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前言

上一篇文章 手写的第一个 Java 应用程序，执行的时候发生了什么，我们用 Java 做了实践编程，并简单了解了它运行的原理。但这些还只是表象和皮毛，Java 的知识博大而精深，需要慢慢深入理解和领会，蜗牛就带大家来啃这块硬骨头吧！

学习一门新知识，基础是最重要的。就像起一座大楼，地基打的够坚实，大楼才会更稳固。另一个角度讲，所有的复杂都是简单元素的加工和组合，百变不离其宗，基础就是这种简单元素。

所以，我们先来学习下 Java 最基础的部分！

Java 程序的结构

学习一个新东西，我建议先看它的结构，这样有了整体的认知之后，再去学习细节，就能更好的认识到每个细节点在整体中的位置和作用，可以更好的理解整体和局部之间的关系。

比如我们现在学的是 Java 程序语言设计，那它的表现形式就是 Java 代码。写一个能跑的 Java 程序，那就需要写个 class，class 里要有个 main 方法，这样就构成了一个完整的 Java 程序。

其实我们上篇提到的 HelloWorld 程序就是一个完整的 Java 程序，它由访问修饰符、类类型、类命名、main 方法、执行语句、花括号和注释这几个核心要素构成。

很清晰！带你图解 Java 程序的结构，变量和类型 - 图2

访问修饰符决定了被修饰对象的可访问范围，被修饰对象可以是类、变量和方法，访问范围的标识有 public、protected、缺省和 private。

类类型表明当前类的类型，有 class(普通类)、enum(枚举类)、interface(接口类)和 @interface(注解类)。

类名是当前类的标识，通过它来区别其它类。命名的时候一般大写字母开头，可以是字母数字下划线的组合，不过最规范的是大写字母开头的驼峰式命名。

main 方法是 Java 程序必备的一个东西，它是 Java 程序的执行入口，声明也是固定的。

执行语句就是我们要编写的程序逻辑了，每条语句都要用 ; (分号)结束。

花括号 {} 代表了当前内容的作用域，它总是成对出现。比如 HelloWorld 后边的 {} 里的内容，就只影响到当前这个 class，main(String[] args) 后边的 {} 里的内容，就只影响到当前这个 main 方法。

注释是对代码逻辑的解释，它不是写一个 Java 程序必备的，也不会被编译到字节码文件里。但在我的经验里，有它比没有它强，因为代码虽说是给机器执行的，但却是给人看的，好的代码注释，是能够提升代码的可读性和可维护性的。我这个例子里写的注释有类注释、方法注释、行注释和多行注释。

变量和数据类型

变量

HelloWorld 程序一般用来辅助我们判断自己环境有没有配置好，如果 HelloWorld 能运行，就说明我们 Java 环境是好的，就可以专心编程和调试了。

编程躲不开的一个概念就是变量。

什么是变量呢？顾名思义，就是变化的量，这个概念起源于初中数学的代数，比如方程式中的 x 和 y 都是变量，x 是自变量，y 是因变量，如果基于一定的规则，只要给定一个 x 的值，就一定能得到 y 的值。

  1. y = x + 1

这就非常契合我们编程的场景了，给一个输入，跑一下程序，就能得到一个确定的输出。至于输出什么样的值，取决于这个程序要实现的功能以及给定输入的值。

我们回过头来看下刚才那个方程式 y=x+1 ，如果没有限定的话，x 其实可以是整数，也可以是小数，还可以是字符串。可是如果是个字符串，就无法按数学规则进行运算了。所以即便是方程式的场景，一般也会约定变量的一个类型，比如 x 是个整数。

同样的，反映到 Java 里，Java 是一种静态类型语言，这意味着每个变量和每个表达式在编译时就需要知道类型。如果我们想定义一个变量 x，就需要指定一下它的类型，以便能够通过编译以及进行后续的运算。

这也是 Java 变量的一个原则：先定义后使用，定义必须指定数据类型。

比如较小的整数可以用 byte num; 表示。变量也可以做赋值操作，比如 num = 10; 就把 10 这个整数赋值给了 num 这个变量。另外，变量也支持传递，比如 byte num2 = num; 就是把 num 的值传递给了 num2。

