Java初階篇#3：基礎語法

本文是系列文章「Java 初階篇」的第三章，開始認識基礎語法。

1. Variable, Assignment

變數（Variable）、賦值（Assignment）是任何程式語言的基本概念。

int x; // 資料型態 變數名稱
x=5; // 將值指定給變數

int x = 5; // 可以寫成一行

變數的值可改變，例如int x = 10。
在 Java 中=（等號）是賦值的意思，將等號右邊的值放到等號左邊，例如：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 5;
        x = x + 1;
        System.out.println(x);
    }
}

輸出結果：

語法糖：x = x + 1可縮寫成x += 1。
變數名稱不能是數字開頭、不能是 Java 關鍵字。
常量（Constants）：指定義不能改變的量。加入 final 就可以設定 Constants Variable，例如：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        final double PI = 3.14;
    }
}

加入 final 後，PI 則不能被改變。

命名習慣 1：Constants 全部用大寫英文字母表示。
命名習慣 2：ClassMame 與 Variable 用 camelCase，例如numberOfMyAge。
命名習慣 3：Constants 過長，可用底線_分隔，例如MAX_VALUE。

2. Data Type

對電腦而言，資料都只是 0 跟 1，為了方便程式設計師作業，Java 會事先定義好一些資料類型（Data Type），分為基本資料類型（Primitive type）、參考資料類型（Reference type）。

Java 常見的資料類型有：

var：用於任何資料類型。
int：Integer 整數，使用 32bits 儲存數據。（範圍值：2^31-1 ~ -2^31）
long：整數，使用 64bits 儲存數據。
float：有小數點的數，使用 32bits 儲存數據。
double：有小數點的數，使用 64bits 儲存數據。
char：Character，單一字母。
String：a sequence of characters，字串。
boolean：true or false。

Primitive 資料類型：

Primitive 由 Java 預先定義，並保留關鍵字命名。
Java 支持的八種原始數據類型：byte、short、int、long、float、double、boolean、char。
除了八種原始數據類型之外，都是 Non-primitive。
常見的 Non-primitive 資料類型：String、Array、Arraylist、Class。
Non-primitive 資料類型都是大寫英文字母開頭，Primitive 資料類型都是小寫英文字母開頭。

Reference 資料類型：

只要是非 Primitive 的資料類型，都是屬於 Reference 資料類型。

數值範圍：

short：32767 ~ -32768
int：2147483647 ~ -2147483648
long：9223372036854775807 ~ -9223372036854775808
byte：127 ~ -128
float：3.402823e+38 ~ 1.401298e-45
double：1.797693e+308 ~ 4.900000e-324

2.1 Primitive type 與 Reference type 的差異

記憶體區間：

Global 全域：存放全域變數(Global variable)、靜態變數(Static variable)。
Stack 推疊區：存放可被預測的資料，如區域變數(Local variable)、方法的參數(Method parameter)、方法的回傳位址(Method return address)等。
Heap 堆積區：存放不可被預測的資料。

Primitive type：

int i ; // 宣告一個變數i，在stack區切一個int的空間，Java將其初始化為0。
i = 5; // 將整數5指定給變數i。

Reference type：

Human ken; // 宣告一個變數ken，在stack區切一個reference的空間，reference預定指向物件Human，Java將其初始化為null（無指向）。
tina = new Human(); // 「new」關鍵字利用建構子建構物件，將物件存放在Heap區，「=」指定運算子將Heap區的物件的地址指定給變數ken。

所以當你有了以上 Reference 的概念，就知道 Reference type 需要配合 new 關鍵字，而 Heap 區需要有物件實體，否則你會存取到 null 的物件變數。

3. String

字串（String）就是把字元串在一起，形成一種陣列，例如「ABCDEFG」。

【範例：將字串轉換為小寫】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String name = "Louis";
        System.out.println(name.toLowerCase());
    }
}

輸出結果：

louis

【範例：將字串轉換為大寫】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String name = "Louis";
        System.out.println(name.toUpperCase());
    }
}

輸出結果：

LOUIS

【範例：取字串的第一個字母】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String name = "Louis";
        System.out.println(name.charAt(0));
    }
}

輸出結果：

因為字母位置是 0、1、2、……、n - 1。

【範例：取字串最後一個字】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String name = "Louis";
        System.out.println(name.charAt(name.length() - 1));
    }
}

拿字串長度去減 1，得到最後一個字母的位置。輸出結果：

【範例：取得字串中某字母的位置】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String name = "Louis";
        System.out.println(name.indexOf('s'));
    }
}

