byte,short,int,long,float,double,boolean,char)
- 6種數字類型(byte,short,int,long,float,double)
- 4種整數類型(byte,short,int,long)，
- char占兩個位元組
- boolean隻有true和false
注意取值範圍和溢出（圖2.2）
- 整數是補碼表示的（負數取反加一）
- 浮點數參考IEEE754标準:誰用Java寫個轉換器有加分
  - float
  - double
  - 另一個電腦
  - 表示過程
字面量
- 23 預設是int 類型
- 23l和23L是long類型（注意l和1的差別，long類型隻用L綴）
- 23.0 預設是double類型
- 23.0f和23.0F是float類型

表達式

算術運算
- +
- -
- *
- /
- %: 密碼學上常用
關系運算：注意不要對浮點數進行相等性運算，可以試試 1.0-0.7==0.3 ?
- >、>=、<、<=、==、!=
- Conditional Operator：條件表達式？成立時傳回值：失敗時傳回值
邏輯運算：運算結果是boolean值：true Or false
- 與(&&)
- 或（||）
- 非（！）
位運算位運算（P486附錄D.1）:運算結果為位串（位向量），常用于掩碼（Mask）運算
- 與（&）：全1為1，有0則0
- 或（|）：全0為0，有1則1
- 非（~）:書上說是 補碼 ，按我們的習慣應該是 反碼
- 異或（^）：相同為0，不同為1
- 左移（<<）：最右補0
- 算術右移（>>）：右移後，正數最高位補0，負數最高位補1
- 邏輯右移（>>>）：右移後，最高位總是補0
自增，自減（上下兩行的差別）
- i++,i--
- ++i,--i
- =
- +=, -=, *=, /=, %=，&=, |=, ^=, <<=, >>=
運算符優先級（不用刻意記）
- 除了先乘除後加減，其他的用()
- 注意()的作用

資料轉換

加寬和縮窄
- 縮窄要進行強制類型轉換
三種轉換
- 指派轉換
- 提升
- 強制類型轉換

讀輸入資料

标準輸入System.in
标準輸入System.out
輸出
- System.out.print
- System.out.println
- System.out.printf
輸入
- Scanner

至少完成PP2.2, PP2.4, PP2.6, PP2.80, PP2.10
自己寫的代碼找一個同學用用，看看能發現什麼問題

每章有一些代碼段，同學們可以自己建一個測試類把書上的代碼段輸入到main方法來運作一下這些代碼，比如第二章可以通過 vi Ch02Test.java 建個測試類

public class Ch02Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

p21 Countdown.java
- 加點代碼用用printf,與print,println對比一下
p22 Facts.java
p23 Additions.java
p24 Roses.java
p25 Pianokeys.java
p26 Geometry.java
p33 TempConverter.java
p38 Echo.java
- 加點代碼看看8種基本類型都怎麼輸入
p39 GasMileage.java
- 本章代碼不少數是固定的，如何修改一下上面的代碼，讓使用者進行輸入

printf：教材3.6節
計算機科學概論(Computer Science Illuminated)第二部分

建立對象

基本資料類型與引用類型（類類型，自定義類型）
Java API: p49類庫，前面第一章開發環境的講解
- 開發程式時類庫非常有用
- 學習Java，很大程度上要學習Java的API
new：傳回指向建立對象的引用
- String s = new String();
  - s是引用，在棧上
  - new String()在堆上生成對象
- 别名：引用儲存的記憶體位址
  - 多個引用變量可以指向同一個對象

String 類

建立字元串最常用的方式不是使用new,而是用字元串指派
參考積極主動敲代碼，使用Junit學習Java程式設計：常看直到掌握學習方法
什麼是方法？參考P112 方法的解析
- 方法調用：對象名.方法名(參數)
- 方法需要對象調用，不同的對象決定着同一方法調用的不同結果

包

大型項目：子系統
Java API是按包分組的,p50圖3.2
- 重點：java.lang,java.util,java.math.java.io,java.net,java.sql,java.security，java.text...
package與import
- 編譯運作
  - javac -d . XXX.java
  - java xx.xxx.XXX
- java.lang包中的類自動import到每個程式中

