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簡介

Java 是一種電腦程式的名稱，擁有跨平台、物件導向及泛型程式設計的特性。Java 的應用領域非常多，包括網站、電腦遊戲、伺服器軟體或 App 行動應用程式，都可以使用 Java 程式語言開發。

Java 程式語言的特色

追溯至 1990 年 12 月[1]，Sun（昇陽電腦）公司成立 Green Team 團隊，主要成員有 Patrick Naughton、Mike Sheridan 及 James Gosling。他們開始著手一項名為「Green Project」的新專案，目標是發展一種系統架構，使程式能夠在電腦以外的消費性電子產品運作（例如手機、資訊家電等）。

Green Team 在 1992 年 9 月，發表一款名為 Star Seven（簡稱 Star 7 或 *7）的機器，它和 PDA 裝置類似，Star 7 在當時已具有先進的無線通訊功能。Java 程式語言的前身 Oak 在此時誕生，用來開發 Star 7 的軟體程式；當時 James Gosling 因為看見窗外的「橡樹（oak）」，決定將新程式語言命名為 Oak。

當 Oak 要註冊成商標時，才發現這個名字已經被別家公司註冊。由於工程師們喜歡在討論時喝咖啡，就將程式語言名稱改為 Java（一種咖啡的名稱），這個名稱就一直沿用到現在。

Java 有別於許多傳統程式語言（例如 C 語言等）：

  • 許多傳統程式語言在編譯之後，會產生機器碼（machince code），然後直接在硬體上執行；
  • Java 在編譯後則會產生 Byte Code，並間接的在 Java Virtual Machine（JVM）上執行。這個 JVM（Java 虛擬機器）其實是一個軟體，其功用是解譯並執行 Byte Code，而 JVM 仍然是在硬體上執行。

Java 虛擬機器（JVM）是軟體，所以 Java 程式具有跨平台的特性：只要為不同的處理器或作業系統設計其專屬的 JVM，Java 程式便可以不需改寫，就能在這些不同的處理器或作業系統上執行。這便是「Write once, runs everywhere」（一次編譯、到處執行）的由來。

Java 支援物件導向程式設計（Object-Oriented Programming），所謂「物件」的概念，可以用常見的家電作比喻。物件包含「屬性」及「方法」，例如冷氣機的「屬性」有：「開關」及「溫度」；而「方法」則有：「開機」、「關機」及「設定溫度」等。

支援物件導向的程式語言，讓程式設計師在撰寫比較複雜的程式時，可以設計比較容易幫助思考的物件，模擬、控制與應用電腦本身（如滑鼠與鍵盤等也是物件）和我們生活周遭的物件的程式，因此便有研究人員發明了支援物件導向程式設計的語言。

Java 的設計搭上了全球資訊網的順風車，原因是 Java 的設計團隊可以寫一個能夠在瀏覽器中執行的 JVM，而讓 Java Applet 程式可以透過網路下載至瀏覽器中執行。這個「網路＋物件導向」的特性讓 Java 瞬間爆紅。

除了跨平台、物件導向、可透過網路動態的載入及執行程式等功能之外，Java 還支援多執行緒、例外狀態處理與自動記憶體回收的功能：

  • 多執行緒讓一個程式可以執行數個工作；
  • 例外狀態處理讓處理例外的程式碼也能夠物件化；
  • 自動記憶體回收則讓程式設計師免除了使用低階的指標（pointers）來設計資料結構及管理記憶體的負擔。這個特色成了 C 與 C++ 語言程式設計師的福音，因為它可以為程式設計師減少許多不容易 debug 的錯誤。

安裝 JDK

在編譯與執行 Java 程式前，你的電腦必須先安裝 JDK（Java Development Kit）[2]。安裝 JDK 的步驟為：

  1. 下載與作業系統版本相符的 JDK 安裝程式。
  2. 執行安裝程式，並依步驟完成。
  3. 設定 PATH 及 CLASSPATH 環境變數。

Windows

Windows 適用的 JDK 有32位元（i586）及64位元（x64）兩種版本，需要下載的檔案名稱分別如下：

  • 32位元 jdk-6u29-windows-i586.exe
  • 64位元 jdk-6u29-windows-x64.exe

在安裝完成後，預設的情況下會將 JDK 安裝在「C:\Program Files\Java」資料夾下。需要完成 PATH 及 CLASSPATH 的環境變數設定，以下是設定範例：

  • PATH=C:\Program Files\Java\jdk1.6.0\bin;...
  • CLASSPATH=.;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0\lib;...