很清晰！带你图解 Java 程序的结构，变量和类型 - 图3

在计算机上，CPU 负责计算，内存负责存储待计算的数据。上图的方块你可以理解成一块内存，你会发现它是一块一块的，这就是内存的基本单位——byte(字节)。一个字节是 8 bit(位)，也就是一个字节能容纳二进制 00000000~11111111 所有的数字。

我们的程序也是字节维度使用内存，而内存空间是有限的，就需要有指标能衡量待存储的数据大小，以避免内存超限而引起程序崩溃。

因此，程序运行的时候，需要告诉内存，我要申请多大的内存空间，也就是图里面会用多少个小方块，其次是我存的值是什么，也就是图里面小方块里的值。我们的变量 num 就是申请了一个字节的空间，然后存了数字 10。

那么如果 num 要用的值超过了一个字节的限度，我们其实就无法使用 byte 这个数据类型了，就需要定义一种新的数据类型来支撑，好在 Java 已经帮我们做好了这件事！

类型的种类和值

那 Java 支持哪些数据类型呢？

在 Java 的世界里，有基本类型和引用类型两种。相应地，有两种数据值可以存储在变量中，作为参数传递，由方法返回，并对其进行操作: 原始值和引用值。

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基本类型和值

我们先看下基本类型。

分类

基本数据类型在 Java 里可分为布尔类型和数字类型两大类：

大类类型 细分类型 关键字 内存占用 取值范围
布尔类型 布尔类型 boolean 1 字节或 4 字节 true 和 false
数字类型 整型类型 byte 1 字节 很清晰！带你图解 Java 程序的结构，变量和类型 - 图5 ~ 很清晰！带你图解 Java 程序的结构，变量和类型 - 图6
数字类型 整型类型 short 2 字节 很清晰！带你图解 Java 程序的结构，变量和类型 - 图7 ~ 很清晰！带你图解 Java 程序的结构，变量和类型 - 图8
数字类型 整型类型 int 4 字节 很清晰！带你图解 Java 程序的结构，变量和类型 - 图9 ~ 很清晰！带你图解 Java 程序的结构，变量和类型 - 图10
数字类型 整型类型 long 8 字节 很清晰！带你图解 Java 程序的结构，变量和类型 - 图11 ~ 很清晰！带你图解 Java 程序的结构，变量和类型 - 图12
数字类型 整型类型 char 2 字节 0 ~ 很清晰！带你图解 Java 程序的结构，变量和类型 - 图13
数字类型 浮点类型 float 4 字节 很清晰！带你图解 Java 程序的结构，变量和类型 - 图14 ~ 很清晰！带你图解 Java 程序的结构，变量和类型 - 图15
数字类型 浮点类型 double 8 字节 很清晰！带你图解 Java 程序的结构，变量和类型 - 图16 ~ 很清晰！带你图解 Java 程序的结构，变量和类型 - 图17

布尔类型表达是或者否，只有 true 和 flase 两个值，用关键字 boolean 表示，但 JVM 没有针对 boolean 的字节码指令，因此在虚拟机规范里，boolean 类型在编译后会被 int 代替，占用 4 个字节，如果是 boolean 数组，会被编译成 byte 数组类型，每个 boolean 数组元素占 1 个字节。实际情况就取决于各厂商发布的 JVM 实现了。

数字类型包括了整型类型和浮点类型。

整型类型根据取值范围的不同，细分成了 byte、short、int、long和 char五种，分别是 8 位、16 位、32 位、64 位有符号整数和 16 位无符号整数，分别占用一个字节、两个字节、四个字节、八个字节和两个字节的内存空间。

整型类型的值是以下范围的整数：

  • byte: -128 到 127，包括边界值
  • short: -32768 到 32767，包括边界值
  • int: -2147483648 到 2147483647，包括边界值
  • long: -9223372036854775808 到 9223372036854775807，包括边界值
  • char: ‘\u0000’ 到 ‘\uffff’，包括边界值，也就是从 0 到 65535。char 可表示标准的 ASCII 或一个 Unicode 字符。ASCII 字符集占据 Unicode 字符集中的前 127 个值。

