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Java 的變數、方法與型態

一個電腦程式，基本上是由兩個部分組成：

電腦程式

資料 + 處理 = 程式

  1. 資料：

    這部分的程式碼要為所處理的資料命名、指定其型態、並存放於記憶體中。

    int a = 3, b = 4, c = 5

  2. 處理：

    這部分的程式碼要使用撰寫在方法（method）中的運算式、條件判斷式、迴圈，來存取資料、計算結果、然後輸出。

    System.out.println(a + b * c);

這兩部分的內容（程式碼），不但是機器（電腦）要知道如何執行，更要讓人（程式設計師）容易寫，也容易讀。而讓程式碼易寫、易讀的最基本的方法，就像收拾家中的衣櫃一般：按照種類與性質，分別放置整齊。

Java 語言整理程式碼的最基本的單元稱做「類別」。一個類別可以有儲存資料的「變數」與負責處理資料的「方法」。

.. literalinclude:: src/main/java/Person.java
   :language: java

「類別」可以提供兩種整理程式碼的方式：一種是以程式的邏輯結構當作分類的方式（俗稱的結構化程式設計）；另一種則是以物件的種類來歸類。而有的時候，一個類別也可以同時提供這兩種方式。

以程式的邏輯結構（例如將迴圈的邏輯放入一個方法中，或將一個判斷分數高低的邏輯放入一個方法中）來分類時，所使用到的變數稱為類別變數或 static field，而所用到的方法稱為類別方法或 static method。稱做static（靜態）的原因是，這類的變數與方法是在程式開始執行時便在記憶體中產生了，而且它們的壽命一直到程式結束時才結束。

以物件來歸類的話，則是將類別內的程式碼，看成是產生這種類別的物件的「規格」。由於只是規格，所以只有在使用這個類別製造物件時，所對應的記憶體才會產生。而這種在程式執行時「動態」產生的物件實例中的變數與方法，稱為實例變數（instance variable），與實例方法（instance method）。

類別方法或實例方法，也需要自己有儲存資料的地方，而在類別方法或實例方法中儲存資料的變數，都叫區域變數（local variable），意思是在一個方法所屬的區域內才可以使用的變數。

Java 如何分區呢？主要是使用大刮號，例如：

{
    //區域1
    int numA = 1;

    {
        //區域2
        int numB = 2 + numA;
    }

    {
        //區域3
        int numB = 3 + numA;
    }
}

說明：

  • 區域2及區域3可以存取區域1的變數 numA
  • 區域2的 numB 變數值為 3
  • 區域3的 numB 變數值為 4

程式語言的句子與一般說話的語言，一樣是由基本的字詞（names）組合而成。Java 為這些字詞命名的規定是：一個字詞可以包含一個或多個英文字母、數字、_及$所組成的字元，而第一個字元不可以是數字。

以下是正確的使用範例：

  • teacher
  • teacherName
  • teacher_name
  • student1
  • student_2
  • _classmates

不正確的用法，會使程式碼無法編譯，例如：

  • 0school

Java 語言有 public, class, void, if, while, for 等保留字[1]。除了開始認識這些保留字的意義與用法之外，程式設計師所要學習的第一件事，就是為儲存資料的變數與執行處理的方法命名。

變數（variable）是程式中的一種字詞。一個變數有一個名字（name）、一個資料值（value）、一塊儲存資料值的記憶體，以及這個資料值的型態（type）（如 int、double 等）。由於一個變數的型態，定義了這個變數的值所需要的記憶體的大小，所以一個 Java 程式在編譯時，就可以知道如何為這些變數，在執行時，配置適當大小的記憶體空間，以存放這些變數的值。

Java 的變數主要有三種類型：

  1. 區域變數（local variable）：

    宣告在方法內或參數部分的變數；

  2. 類別變數（class variable or static field）：

    在一個類別中以 static 宣告的變數；

  3. 實例變數（instance variable or non-static field）：

    在一個類別中沒有使用 static 宣告的變數。

Java 也有兩種方法：

  1. 類別方法（class method or static method）：

    這種方法以 static 宣告。呼叫的方式是 ClassName.methodName(...)，其中 ClassName 是類別名稱，methodName 是類別方法名稱，... 則是傳入的參數（可以沒有、一個或是多個參數）。

  2. 實例方法（instance method or non-static method）：

    這種方法不以 static 宣告，隸屬於一個類別所產生的實例。呼叫的方式是 o.m(...)，其中 o 是這個類別或其子類別的實例，而 m 是其方法名稱，... 則是傳入的參數（零或多個）。

Java 之所以有種類這麼多的變數與方法，是因為 Java 同時支援結構化（例如：C 與 Basic）與物件導向兩種普遍使用的程式設計方式。撰寫結構化程式時需要使用類別變數與類別方法。類別變數在概念上與結構化程式語言的全域變數（global variable）一致；而類別方法在概念上則與結構化程式語言的函式（function）或程序（procedure）一致。實例變數、實例方法，則屬物件導向程式設計的功能。一般的 Java 程式可以同時使用結構化與物件導向並存的方式設計程式。

這本書的前半部介紹 Java 結構化程式設計的語法及語意，後半部則介紹 Java 物件導向程式設計的功能。

此外，Java 變數的型態也有兩大類：

  1. primitive type

    包括：int、double、boolean、char [2] 等。

  2. reference type

    包括：

    1. 類別型態

      經由類別（class）的宣告而得到。如果 Car 是一個類別，而 aCar 是一個這個類別的變數，則 Car 便是 aCar 的型態（type）。之所以稱為 reference type，是因為 aCar 這個變數在記憶體中的位置，實際上是存著指向（reference）一個 Car 實例的地址。

    2. 介面型態

      經由介面（interface）的宣告而得到。

    3. 陣列（array）型態。

    4. enum 型態

      一種特別的型別宣告方式，可賦予常數可讀（readable）的意義，例如用於宣告月份、一週的七天等。

Footnotes

[1]http://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/nutsandbolts/_keywords.html
[2]http://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/nutsandbolts/datatypes.html