用indexOf得到 s 的位置。輸出結果：

【範例：將字串轉換為整數】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String age = "33";
        System.out.println(Integer.parseInt(age));
    }
}

輸出結果：

4. Relational, Conditional Operator

Relational（關係）的 Operator（運算子）包含：==（等於）、!=（不等於）、>、<、>=、<=。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(1 == 1);
        System.out.println(1 != 1);
        System.out.println(!(1 == 1));
        System.out.println(!true);
    }
}

輸出結果：

true
false
false
false

Conditional（條件）的 Operator（運算子）包含：&&（and）、||（or）。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(true && true);
        System.out.println(true || false);
        System.out.println(false || false);
        System.out.println((6 > 4) && (3 < 1));
    }
}

輸出結果：

true
true
false
false

==用在 primitive data type 之間的比較。
.equals()Non-primitive data type 之間的比較。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Louis".equals("Louis"));
    }
}

輸出結果：

true

5. Arithmetic Operator

算術運算子（Arithmetic Operator）主要用作數字運算，常見的運算有：

number + number：加法 addition。
string + string：串接 concatenation。
number + string：串接 concatenation。
number * number：乘法 multiplication。
number * string：not valid。
int / int：gives you only integer result。
float / int：gives you a floating result。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(20 + 20);
        System.out.println("20" + "20");
        System.out.println(20 + "20");
        System.out.println((20 + "20").getClass().getName());
        System.out.println(20 + 20 + "20" + 20 + 20);
        System.out.println(20 * 20);
        System.out.println(5 / 10);
        System.out.println(9 / 10);
        System.out.println(9.0 / 10);
    }
}

輸出結果：

40
2020
2020
java.lang.String
40202020
400
0
0
0.9

6. if statement

if 語句用於決定是否執行某語句，若某條件為真，則執行語句，否則不執行。

【範例 1】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        boolean a = false;

        if (a) {
            System.out.println("a is true");
        } else {
            System.out.println("a is false");
        }
    }
}

輸出結果：

a is false

【範例 2】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int age = 25;

        if (age >= 0 && age <= 17) {
            System.out.println("你是小屁孩");
        } else if (age >= 18 && age < 30) {
            System.out.println("你是小鮮肉");
        } else if (age >= 30 && age <= 65) {
            System.out.println("你老了，回家吃自己");
        } else {
            System.out.println("回家養孫子");
        }
    }

}

輸出結果：

你是小鮮肉

7. 小試身手：BMI 計算機

【範例】

public class Main {
    private static final DecimalFormat DF = new DecimalFormat("0.00");

    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        System.out.print("輸入體重：");
        double weight = scanner.nextDouble();

        System.out.print("輸入身高：");
        double height = scanner.nextDouble() / 100;

        double bmi = Double.parseDouble(DF.format(weight / (height * height)));
        System.out.println("BMI：" + bmi);

        if (bmi < 18.5) {
            System.out.println("過輕");
        } else if (bmi < 24) {
            System.out.println("正常");
        } else if (bmi < 30) {
            System.out.println("微胖");
        } else {
            System.out.println("過胖");
        }
    }
}

輸出結果：

輸入體重：65.5
輸入身高：171
BMI：22.4
正常

在這範例中有用到 Scanner 物件做標準輸入（就是利用鍵盤輸入文字的意思），只要是想要跟使用者互動，請使用者進行輸入，就可以用 Scanner 物件。

Scanner 類別放在 java.util 套件中，所以我們要先在 class 外面做 import：

import java.util.Scanner;

再來看 System 物件裡面有靜態欄位「in」，可用來初始化 Scanner 物件。例如有個叫「i」的 Scanner 物件，讓他幫我們從標準輸入中拿資料進來：

Scanner i = new Scanner(System.in);

8. 小試身手：疫苗種類查詢

【範例】

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        String vaccine = JOptionPane.showInputDialog("輸入動物名稱（Dog, Cat, Duck）：");
        vaccine = vaccine.toLowerCase();

        if (vaccine.equals("dog")) {
            JOptionPane.showMessageDialog(null, "Dog\n出生國家：日本\n毛色：棕色\n個性：黏人\n可愛度：81%");
        } else  if (vaccine.equals("cat")) {
            JOptionPane.showMessageDialog(null, "Cat\n出生國家：德國\n毛色：橘色\n個性：兇巴巴\n可愛度：40%");
        } else  if (vaccine.equals("duck")) {
            JOptionPane.showMessageDialog(null, "Duck\n出生國家：美國\n毛色：白色\n個性：呆\n可愛度：79%");
        } else {
            JOptionPane.showMessageDialog(null, "無法辨別，請重新輸入");
        }
    }
}

