第3章 表达式和流程控制.docx

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第3章表达式和流程控制

第三章表达式和流程控制

本模块讨论变量、运算符和算术表达式并列出不同的管理运行程序路径的控制结构。

第一节相关问题

讨论──下列问题与本模块阐述的论题相关。

什么类型的变量对程序员有用（例如，其它语言的程序员想了解Java编程语言是如何定义和处理全局变量和局部变量的）？

复合类可以有同名的变量吗？

如果可以，它们的作用域有多大？

列出用于其它语言的控制结构；一般语言都采用什么方法进行流程控制和中断流程（如在循环或开关语句中）？

第二节目标

完成本模块的学习后，你应该能够：

区分实例变量和局部变量；

描述实例变量是如何被初始化的；

确认并更正编译器错误；

辨认、描述并使用Java软件运算符；

区分合法和非法原始类型赋值；

确认boolean表达式和它们在控制构造中的要求；

辨认赋值兼容性和在基本类型中的必要计算；

使用if,switch,for,while和do句型结构和break和continue的标号形式作为程序中的流程控制结构。

第三节表达式

3.3.1变量和作用域

你已经看到了两种变量的描述方法：

原始类型变量和引用类型变量。

你也看到了变量被声明的位置：

在方法内（方法是面向对象的术语，它可引用函数或子程序，例如：

main（））或在方法外但在类定义之内。

变量也可被定义为方法参数或构造函数参数。

在方法内定义的参数被称为局部（local）变量，有时也被用为自动（automatic）、临时（temporary）或栈（stack）变量。

在方法外定义的变量是在使用newXxxx（）调用构造一个对象时被创建。

在构造一个对象时，可创建两种变量。

一是类变量，它是用static关键字来声明的；只要需要对象，类变量就将存在。

二是实例变量，它不需用static关键字来声明；只要对象被当作引用，实例变量就将存在。

实例变量有时也被用作成员变量，因为它们是类的成员。

方法参数变量定义在一个方法调用中传送的自变量，每次当方法被调用时，一个新的变量就被创建并且一直存在到程序的运行跳离了该方法。

当执行进入一个方法时，局部变量被创建，当执行离开该方法时，局部变量被取消。

因而，局部变量有时也被引用为“临时或自动”变量。

在成员函数内定义的变量对该成员变量是“局部的”，因而，你可以在几个成员函数中使用相同的变量名而代表不同的变量。

该方法的应用如下所示：

classOurClass{

inti;//instancevariableofclassOurClass

intfirstMethod（）{

intj=0;//localvariable

//bothiandjareaccessiblefrom

//thispoint

...

return1;

}//endoffirstMethod（）

intsecondMethod（floatf）{//methodparameter

intj=0;//localvariable.Differentfromthe

//jdefinedinfirstMethod（）.

//Scopeislimitedtothebodyof

//secondMethod（）.

//Bothi（instancevariableofthe

//classOurClass）andj（local

//variableofthismethod）are

//accessiblefromthispoint.

....

return2;

}//endofsecondMethod（）

}//endofclassOurClass

3.3.2变量初始化

在Java程序中，任何变量都必须经初始化后才能被使用。

当一个对象被创建时，实例变量在分配存储器的同时被下列值初始化：

byte

0

short

0

int

0

long

0L

float

0.0f

double

0.0d

char

'\u0000'（NULL）

boolean

false

Allreferencetypes

Null

注意──一个具有空值的引用不引用任何对象。

试图使用它引用的对象将会引起一个异常。

异常是出现在运行时的错误，这将在模块7“异常”中讨论。

在方法外定义的变量被自动初始化。

局部变量必须在使用之前做“手工”初始化。

如果编译器能够确认一个变量在初始化之前可被使用的情形，编译器将报错。

publicvoiddoComputation（）{

intx=（int）（Math.random（）*100）;

inty;

intz;

if（x>50）{

y=9;

}

z=y+x;//Possibleusebeforeinitialization

}

3.3.3运算符

Java软件运算符在风格和功能上都与C和C++极为相似。

表3-1按优先顺序列出了各种运算符（“LtoR”表示左到右结合，“RtoL”表示右到左结合）

Separator[]（）;,

RtoL++--+-~!