Random類

密碼學中意義重大
僞随機數生成器執行複雜的計算産生随機數
Math.random()更友善

Math類

Math類中的方法都是static的可以用Math.XXX()來調用。

格式化輸出

NumberFormat
DecimalFormat
print,println,printf

枚舉類型

enum與final
枚舉是類型安全的，可以保證不會使用非法的值
枚舉序數從0開始

包裝類

基本類型與引用類型
包裝類是一種特殊的基本類型，能夠按對象的方式處理基本類型。
- p60 圖3.7
字元串與數字的轉換
- String.parse()
- “”+20
- 數字解析：Integer.parseInt(“20")
自動包裝（autoboxing）與拆包（unboxing）
- 自動包裝提供基本資料類型與對應包裝類之間的轉換

至少完成PP3.1,pp3.3,pp3.5
要有一個結對學習的夥伴

每章有一些代碼段，同學們可以自己建一個測試類把書上的代碼段輸入到main方法來運作一下這些代碼，比如第三章可以通過 vi Ch03Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

p48 StringMutation.java
- 參考積極主動敲代碼，使用Junit學習Java程式設計
- 學習String類的幫助文檔
- 參考幫助文檔加點代碼
- 調用一些新方法
p51 RandomNumbers.java:Random類
- 學習Random類的幫助文檔
- 修改代碼生成自己想要的範圍
- 密碼學中常用
p53 Quadratic.java：Math類
- 學習Math類的幫助文檔
- 測試一些新的方法
p55 Purchase.java: NumberFormat類
- 注意這Numberformat類生成對象沒用使用new,使用了工廠方法
- 定義常量消除魔數（magic numbers）:DRY
p56 CircleStats.java:DecimalFormat類
p58 IceCream.java: enum

學習Java要學會使用Java API
在Windows下一定要下載下傳CHM格式的Java API，這個版本具有檢索功能，使用非常友善
macOS中下載下傳Dash

參考「Java：String、StringBuffer和StringBuilder的差別」，特别是其中的「使用政策」
參考「java中String、StringBuffer、StringBuilder的差別」

布爾表達式

控制流：順序（存儲程式）／分支（條件語句，特殊情況）／循環（自動化）
分支和循環：依賴布爾表達式
相等與關系運算
- 主要用于整數（byte,short,int,long）
- 結果是boolean類型
- 注意優先級，善用“()”
邏輯運算符
- 了解真值表
- 了解短路
- 所有複雜的邏輯表達式都可以用“與或非”來表達（最大項，最小項）

if語句

Linux 下可以用dia(sudo apt-get install dia) 來畫流程圖
縮進有利于提高代碼可讀性（vim中 :set ai）
if
if...else
塊語句
- 完成複雜功能
- 縮進不能代替{}
三元條件運算符
if...else if ... esle
- else的就近原則

資料比較

浮點數的比較：使用公差
字元比較：Unicode順序
- ASCII表中的大小寫字母，數字要熟記編碼
對角比較：equals

switch語句

在Java7之前，switch隻能支援 byte、short、char、int或者其對應的封裝類以及Enum類型。在Java7之後，支援String
switch與嵌套if的等價轉換
- MESE原則 (Mutually Exclusive Collectively Exhaustive，“互相獨立，完全窮盡”)
- break
- default

while語句

循環不變式
避免死循環（Ctrl+C退出）
嵌套的循環
- break可以跳出多重循環
break與continue的差別

疊代器

Java Collection中會細講
此處了解就行

do 語句

do ... while

for 語句

與while等價
for(;;)死循環
for-each了解

至少完成PP4.1, PP4.8, PP4.15

每章有一些代碼段，同學們可以自己建一個測試類把書上的代碼段輸入到main方法來運作一下這些代碼，比如第四章可以通過 vi Ch04Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

