4.3 原理学习：熟悉Java类、数组、方法、IO流
4.3.1 常用的Java类
1. Number类和Math类
Java为每一个数据类型提供了对应的封装类，这些封装类（如Integer、Long、Byte、Double、Float、Short）都是抽象类Number的子类。
由编译器支持的包装称为装箱。当内置数据类型被当成对象使用时，编译器会把内置数据类型装箱为包装类。编译器也可以把一个对象拆箱为内置数据类型。Number类属于java.lang包。
Java的Math类包含了用于执行基本数学运算的属性和方法，如指数、对数、平方根和三角函数等。Math类的方法都被定义为静态形式，可以在主函数中直接调用。表4.1列出的是Number类和Math类的常用方法。
表4.1 Number类和Math类的常用方法
2. Character类
Java为char类型提供了包装类，即Character类。Character类用于对单个字符进行操作，Character类在对象中包装一个基本数据类型char的值。
Character类提供了一系列方法来操作字符，可以使用Character类的构造函数来创建一个Character对象，例如：
Java编译器会自动创建一个Character对象。例如，将一个char类型的参数传递给需要一个Character类型参数的方法时，编译器会自动地将char类型参数转换为Character对象。这种行为称为装箱，反之称为拆箱。
前面有反斜杠（\）的字符是转义字符。Java的转义字符如表4.2所示。
表4.2 Java的转义字符
Character类的常用方法如表4.3所示。
表4.3 Character类的常用方法
3. String类
在Java中，字符串属于对象，可以使用Java提供的String类来创建和操作字符串。
（1）创建字符串。创建字符串的方式如下：
在程序编译过程中，当遇到字符串常量时，编译器会使用字符串的值来创建一个String对象。可以使用关键字和构造函数来创建String对象，String类有11种构造函数，提供了不同参数来初始化字符串。
（2）字符串长度。在String类中，获取字符串长度的方法为length()。例如，下面的代码执行后，len变量等于4。
（3）连接字符串。String类提供了连接两个字符串的方法concat()，例如：
返回的是string2连接string1的新字符串。也可以对字符串常量使用concat()方法，例如：
还可以使用“+”操作符来连接字符串，例如：
（4）输出格式化字符串。当需要输出格式化字符串时，可以使用printf()方法和format()方法。String类使用静态方法format()，返回一个String对象而不是PrintStream对象。可以用String类的静态方法format()来创建一个可复用的格式化字符串，而不仅仅是用于一次输出。
例如：
用format()方法可以改写为：
（5）String类的常用方法。String类的常用方法如表4.4所示，更多的方法请参考Java String API文档。
表4.4 String类的常用方法
4.3.2 Java数组
Java用数组来存储固定大小的同类型元素，可以声明一个数组变量（如numbers[200]）来代替直接声明200个独立变量。
1. 声明数组变量
先须先声明数组变量，才能在程序中使用数组。例如：
2. 创建数组
Java使用new操作符来创建数组，语法如下：
上面语句有两个功能：
（1）使用DataType[arraySize]创建了一个数组。
（2）把新创建的数组的引用赋值给变量dataArray。
数组变量的声明和创建可以用一条语句完成，如下所示：
另外，还可以使用如下的方式创建数组。
数组中的元素是通过索引来访问的，数组的索引从0开始。例如，下面的语句首先声明了一个数组变量testList，接着创建了一个包含5个int类型元素的数组，并且把它的引用赋值给testList变量。例如：
3. 处理数组
如果数组的元素类型和数组的大小都是确定的，就可以使用for循环来处理数组元素。例如：
4. for-each循环
在不使用下标的情况下遍历数组，可以采用for-each循环来处理数组元素。例如：
5. 二维数组
二维数组的每一个元素都是一个一维数组，如String str[][] = new String[4][5]。数组的动态初始化如下：
（1）直接为每个一维数组分配空间。
DataType可以是基本数据类型和复合数据类型，arrayLength1和arrayLength2必须为正整数，arrayLength1为行数，arrayLength2为列数。例如：
（2）从最高维开始，分别为每个一维数组分配空间。
解析：str[0]=new String[2]和str[1]=new String[3]是为最高维分配的引用空间，也就是能保存数据的最大长度，可为其每个数组元素单独分配空间，如“str[0][0]=new String（"Nice"）;”。
（3）二维数组的引用。二维数组元素的引用方式为arrayName[index1][index2]。例如：
6. Arrays类
java.util.Arrays类可以操作数组，它提供的方法具有以下特点：
（1）赋值：通过fill方法。