9. Array and ArrayList

Array（陣列）：在單個變量中儲存多個值。

【範例 1：取位置 0 的字串】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String[] dog = {"a", "b", "c", "d"};
        System.out.println(dog[0]);
    }
}

輸出結果：

【範例 2：取位置 0、1、2 的字串】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String[] dog = new String[5];
        dog[0] = "a";
        dog[1] = "b";
        System.out.println(dog[0]);
        System.out.println(dog[1]);
        System.out.println(dog[2]);
    }
}

輸出結果：

a
b
null

ArrayList（動態陣列）：一個可調整大小的 Array。

【範例 1：取字串長度】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> dog = new ArrayList<>();
        dog.add("a");
        dog.add("b");
        dog.add("c");
        System.out.println(dog.size());
    }
}

輸出結果：

【範例 2：取位置 0 的字串】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> dog = new ArrayList<>();
        dog.add("a");
        dog.add("b");
        dog.add("c");
        System.out.println(dog.get(0));
    }
}

輸出結果：

【範例 3：將字串排序】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> dog = new ArrayList<>();
        dog.add("a");
        dog.add("c");
        dog.add("b");
        Collections.sort(dog);
        System.out.println(dog);
    }
}

輸出結果：

[a, b, c]

【範例 4：將字串清空】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> dog = new ArrayList<>();
        dog.add("a");
        dog.add("c");
        dog.add("b");
        dog.clear();
        System.out.println(dog.size());
    }
}

輸出結果：

10. 2D Array

【範例：大 Array 中放 4 個小 Array，每個小 Array 中放 3 個整數，輸出第 2 個小 Array 中的第 0 的整數】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] dog = new int[4][3];
        dog[2][0] = 10;
        dog[0][2] = 3;
        System.out.println(dog[2][0]);
    }
}

輸出結果：

11. For Loop

for 迴圈是一種控制語句，重複執行 Java 程式中的某部分。
語法糖：i = i + 1 => i += 1 => i++。

【範例 1：若 i 小於 6，則輸出 i，然後 i + 1】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 6; i = i + 1) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

輸出結果：

【範例 2：運用 for 迴圈輸出 Array 中的字串】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String[] dog = {"a", "b", "c", "d"};

        for (int i = 0; i <= dog.length - 1; i++) {
            System.out.println(dog[i] + " is a dog.");
        }
    }
}

輸出結果：

a is a dog.
b is a dog.
c is a dog.
d is a dog.

【範例 3：運用 for 迴圈的常見語法輸出 Array 中的字串】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String[] dog = {"a", "b", "c", "d"};

        for (String animal : dog) {
            System.out.println(animal + " is a dog.");
        }
    }
}

輸出結果：

a is a dog.
b is a dog.
c is a dog.
d is a dog.

12. while loop

while 迴圈是一種控制流語句，根據 boolean 條件，重複執行 Java 程式中的某部分。
使用時機：已知 loop 執行次數則用 for，不知 loop 執行次數則用 while。

【範例】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        while (i < 10) {
            System.out.println("Hello World! x " + i);
            i++;
        }
    }
}

輸出結果：

Hello World! x 0
Hello World! x 1
Hello World! x 2
Hello World! x 3
Hello World! x 4
Hello World! x 5
Hello World! x 6
Hello World! x 7
Hello World! x 8
Hello World! x 9

13. Nested Loops

巢狀迴圈（Nested Loop）：一個迴圈內放另一個迴圈。

【範例】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            for (int j = 3; j > 0; j--) {
                System.out.println(i + ", " + j);
            }
        }
    }
}

輸出結果：

0, 3
0, 2
0, 1
1, 3
1, 2
1, 1
2, 3
2, 2
2, 1
3, 3
3, 2
3, 1
4, 3
4, 2
4, 1
5, 3
5, 2
5, 1
6, 3
6, 2
6, 1
7, 3
7, 2
7, 1
8, 3
8, 2
8, 1
9, 3
9, 2
9, 1

14. break, continue

break：中斷
continue：繼續

【範例：break】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        while (true) {
            if (i == 5) {
                break;
            }
            System.out.println(i);
            i++;
        }
    }
}

輸出結果：

【範例：continue】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 15; i++) {
            if (i == 10) {
                continue;
            }
            System.out.println(i);
        }
    }
}