p68 Age.java: if 語句
- 定義常量MINOR，不要使用magic number
- 可以把代碼下面的内容輸入測試一下
p70 Wages.java: if...else
- MESE
- if 和 else下面的代碼換換位置，if語句如何改寫？
P71 Guessing.java: 塊語句
p74 MinofThree.java:嵌套的if
- 臨時變量的min的使用看懂，能力會大大增強
- 嘗試寫一段代碼把int a; int b;的值交換一下
p78 GradeReport.java: switch
- switch 和if 等價，嘗試用if改寫本代碼
- 嘗試用switch...case改寫上面的代碼
p80 Average.java: while
- Scanner中nextInt後不能緊接着nextLine
p82 WinPercentage.java ：輸入驗證
- 代碼的健壯性（Robust）
- 錯誤處理在程式設計中很重要
- 引發安全問題的錯誤代碼叫漏洞
p84 PalindromTester.java:嵌套的循環
- 處理複雜情況
- 嘗試輸入一個非常長的字元串，多長程式會崩潰？
p87 URLDissector.java: Scanner讀檔案
- 了解一下Linux輸入重定向
- 查幫助文檔學習File類
- 學習一下Linux下的stat,cat指令
- 深入學習一下 ls -l
p90 Reverse.java : do...while
- 用while改寫一下本代碼，功能不變
- 用for改寫一下本代碼，功能不變
p92 Multiple.java:for
p93 Multiple.java:嵌套for

卡諾圖
查表法

再談類和對象
- 類：自定義類型
- 類是對象的藍圖
- - 狀态：屬性
  - 行為：操作
類的設計：抽象
- 名詞
  - 類：複數
  - 對象：單數
  - 屬性：
- 支撐類
- 代碼複用：站在前人的肩膀上
  - 系統類庫
  - 開源類庫
  - 購買
- 職責配置設定，方法設計
  - 動詞
  - 方法放入哪個類中？
  - SRP（單一職責原則）
類的剖析
- 變量的作用域：程式中能引用變量的區域
- 執行個體資料的
- UML類圖
  - 關聯
封裝
- public ,private
- 可見性在UML中的表達
方法的剖析
- 參數的設計：程式中的變化部分
  - 形參
  - 實參
- return:傳回值
- 局部資料
靜态類成員
- 類成員
- 類.類成員引用
類關系
- 依賴
- 聚合
- UML中的表示
- this
方法設計
- 方法的分解
- 參數傳遞：
  - 傳值
  - 傳引用
方法重載
- 參數類型與數量
- 不管傳回值
測試
- 代碼評審，走查
  - 結對
- 缺陷測試：品質保證
- 單元測試：子產品測試
  - 測試代碼不少于産品代碼
  - 積極主動敲代碼，使用JUnit學習Java
- 內建測試：系統大元件的正确性
  - 回歸測試
- 系統測試：與需求的緻性
  - alpha 測試
  - beta 測試
- TDD：測試驅動開發
  - refactor: 重構
調試
- 使用JDB調試Java程式
- IDEA中調試

至少完成PP5.3，PP5.6, PP5.13

每章有一些代碼段，同學們可以自己建一個測試類把書上的代碼段輸入到main方法來運作一下這些代碼，比如第五章可以通過 vi Ch05Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

p103 SnakeEyes.java: 定義測試類
p104 Die.java: 定義類
- 以上兩個代碼要放同一個檔案夾下
- 一類一檔案
- javac -d bin src/05class/*.java
- 方法注釋
- public String toString()上面加個@Override:自己寫的所有的類最好都有toString()方法
  - Dia d; Systerm.out.println(d)等價于Systerm.out.println(d.toString())
- PP5.10
- UML模組化
p109 CountFlips.java: 定義測試類
P110 Coin.java: 定義類，通路控制
- 修改代碼試試public ,private的不同
- PP5.1
- PP5.2
- PP5.3
p113 Transactions.java: 定義測試類
p114 Account.java:定義類，方法
- P114輸出結果有誤
- PP5.12
P120 SloganCounter.java: 定義測試類
P121 Slogan.java: 定義類，static
- 靜态成員能用對象引用嗎？
- public static 定義常量
P123 RationalTester.java: 定義測試類
P124 RationalNumber.java:定義類，有理數
- 注意加減乘除的定義，隻有一個參數
P129 PigLatin.java:
P130 PigLatinTranslator.java
- private 方法
- 方法分解
P132 ParameterTest.java: 定義測試類
P133 ParameterModifier.java: 定義類
P134 Num.java: 工具類
- 函數參數傳基本類型和引用類型的不同
- 用JDB跟蹤一下