浮点数指小数，科学计数法表示的时候，小数点是可以“浮动”的，所以称为浮点数。

浮点类型有 float 和 double 两种，其值分别为 32 位 IEEE 754 浮点数和 64 位 IEEE 754浮点数。

float 可选地以后缀 f或F 结尾，double 可选地以后缀 d或D 结尾。表格中的取值范围仅表示幅度，它可以是正也可以是负，负数场景在前面加个负号即可。

了解基本概念后，我们举个例子看下 Java 中如何使用吧！

  1. package cn.java4u.codebase;
  3. /**
  4.  * 基础类型变量
  5.  *
  6.  * @author 蜗牛
  7.  * @from 公众号：蜗牛互联网
  8.  */
  9. public class BaseVar {
  11.     /**
  12.      * 主函数
  13.      *
  14.      * @param args args
  15.      */
  16.     public static void main(String[] args) {
  18.         /*
  19.          * 变量定义格式：
  20.          *      数据类型 变量名;
  21.          *      数据类型 变量名 = 变量值;
  22.          */
  24.         /*
  25.         布尔类型
  26.          */
  27.         // 布尔未赋值
  28.         boolean boolNoValue;
  30.         // 布尔赋值 true
  31.         boolean boolTrue = true;
  33.         // 布尔赋值一个计算结果
  34.         boolean boolWithResult = 2 > 1;
  36.         // 布尔赋值 非 true 或 false 会编译报错
  37. //        boolean boolCompileError = 123;
  39.         /*
  40.         整数类型
  41.          */
  42.         // 字节赋值 8
  43.         byte byteDemo = 8;
  45.         // 赋值越界会编译报错
  46. //        byte byteOutOfBounds = 188;
  48.         // 短整型赋值 188
  49.         short shortDemo = 188;
  51.         // 整型赋值 38888
  52.         int intDemo = 38888;
  54.         // 整型赋值带下划线，提高辨识度
  55.         int intDemoWithUnderLine = 1888_888_888;
  57.         // 十六进制表示 16711680
  58.         int intDemoWithHex = 0xff0000;
  60.         // 二进制表示的512
  61.         int intDemoWithBinary = 0b1000000000;
  63.         // long型的结尾需要加 L
  64.         long longWithSuffix = 2147483649L;
  66.         /*
  67.         浮点数类型
  68.         浮点类型的数就是通常意义上的小数，因为小数用科学计数法表示的时候，小数点是可以“浮动”的，所以称为浮点数。
  69.          */
  71.         // 单精度浮点数赋值，加 f 后缀
  72.         float floatDemo = 9.18f;
  74.         // 负的单精度浮点数
  75.         float floatNegDemo = -9.18f;
  77.         // 科学计数法表示的 3.14x10^38，float 类型可表示的最大数
  78.         float floatDemoWithSci = 3.14e38f;
  80.         // 科学计数法表示的1.79x10^308，double类型可表示的最大数
  81.         double doubleDemo = 1.79e308;
  83.         /*
  84.         字符类型
  85.         Java 的 字符类可表示标准的 ASCII 和一个 Unicode 字符。
  86.          */
  88.         // char 用 ascii 字符赋值
  89.         char charWithAscii = '.';
  91.         // char 用 Unicode 字符赋值
  92.         char charWithUnicode = '牛';
  94.         // char 多字符会编译报错
  95. //        char charCompileError = '蜗牛';
  97.     }
  98. }

看完示例代码，你应该能清楚变量定义的格式是 数据类型 变量名; 或者 数据类型 变量名 = 变量值; ，数据类型相当于锁定了这个变量的一个数据范围，等号是赋值符号，代表把等号右边的值赋给左边的变量，使得这个变量在后边的运算中就携带了这个值的信息。

Java 是强类型语言，所以如果等号右边给的值不在变量定义的数据类型范围内，就会编译报错，这也一定程度上避免了我们写错代码。

引用类型

上面提到的变量都是基本类型的，表达的都是非常基础的数值类的信息，那如果想表达更复杂的一些信息，那就要用到引用类型了。

小结

本文从 HelloWorld 程序为例，介绍了 Java 程序的整体结构，帮助大家了解了一个完整的 Java 程序需要具备哪些要素。接着介绍了编程实践的时候躲不开的 Java 变量相关的知识，以及 Java 作为强类型语言，在 Java 规范里所涉及的类型。也通过示例代码的方式，帮助大家加深了认识。