請注意：以上路徑中的 jdk1.6.0_29 會因版本的不同而異。此外，在設定 classpath 時要特別注意在「=」號的右邊要輸入這個「.」。這個點的意義是目前的目錄（current directory），也是執行 Java 程式時用來搜尋執行檔的目錄。

驗證安裝結果

打開終端機程式（命令提示字元），執行以下指令：

javac -version

如果安裝及設定正確，則會出現以下的版本訊息：

java version "1.6.0_26"

編譯及執行 Java 程式

有兩種方式可以編譯及執行一個 Java 程式。第一種是使用整合開發環境（Integrated Development Dnvironment），例如：Eclipse[3]、NetBeans[4]、Geany[6]及 JCreator[5] 等；另一種則是使用一般的文字編輯器，例如記事本、Notepad++[7] 及 UltraEdit 等。

以下是使用一般文字編輯器撰寫 Java 程式時，所需要進行的三個步驟：

  1. 建立新檔案，並命名為 EnglishExam.java。請注意：副檔名必須是 .java 而不是 .txt，主檔名必須是 EnglishExam 而不能更改為其它（必須和 public class 後面的名稱相同）：

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

  2. 執行終端機程式（命令提示字元），並將工作路徑切換至儲存 EnglishExam.java 的位置，然後執行：

    javac EnglishExam.java

    執行這個 javac 指令就是執行 Java 的編譯器（compiler），其結果是在同樣的目錄產生一個 EnglishExam.class 的 byte code 檔。

  3. 上面的步驟如果有編譯錯誤則繼續修改程式。如果沒有編譯錯誤則可以執行：

    java EnglishExam

    執行後，「Your score is 97」訊息會顯示在螢幕上。

在開發 Java 程式的過程中，有可能發生編譯錯誤（compile-time error）。這時便需要再次的使用編輯器修改錯誤，直到沒有任何的編譯錯誤為止。編譯完畢之後，在程式執行時也有可能發生 run-time error。同樣的，這時也需要使用編輯器修改、編譯、執行、除錯，直到沒有錯誤為止。

認識 Java 程式

一般的 Java 程式都是由一或多個類別（class）所組成，其中的一個類別必須包含命名為 public static void main 的方法（method），而這個程式就是由 main 開始執行 。（透過網路瀏覽器執行的 Java applet 不適用此規則。）

我們再次回顧上一節練習的程式碼，EnglishExam 是一個類別（class）：

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

上例中的 public class EnglishExam 是指定 EnglishExam 這個類別為 public（公用的），也就是可以被程式中其他的類別引用。而 public static void main(String argv[]) 的意義是：

  1. public：

    指定 main 為一個可以被其他類別使用的公用方法（public method）；

  2. static：

    指定 main 為一個類別方法（static method），一個類別方法隸屬於一個類別（class）；

  3. void：

    代表 main 執行完畢後回傳的型態，因為 main 沒有回傳任何數值，因此它的回傳型態是 void；

  4. String argv[]：

    指這個方法的輸入參數是 argv[] 而 String 則是它的型態。main 的輸入參數 String argv[] ，可以在執行一個 Java 程式時，將字串（String）資料輸入這個程式。

例如在編譯以下的程式之後：

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

以「命令提示字元」執行：

java HelloJava Basic C++

便會呼叫 System.out.println 並輸出：

Hello Basic C++

這個程式的 argv[] 代表 argv 這個變數是一個陣列，而 argv[0]、argv[1] 則取用 argv 內第0、1個儲存格的內容。

  • argv[0] 的值為 Basic
  • argv[1] 的值為 C++

Java 程式中用大刮號「{」、「}」標示的內容稱為 Block（區塊），是用來組織程式層次關係的語法。

例如上例的程式就有兩個區塊，一組用來標示 class 的區塊，另一組則用來標示 main 的區域。區塊中可以包含其他的區塊，在撰寫程式時也應注意要把區塊的內容往右縮排。一組用來標示類別的區塊內，可以有數個變數與方法。而一組用來標示方法的區塊內可以有一或多句以「；」結束的程式碼。這些程式碼共同構成了這個方法的 body。

Java 程式中使用的命名方式，有個不成文的慣例：類別名稱的第一個字母使用大寫；方法或變數的第一個字母則是小寫，若有多個單字合併時，則每個單字的第一個字母也慣用大寫。

例如，以下是一段依循 Java 慣例撰寫的程式碼：

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

如果不依循命名的慣例，可能寫出如下的程式碼：

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

雖然這段程式碼可以通過編譯，執行也不會發生錯誤，但是可能為其他程式設計者帶來困擾，他們在檢視你的程式碼時，不容易從名稱分辨出一個類別、方法或變數。

除此之外，命名時也必須避開以下的 Java 關鍵字。

Java 關鍵字

abstract  continue  for         new         switch
assert    default   goto        package     synchronized
boolean   do        if          private     this
break     double    implements  protected   throw
byte      else      import      public      throws
case      enum      instanceof  return      transient
catch     extends   int         short       try
char      final     interface   static      void
class     finally   long        strictfp    volatile
const     float     native      super       while
[1]Java 程式語言的發展歷史 http://en.wikibooks.org/wiki/Java_Programming/History
[2]下載新版的JDK http://java.sun.com/javase/downloads/index.jsp
[3]Eclipse http://www.eclipse.org/
[4]NetBeans http://netbeans.org/
[5]JCreator http://www.jcreator.com/
[6]Geany http://www.geany.org/
[7]Notepad++ http://notepad-plus-plus.org/