面向對象設計的SOLID原則

第六章圖形使用者界面（自學，不納入考試）

GUI四要素（元件，容器，布局，事件）
- 有哪些元件？
- 有哪些容器？元件要放在容器中
- 有哪些布局？元件要放在容器中的什麼位置
- 如何進行事件處理？
元件
容器
布局
事件
- 事件處理的四種方式
GUI設計

至少完成PP

數組容納相同類型的多個元素，友善我們用循環統一處理。

數組元素
- 在記憶體中如何存放
- Java中數組索引從0開始
數組的聲明及使用
- Java數組是對象，要用new執行個體化,new指定大小，之後數組大小不能改變
  - int [] arr = new int[11];
  - int arr [] = new int[11]
- Java中訪數組元素不能越界，用數組的length屬性控制
- for each文法
  - for( int i ： arr) {System.out.pintln(i);} 等價于
  - for( int i=0; i<arr.length; i++ ) {System.out.pintln(arr[i]);}
- []的優先級最高
- 第一次聲明數組可以使用初值表代替new執行個體化數組
  - int[] scores = {99, 100, 85};
- 數組可以作為方法的參數
對象數組
- 對象數組的執行個體化，隻是配置設定了儲存引用的空間，每個元素中儲存的對象還必須分别執行個體化
  - String [] words = new String[5]:一個String對象也沒有
指令行參數
- args[0]的值是類名
- args是字元串數組
變長參數表
- 變長參數必須是方法的最後一個參數
二維數組
- 多元數組
  - 二維數組是一維數組的數組
    - M*N的表：int[][] arr = new int[M][N];
    - 用嵌套循環周遊
  - 三維數組是二維數組的數組
  - ...
- 鋸齒狀數組

每章有一些代碼段，同學們可以自己建一個測試類把書上的代碼段輸入到main方法來運作一下這些代碼，比如第七章可以通過 vi Ch07Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

p204 BasicArray.java : 數組
- 兩種for文法
- 嘗試修一下代碼，用for...each初始化
- 常量定義消除魔數
p206 ReverseOrder.java: length
- length的使用
- 嘗試列印 numbers[numbers.length]的值
- for中，索引可增可減
p207 LetterCount.java： String是字元數組
- 檢視API文檔，學習String類中的相關方法
- 如何判斷一個字元的範圍？
- current - 'A' 是幹嗎的？
- 使用Character類的isUpperCase和isLowerCase方法改寫代碼
p210 Prime.java: 初值表
p212 GradeRange.java : 對象數組，測試類
p212 Grade.java:
- 自定義類一般都要有toString()
- 用對象初值表初始化對象數組
p213 Tunes.java :對象數組，測試類
p215 CDCollection.java: 數組管理
p216 CD.java
- CDCollection可以用ArrayList替換，改寫一下Tunes.java
p218 CommandLine.java: args數組
- 期望java CommandLine 1 2 3 輸出1，2，3的和，如何改代碼？
p219 VariableParameters.java: 變長參數，測試類
p220 Family.java:
- 變長參數和數組什麼關系？
p221 TwoDArray.java: 二維數組
- for...each改寫代碼
p222 SodaSurvey.java: 初始值表初始化二維數組
- 不定義常量用for...each寫代碼可行嗎？