（datatype）

LtoR*/%

LtoR+-

LtoR<<>>>>>

LtoR<><=>=instanceof

LtoR==!

=

LtoR&

LtoR^

LtoR|

LtoR&&

LtoR||

RtoL?

:

RtoL=*=/=%=+=-=<<=>>=>>>=&=^=|=

注意──instanceof是Java编程语言特有的运算符，将在模块5“对象和类”中讨论

3.3.4逻辑表达式

多数Java运算符是从其它语言借取得并且和人们一般期待的功能一样。

关系和逻辑运算符返回布尔结果，int到boolean不能自动转换。

inti=1;

if（i）//generatesacompileerror

if（i!

=0）//Correct

支持的位运算符是！

、&、｜、^，支持的布尔逻辑运算符是NOT、AND、XOR和OR。

每个运算都返回布尔结果。

运算符&&和｜｜是运算符&和｜的布尔等价物。

布尔逻辑运算符将在下一页中讨论。

3.3.5位运算

Java编程语言支持整数数据类型的位运算，它们的运算符~、&、^和｜分别表示位运算的NOT（为求反）、位AND、位XOR和位OR。

移位运算符将稍后在本课程中讨论。

3.3.6布尔逻辑运算符

运算符&&（定义为AND）和｜｜（定义为OR）执行布尔逻辑表达式。

请看下面的例子：

MyDated=null;

if（（d!

=null）&&（d,day（）>31））｛

//dosomethingwithd

｝

形成if（）语句自变量的布尔表达式是合法且安全的。

这是因为当第一个子表达式是假时，第二个子表达式被跳过，而且当第一个子表达式是假时，整个表达式将总是假，所以不必考虑第二个子表达式的值。

类似的，如果使用｜｜运算符，而且第一个表达式返回真，则第二个表达式不必求值，因为整个表达式已经被认为是真。

3.3.7用加号（+）进行串链接

用加号（+）进行串链接

运算符+能够：

进行String链接

生成一个新的String

例如：

Stringsalutation="Dr.";

Stringname="Jack"+"Arthur";

Stringtitle=salutation+name;

最后一行的结果是：

Dr.JackArthur

一个自变量必须是String对象

非串被自动转换为String对象

运算符+能够进行String对象的链接并生成一个新的String：

Stringsalutation="Dr.";

Stringname="Jack"+"Arthur";

Stringtitle=salutation+name;

最后一行的结果是：

Dr.JackArthur

如果+运算符中有一个自变量为String对象，则其它自变量将被转换成String。

所有对象都可被自动转换成String，尽管这样做的结果可能是意义含糊的。

不是串的对象是通过使用toString（）成员函数而转换成串的等价物的。

3.3.8右移位运算符>>和>>>

Java编程语言提供了两种右移位运算符

运算符>>进行算术或符号右移位。

移位的结果是第一个操作数被2的幂来除，而指数的值是由第二个数给出的。

例如：

128>>1gives128/21=64

256>>4gives256/24=16

-256>>4gives-256/24=-16

逻辑或非符号右移位运算符>>>主要作用于位图，而不是一个值的算术意义；它总是将零置于最重要的位上。

例如：

1010...>>2gives111010...

1010...>>>2gives001010...在移位的过程中，>>运算符使符号位被拷贝。

注意──移位运算符将它们右侧的操作数模32简化为int类型左侧操作数,模64简化为long类型右侧操作数。

因而,任何intx,x>>>32都会导致不变的x值,而不是你可能预计的零。

注意------值得称赞的重要一点是:

>>>运算符仅被允许用在整数类型,并且仅对int和long值有效。

如果用在short或byte值上,则在应用>>>之前,该值将通过带符号的向上类型转换被升级为一个int。

有鉴于此，无符号移位通常已成为符号移位。

3.3.9左移位运算符（<<）

运算符<<执行一个左移位。

移位的结果是：

第一个操作数乘以2的幂，指数的值是由第二个数给出的。

例如：

128<<1gives128*21=256

<<2gives16*22=64

3.3.10类型转换

在赋值的信息可能丢失的地方，编译器需要程序员用类型转换（typecast）的方法确认赋值。

例如，它可以“挤压”一个long值到一个int变量中。

显式转型做法如下：

longbigValue=99L;

intsquashed=（int）（bigValue）;