輸出結果：

15. 小試身手：終極密碼遊戲

【範例】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner s = new Scanner(System.in);
        int min = 0;
        int max = 100;
        Random r = new Random();
        int secret = r.nextInt(max - min) + min;
        System.out.println("number is " + secret);

        while (true) {
            System.out.print(min + ", " + max + ": ");
            int guess = s.nextInt();

            if (guess < min || guess > max) {
                System.out.println("please make a valid guess.");
                continue;
            }

            if (guess == secret) {
                System.out.println("You win!: " + secret);
                break;
            } else if (guess < secret) {
                min = guess;
            } else {
                max = guess;
            }
        }
    }
}

輸出結果：

number is 21
0, 100: 70
0, 70: 40
0, 40: 30
0, 30: 20
20, 30: 25
20, 25: 23
20, 23: 22
20, 22: 21
You win!: 21

16. static

關鍵字 static（靜態）用來修飾成員(屬性、方法、子類別)，將其成員變成靜態成員。有無 static 的差異在於載入記憶體的時機，只要一開始就存在於記憶體當中就稱為 static，而無 static 就是程式開始執行後才跟記憶體要求空間。

【無 static】

class Test{
  public static void main(String[] args){
    int i = 5;
    System.out.println(i);
  }
}

輸出結果：

【有 static】

class Test{
  static int i = 5;
  public static void main(String[] args){
    System.out.println(i);
  }
}

輸出結果：

17. Java GUI

【範例】

public class Main extends JPanel {

    @Override
    public  void paintComponent(Graphics g){
        g.drawString("ABC", 100, 100);
    }

    public static void main(String[] args) {
        JFrame window = new JFrame();
        window.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        window.setSize(300, 300);
        window.setContentPane(new Main());
        window.setVisible(true);
    }
}

18. drawLine, setColor, drawRect, fillRect

【範例：drawLine】

public class Main extends JPanel {

    @Override
    public  void paintComponent(Graphics g){
        g.drawLine(10,10,50,50);
    }

    public static void main(String[] args) {
        JFrame window = new JFrame();
        window.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        window.setSize(300, 300);
        window.setContentPane(new Main());
        window.setVisible(true);
    }
}

【範例：setColor】

public class Main extends JPanel {

    @Override
    public  void paintComponent(Graphics g){
        g.setColor(Color.RED);
        g.drawLine(10,10,50,50);
    }

    public static void main(String[] args) {
        JFrame window = new JFrame();
        window.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        window.setSize(300, 300);
        window.setContentPane(new Main());
        window.setVisible(true);
    }
}

【範例：drawRect】

public class Main extends JPanel {

    @Override
    public  void paintComponent(Graphics g){
        g.setColor(Color.RED);
        g.drawRect(100,100,50,70);
    }

    public static void main(String[] args) {
        JFrame window = new JFrame();
        window.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        window.setSize(300, 300);
        window.setContentPane(new Main());
        window.setVisible(true);
    }
}

【範例：fillRect】

public class Main extends JPanel {

    @Override
    public  void paintComponent(Graphics g){
        g.setColor(Color.RED);
        g.fillRect(100,100,50,70);
    }

    public static void main(String[] args) {
        JFrame window = new JFrame();
        window.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        window.setSize(300, 300);
        window.setContentPane(new Main());
        window.setVisible(true);
    }
}

1. Variable, Assignment#

2. Data Type#

2.1 Primitive type 與 Reference type 的差異#

3. String#

4. Relational, Conditional Operator#

5. Arithmetic Operator#

6. if statement#

7. 小試身手：BMI 計算機#

8. 小試身手：疫苗種類查詢#

9. Array and ArrayList#

10. 2D Array#

11. For Loop#

12. while loop#

13. Nested Loops#

14. break, continue#

15. 小試身手：終極密碼遊戲#

16. static#

17. Java GUI#

18. drawLine, setColor, drawRect, fillRect#

1. Variable, Assignment

2. Data Type

2.1 Primitive type 與 Reference type 的差異

3. String

4. Relational, Conditional Operator

5. Arithmetic Operator

6. if statement

7. 小試身手：BMI 計算機

8. 小試身手：疫苗種類查詢

9. Array and ArrayList

10. 2D Array

11. For Loop

12. while loop

13. Nested Loops

14. break, continue

15. 小試身手：終極密碼遊戲

16. static

17. Java GUI

18. drawLine, setColor, drawRect, fillRect