學習java.util.Arrays
學習java.util.ArrayList

建立子類
- extends
- 繼承的作用之一是代碼複用
- 繼承建立了ISA關系
  - 正方形能繼承長方形嗎？
- UML類圖中的繼承表示
- proteced
- super與this
  - 常用于調用構造方法
- Java隻支援單繼承
方法的重寫（Override）
- 重載與重寫的差別
- 子類中的方法與父類一樣是重寫，可以用@Override從文法上保證
- 子類中的方法與父類參數不一樣是重載
- 避免隐藏變量
類層次
- 類層次中公共特性放父類中
  - Java API學習要明白類層次關系
  - 學習從父類學起效率高
- Object類是所有類的父類
  - toString()
  - equals()
  - hashCode()：與equals一起使用
  - 《Java程式設計與資料結構教程（第二版）》學習指導
- abstract 與抽象類
  - 抽象類表達抽象概念，不能用new執行個體化
  - UML中的抽象類
  - 抽象類的子類
    - 實作父類的抽象方法變成具體類
    - 不實作父類抽象方法仍要用abstract修飾
可見性
- public protected 包 private 四種通路控制的差別
- 《Java程式設計與資料結構教程（第二版）》學習指導
設計繼承
- final 禁止繼承

每章有一些代碼段，同學們可以自己建一個測試類把書上的代碼段輸入到main方法來運作一下這些代碼，比如第八章可以通過 vi Ch08Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

p229 Words.java: 測試類
p230 Book.java: 父類
p230 Dictionary.java：子類
- 體會ISA
- UML圖在StarUML中畫一下
p232 Words2.java: 測試類
p233 Book2.java: 父類
p234 Dictionary2.java：子類
- super
p235 Messages.java: 測試類
p236 Thought.java：父類
p236 Advice.java：子類
- Override
- Advice dates = new Advice(); 改成 Thought dates = new Advice();結果會怎樣？
p240 FoodAnalyzer.java : 測試類
p241 FoodItem.java:父類
p241 Pizza.java:子類
- private

如何重寫hashCode()和equals()方法

後綁定
- 多态引用在不同的時候可以指向不同類型的對象
  - 用父類聲明引用，用子類生成對象，就産生了多态
- 多态引用運作時才将方法調用與它的定義綁定在一起
通過繼承實作多态
- 引用變量可以指向聲明繼承于它的任意類的任何對象
- 對象的類型，而不是引用的類型，決定調用是方法的哪個版本
接口
- interface,implements 等價于class,extends
- 接口是一組抽象方法，與抽象類一樣不能被執行個體化
- 接口層次
  - 接口可以繼承接口
  - 類可以實作接口，但不能繼承接口
- Comparable接口
  - compareTo()
- Iterator接口
  - hasNext()
  - nextZ()
通過接口實作多态
- 和class一樣，接口可以用來聲明對象引用變量
- 接口引用可以指向實作這個接口的任意類的作何對象
- 方法的參數可以是多态的
- 9.4.1不用看

vi Ch07Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

p248 Firm.java: 測試類
p249 Staff.java: 測試類
p251 StafMemeber.java:父類
p251 Volunteer.java:子類
p252 Employee.java:子類
p253 Executive.java:子類
p253 Hourly.java:子類
- 了解P248的UML圖
- 産生多态的是StaffMember中的pay()
- PP9.1
- PP9.2
p255 Encryptable.java: 接口
p255 Secret.java: 實作接口
p257 SecretTest.java: 測試類
- 了解P257 UML 圖
- shift是密鑰
- message是明文和密文
- PP9.4

凱撒密碼

異常處理
- 錯誤和異常代表不常見的或不正确處理的對象
- 錯誤（Error）不用捕獲
- 處理異常
  - 不處理，程式崩潰
  - 在異常發生的地方處理
  - 在程式的其他地方處理
不捕獲異常
- 程式中出現異常不捕獲異常，程式會崩潰
- 抛出異常時輸出的消息提供方法調用棧的的軌迹
- 調用棧跟蹤（call stack trace）
  - 第一行給出原因，異常類型
  - 棧的第一行給出産生異常的代碼（這個般就是産生異常的原因）
try-catch 語句
- Java中把正常流程放try塊中，錯誤（異常）處理放catch塊中
- 每個catch 子句處理try塊中可能抛出的一種特定類型的異常
- API文檔中帶throws的必須使用try...catch,如下圖
  