在上述程序中，期待的目标类型被放置在圆括号中，并被当作表达式的前缀，该表达式必须被更改。

一般来讲，建议用圆括号将需要转型的全部表达式封闭。

否则，转型操作的优先级可能引起问题。

注意──重温short的范围是：

-215至215-1；char的范围是：

0至215-1。

因而在short和char之间的赋值总需要一个显式转型

3.3.11升级和表达式的类型转换

升级和表达式的类型转换

变量被自动升级为一个较长的形式（如：

int至long的升级）

如果变量类型至少和表达式类型一样大（位数相同），则表达式是赋值兼容的。

当没有信息丢失时，变量可被自动升级为一个较长的形式（如：

int至long的升级）

longbigval=6;//6isaninttype,OK

intsmallval=99L;//99Lisalong,illegal

doublez=12.414F;//12.414Fisfloat,OK

floatz1=12.414;//12.414isdouble,illegal

一般来讲，如果变量类型至少和表达式类型一样大（位数相同），则你可认为表达式是赋值兼容的。

对+运算符来说，当两个操作数是原始数据类型时，其结果至少有一个int，并且有一个通过提升操作数到结果类型、或通过提升结果至一个较宽类型操作数而计算的值，这可能会导致溢出或精度丢失。

例如：

shorta，b，c

a=1；

b=2；

c=a+b；

上述程序会因为在操作short之前提升每个short至int而出错。

然而，如果c被声明为一个int，或按如下操作进行类型转换：

c=（short）（a+b）;

则上述代码将会成功通过。

第四节分支语句

条件语句使部分程序可根据某些表达式的值被有选择地执行。

Java编程语言支持双路if和多路switch分支语句。

3.4.1if,else语句

if,else语句的基本句法是：

if（布尔表达式）｛

语句或块；

｝else｛

语句或块；

｝

例：

intcount;

1.count=getCount（）;//amethoddefinedintheprogram

2.if（count<0）{

3.System.out.println（"Error:

countvalueisnegative."）;

4.}else{

5.System.out.println（"Therewillbe"+count+

6."peopleforlunchtoday."）;

7.}

在Java编程语言中，if（）用的是一个布尔表达式，而不是数字值，这一点与C/C++不同。

前面已经讲过，布尔类型和数字类型不能相互转换。

因而，如果出现下列情况：

if（x）//xisint

你应该使用下列语句替代：

if（x!

=0）

全部else部分是选择性的，并且当测试条件为假时如不需做任何事，else部分可被省略。

3.4.2switch语句

switch语句的句法是：

switch（expr1）｛

caseexpr2:

statements;

break;

caseexpr3:

statements;

break;

default:

statements;

break;

｝

注意──在switch（expr1）语句中，expr1必须与int类型是赋值兼容的；byte,short或char类型可被升级；不允许使用浮点或long表达式。

当变量或表达式的值不能与任何case值相匹配时，可选缺省符（default）指出了应该执行的程序代码。

如果没有break语句作为某一个case代码段的结束句，则程序的执行将继续到下一个case，而不检查case表达式的值。

例1：

1.switch（colorNum）{

2.case0:

3.setBackground（Color.red）;

4.break;

5.case1:

6.setBackground（Color.green）;

7.break;

8.default:

9.setBackground（Color.black）;

10.break;

11.}

例2：

1.switch（colorNum）{

2.case0:

3.setBackground（Color.red）;

4.case1:

5.setBackground（Color.green）;

6.default:

7.setBackground（Color.black）;

8.break;

9.}

例2设定背景颜色为黑色，而不考虑case变量colorNum的值。

如果colorNum的值为0，背景颜色将首先被设定为红色，然后为绿色，再为黑色。

第五节循环语句

循环语句

for语句

for（init_expr;booleantestexpr;alter_expr）｛

statementorblock

｝

循环语句使语句或块的执行得以重复进行。

Java编程语言支持三种循环构造类型：

for,while和doloops。

for和while循环是在执行循环体之前测试循环条件，而doloops是在执行完循环体之后测试循环条件。

这就意味着for和while循环可能连一次循环体都未执行，而doloops将至少执行一次循环体。

3.5.1for循环

for循环的句法是：

for（init_expr;booleantestexpr;alter_expr）｛

statementorblock

｝

例如：

for（inti=0;i<10;i++）{

System.out.println（"Areyoufinishedyet?