（2）排序：通过sort方法，按升序排序。
（3）比较：通过equals方法比较数组中元素是否相等。
（4）查找数组元素：通过binarySearch方法能对排序好的数组进行二分查找法操作。
Arrays类的方法如表4.5所示。
表4.5 Arrays类的方法
4.3.3 Java方法
1. Java方法的命名规则
Java方法的命名规则如下：
（1）方法名的第一个单词应以小写字母作为开头，后面的单词要首字母大写，不使用连接符，如addApple。
（2）可以用下画线来区分逻辑组件，如testPop_emptyStack。
2. Java方法的定义
定义Java方法的格式为：
方法包含一个方法头和一个方法体。下面是一个方法的所有部分：
（1）修饰符：定义了该方法的访问类型。
（2）返回值类型：方法返回值的数据类型，如果没有返回值，则类型为void。
（3）方法名：方法名和参数表共同构成方法签名。
（4）参数类型：当方法被调用时，传递值给参数，方法也可以不包含任何参数。
（5）方法体：方法体包含具体的语句，用于实现该方法的功能。
3. Java方法的调用
当在程序中调用一个方法时，程序的控制权就交给了被调用的方法，方法被调用后会返回一个值时，因此通常可以将方法的调用当成一个值。例如，求一个最小值的代码如下：
如果方法被调用后的返回值是void，则方法的调用一定是一条语句。例如，方法println返回void。下面的调用是个语句：
下面的例子演示了如何定义一个方法，以及如何调用它。
4.3.4 Java IO流
Java的核心库java.io可提供大部分输入、输出操作所需要的类，输入输出（IO）流的类代表了输入源和输出目标，支持多种格式，如基本类型、对象、本地化字符集等。
一个流可以理解为一个数据序列，输入流表示从一个输入源读数据，输出流表示向一个输出目标写数据。
1. IO流
（1）IO流。IO流的类的层次关系如图4.1所示。
图4.1 IO流的类的层次关系
在java.io中，用于对文件内容进行操作的主要是字节流和字符流，它们都可以分为输入操作和输出操作。
• InputStream和OutputStream：主要用来处理字节或二进制对象，是为字节流设计的。
• Reader和Writer：主要用来处理字符或字符串，是为字符流设计的。
（2）字节流转换为字符流。为了便于处理字节流，通常会把字节流转换为字符流。例如，Java的控制台（Console）输入由System.in完成，为了获得一个绑定到控制台的字符流，可以把System.in包装在一个BufferedReader对象中来创建一个字符流。下面是创建BufferedReader对象的方法：
同理，读取文件内容的方法是：
BufferedReader对象可以实现缓冲功能，java.io.BufferedReader类和java.io.BufferedWriter类都拥有8192个字符的缓冲区。当使用BufferedReader对象读取文件内容时，会先从文件中读入字符数据并放入缓冲区，然后使用read()方法从缓冲区读取数据。如果缓冲区数据不足，则再从文件中读取；当使用BufferedWriter对象向文件写入数据时，会先把要写入的数据放到缓冲区中。相关的类分析如下：
• InputStreamReader：将字节流输出为字符流，并且为字节流指定字符集。
• BufferedReader：先从输入流中读取文本，再缓存字符，可以高效地读取字符、数组和行。
InputStream提供的read方法可以从输入流中读取1B的数据，常用的函数原型如下：
① public int read() throws IOException {}。该函数原型从输入流中读取数据的下一个字节。返回值为0～255的int类型字节值。如果已经到达流末尾而没有可用的字节，则返回值-1。在输入数据可用、检测到流末尾或者抛出异常前，read方法将一直阻塞。
返回：下一个数据字节；如果已到达文件末尾，则返回-1。
② public int read (byte[] b) throws IOException{}。从此输入流中将最多b.length个字节的数据读入一个byte类型数组中。在某些输入可用之前，read方法将阻塞。该函数原型覆写了InputStream类中的read方法；其参数为存储读取数据的缓冲区；其返回值为读入缓冲区的字节总数，如果因为已经到达文件末尾而没有更多的数据，则返回-1。
控制台的输出由print和println()方法完成，这些方法都由PrintStream类定义，System.out是PrintStream类对象的一个引用。PrintStream继承自OutputStream类，并且实现了write方法，write方法也可以用来在控制台进行写操作。
2. 与文件相关的类
与文件相关的类如下：
（1）File类：以抽象的方式表示文件名或目录名，该类主要用于文件和目录的创建、文件的查找和删除等。
（2）FileReader类：从InputStreamReader类继承而来，该类按字符读取流中数据。
（3）FileWriter类：从OutputStreamWriter类继承而来，该类按字符向流中写入数据。
File类的部分方法如表4.6所示。
表4.6 File类的部分方法