  《Java程式設計與資料結構教程（第二版）》學習指導
- 注意多個catch一定把父類放後面處理
- finally：總會執行，用于資源管理
異常傳播
- 如果沒有在異常發生處捕獲及處理，異常會被傳播給調用的方法
- catch or throw?（如果要産生異常，程式員必須仔細考慮如何及在哪裡處理異常）
  - throws:自己無法處理,用在方法聲明
  - throw：方法中抛出Checked Exception，方法聲明中必須有throws
異常類的層次
- Error及其子類寫程式不用處理，最多留個日志
- Java異常處理是要處理 Exception 類及其子類（Checked Exception）
  - RuntimeException 及其子類也不用處理(Unchecked Exception)，是免檢異常
  - 産生 RuntimeException 的問題在調用代碼
  - 參考Design by Contract (DBC) 契約式設計
- Multi-catch:類之間不能有繼承關系
《Java程式設計與資料結構教程（第二版）》學習指導
- 學習Java API時一定對上層的類好好研究，學習，再學習和應用子類時就比較容易了
- 自定義異常
I/O異常
- 先學習I/O
  - 幾乎所有的IO API都可能抛出異常
- 流是位元組序列
  - 位元組流
  - 字元流
- 标準流
  - System.in
  - System.out
  - System.err

vi Ch07Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

p265 Zero.java: 除0異常
- 用try...catch 修改一下代碼，保證程式不崩潰，最後一行能列印出來
p267 ProductCodes.java
- 查找API文檔，了解StringIndexOutOfBoundsException, NumberFormExcetion産生的原因
- 代碼中哪些方法會導緻上面兩個異常的産生
- 了解substring兩個參數的含義
p269 Propagation.java: 測試類
p269 ExceptionScope.java: 異常傳播
- 先想一下運作結果，再跟實際比較一下
- level3 ->level2 ->level1才處理
- 了解棧調用跟蹤的資訊
p271 CreatingExceptions.java: 自定義異常的測試類
p272 OutOfRangeExcepton.java: 自定義異常類
- 自定義異常用throw抛出
- 什麼時候使用異常，要好好思考
p274 TestData.java: IO異常
- 寫入文本檔案

遞歸思想
遞歸程式設計
使用遞歸

vi Ch07Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

算法效率
增長函數和大O符号
比較增長函數

vi Ch07Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

查找
排序
分析查找和排序算法

vi Ch07Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

集合的介紹
棧集合
繼承，多态和泛型
棧的ADT
使用棧：計算字尾表達式
異常
使用數組實作棧
ArrayStack類
将引用作為鍊
管理連結清單
沒有鍊的元素
使用鍊實作棧
使用java.util.Stack 類實作棧

vi Ch07Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

隊列ADT
使用隊列：編碼K值
使用隊列：模拟票務櫃台
實作隊列：使用連結清單
實作隊列：使用數組

vi Ch07Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

樹
樹的周遊
樹的實作政策
二叉樹的實作
決策樹

vi Ch07Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

二叉查找樹
二叉查找樹的實作
平衡二叉查找樹

vi Ch07Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

堆
堆的實作
堆排序
優先隊列

vi Ch07Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

無向圖
有向圖
帶權圖
常用的圖算法
圖的實作政策

vi Ch07Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

哈希方法
哈希函數
解決沖突
從哈希表中删除元素
Java Collection API中的哈希表

vi Ch07Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

資料庫介紹
建立與資料庫的連結
建立并修改資料庫表
查詢資料庫
插入/檢視及更新資料
删除資料和資料庫表

vi Ch07Test.java

public class Ch03Test {
    public static void main(String [] args) {
        
    }
}

參考資料

Java程式設計與資料結構教程（第二版） (Java Foundations,官網)
《Java學習筆記(第8版)》學習指導

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《Java程式設計與資料結構教程（第二版）》學習指導

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目錄

教材導讀

相關連結

本章教學目标

Java程式設計語言

程式開發

問題求解

軟體開發行為

面向對象程式設計

自測題

練習

程式設計項目

動手實踐

拓展

字元串

變量和指派

基本資料類型

表達式

資料轉換

讀輸入資料

建立對象

String 類

包

Random類

Math類

格式化輸出

枚舉類型

包裝類

布爾表達式

if語句

資料比較

switch語句

while語句

疊代器

do 語句

for 語句

第六章 圖形使用者界面（自學，不納入考試）

第六章圖形使用者界面（自學，不納入考試）