"）;

}

System.out.println（"Finally!

"）;

注意──Java编程语言允许在for（）循环结构中使用逗号作为分隔符。

例如，for（i=0,j=0;j<10;i++,j++）是合法的；它将i值初始化为零，并在每执行完一次循环体后，增加一次它们的值。

3.5.2while循环

while循环的句法是：

while（布尔表达式）｛

语句或块

｝

例如：

inti=0;

while（i<10）{

System.out.println（"Areyoufinishedyet?

"）;

i++;

}

System.out.println（"Finally!

"）;

请确认循环控制变量在循环体被开始执行之前已被正确初始化，并确认循环控制变量是真时，循环体才开始执行。

控制变量必须被正确更新以防止死循环。

3.5.3do循环

do循环的句法是：

do｛

语句或块；

｝

while（布尔测试）

例如：

inti=0;

do{

System.out.println（"Areyoufinishedyet?

"）;

i++;

}while（i<10）;

System.out.println（"Finally!

"）;

象while循环一样，请确认循环控制变量在循环体中被正确初始化和测试并被适时更新。

作为一种编程惯例，for循环一般用在那种循环次数事先可确定的情况，而while和do用在那种循环次数事先不可确定的情况。

第六节特殊循环流程控制

下列语句可被用在更深层次的控制循环语句中：

break［标注］；

continue［标注］；

label:

语句；//wherestatementmustbeany

//legalstatement.

break语句被用来从switch语句、loop语句和预先给定了label的块中退出。

continue语句被用来略过并跳到循环体的结尾。

label可标识控制需要转换到的任何有效语句，它被用来标识循环构造的复合语句。

例如

loop:

while（true）{

for（inti=0;i<100;i++）{

switch（c=System.in.read（））{

case-1:

case`\n`:

//jumpsoutofwhile-looptoline#12

breakloop;

....

}

}//endfor

}//endwhile

test:

for（...）{

....

while（...）{

if（j>10）{

//jumpstotheincrementportionof

//for-loopatline#13

continuetest;

}

}//endwhile

}//endfor

练习：

使用表达式

练习目标──你将编写、编译并运行两个使用标识符、表达式和控制结构的算法程序。

一、准备

为成功地完成本练习，你必须具备编译和运行Java程序的能力，并且熟悉流程控制构造。

二、任务

1级：

创建一个阶乘应用程序

一个数X的阶乘（通常记作X!

）等于X*（X-1）*（X-2）……*1。

例如4!

等于4×3×2×1=24。

创建一个称作Factor的应用程序，利用该应用程序可打印2，4，6和10的阶乘。

2级：

求解一个几何题程序

已知一个直角三角形，其弦（最长边）的长度由下列公式给出：

编写一个称作hypotenuse的Java软件程序，从已知直角三角形的直角边计算最长边。

提示：

从mod3/templates目录中提供的模板解决方案入手，从命令行输入；同时注意java.lang.Math类。

三、练习小结

讨论──用几分钟的时间讨论一下在以上练习中你所获得的经验、感想和发现。

经验解释总结应用

四、检查你的进度

在进入下一模块之前，请确认你已经能够：

区分实例变量和局部变量；

描述实例变量是如何被初始化的；

确认并更正“可能的赋值前的引用”的编译器错误；

辨认、描述并使用Java软件运算符；

区分合法和非法原始类型赋值；

确认boolean表达式和它们在控制构造中的要求；

辨认赋值兼容性和在基本类型中的必要转型；

使用if,switch,for,while和do句型结构和break和continue的标注形式作为程序的流程控制结构。

五、思考题

多数编程语言都使用什么数据类型来集合相似的数据元素？

你怎样对一组元素进行相同的操作（如一个数组）？

Java编程语言使用什么数据类型？