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12 JAVA 程序设计语言

专题十二： JAVA 程序设计语言

 语言简介：

背景

 年  公司的 、  等人 在电

视、控制烤面包箱等家用消费类电子产品上进行交互式操作的开发，开始时是

使用 语言，但是，后来发现 在某些方面并不能很好的满足设计者的

需要，从而考虑自行设计一门新的语言，这种新的语言并不局限于扩充语言机

制本身，而是更注重语言所运行的软硬件环境。主要是可以使用其建立一个系

统，这个系统运行于一个巨大的、分布的异构网络环境中，完成各种电子设备

之间的通信与协同工作。基于这种思想而开发了一个名为 的 即一种橡树

的名字新语言。

　　Java 语言简介

　　 先是被用于家电控制中，可通过手持设备控制家电。在当时并没有引

起人们的注意 直到 ! 年下半年 " 的迅猛发展 环球信息网 ###

的快速增长 促进了  语言研制的进展使得它逐渐成为 " 上受欢迎

的开发与编程语言。用 $ 编写的 %&& 应用小程序能够嵌入到网页中运行，

而实现声音、动画等功能。同时，在一般的应用程序设计方面也不逊色，完全

可以用面向对象的技术与方法进行开发，符合最新的软件开发规范的要求。由

于  已经被注册，所以，最终更名为 $。

　　Java 对软件开发技术的影响

　工业界不少人预言：' 语言的出现 将会引起一场软件革命 '这是因为

传统的软件往往都是与具体的实现环境有关 换了一个环境就需要作一番改动 

耗时费力 而  语言能在执行码 二进制码上兼容 这样以前所开发的软件

就能运行在不同的机器上 只要所用的机器能提供  语言解释器即可。

 对软件开发技术的影响重要体现在以下四个方面：

、软件的需求分析 (可将用户的需求进行动态的、可视化描述 以提供设计

者更加直观的要求。用户的各色各样的需求都可以用  语言描述清楚。

)、软件的开发方法 (由于  语言的面向目标的特性 所以完全可以用 *

的技术与方法来开发。

+、 语言的动画效果。利用 ### 提供的巨大动画资源空间 可以共享

全世界的动态画面的资源。

!、软件最终产品 (用  语言开发的软件可以具有可视化、可听化、可操

作化的效交互、动画与动作 '要它停就停 要它继续就继续 而这是在电影

与电视播放过程中难以做到的。

 是一个广泛使用的网络编程语言 它是一种新的计算概念。首先 作为一种

程序设计语言 它简单、面向对象、不依赖于机器的结构、具有可移植性、安

全性、并且提供了并发的机制、具有很高的性能。其次 它最大限度地利用了

网络  的小应用程序 && 可在网络上传输而不受 , 和环境的限制。

另外  还提供了丰富的类库 使程序设计者可以很方便地建立自己的系统。

 的特点：

简单性

- 1 -

12 JAVA 程序设计语言

 语言衍生自 是一种面向对象的语言 它通过提供最基本的方法来

完成指定的任务 只需理解一些基本的概念 就可以用它编写出适合于各种情况

的应用程序。  略去了运算符重载、多重继承等模糊的概念 并且通过实现

自动垃圾收集大大简化了程序设计者的内存管理工作。另外  也适合于在

小型机上运行 它的基本解释器及类的支持只有 !-. 左右 加上标准类库和线

程的支持也只有 )/. 左右。库和线程的支持也只有 )/. 左右。

面向对象性：

 语言的设计集中于对象及其接口 它提供了简单的类机制以及动态的接

口模型。对象中封装了它的状态变量以及相应的方法 实现了模块化和信息隐

藏 0而类则提供了一类对象的原型 并且通过继承机制 子类可以使用父类所提

供的方法 实现了代码的复用。

体系结构中立：

 解释器生成与体系结构无关的字节码指令 只要安装了  运行时系

统  程序就可在任意的处理器上运行使得  程序可以方便地被移植到

网络上的不同机器。同时  的类库中也实现了与不同平台的接口 使这些类

库可以移植。这样大大降低了开发、维护和管理的工作。

安全性：

用于网络、分布环境下的  必须要防止病毒的入侵。  不支持指针

一切对内存的访问都必须通过对象的实例变量来实现 这样就防止程序员使用

'特洛伊 '木马等欺骗手段访问对象的私有成员 同时也避免了指针操作中容易

产生的错误

支持网络编程：

 语言的特性使它可以最大限度地利用网络。 %&& 是  的小应用

程序 它是动态、安全、跨平台的网络应用程序。 %&& 嵌入 123 语

言 通过主页发布到 "。网络用户访问服务器的 %&& 时 这些

%&&从网络上进行传输 然后在支持  的浏览器中运行。由于  语言

的安全机制 用户一旦载入 %&&就可以放心地来生成多媒体的用户界面或

完成复杂的计算而不必担心病毒的入侵。

分布性：

 是面向网络的语言。通过它提供的类库可以处理 2,4", 协议 用户可

以通过 53 地址在网络上很方便地访问其它对象。

丰富的类库：

 语言包提供的支持包括字符串处理、多线程处理、例外处理、数学函

数处理等。

 实用程序包提供的支持包括哈希表、堆栈、可变数组、时间和日期等。

 输入输出包用统一的 “流 ”模型来实现所有格式的 "4包括文件系统、

网络、输入

 低级网络包用于实现  编程。

 抽象图形用户接口包实现了不同平台的计算机的图形用户接口部件

 网络包支持 " 的 2,4", 协议 提供了接口。

面向对象程序设计——对象、类与实体

6对象”译自英文的“7$8，现实世界实际上是由 7$ 组成的，我们看到的

一切都是 7$。程序设计语言为解决现实世界的问题而存在，因此，我们自

然会想到，让程序设计按照我们平常看世界的方式运作，这样才最自然，这就

是面向对象的程序设计的出发点。

- 2 -

12 JAVA 程序设计语言

面向对象程序设计，确切的说，对象是现实世界的某个具体的物理实体在计算

机逻辑中的映射和体现。比如：每个人都是一个具体存在的实体，有高度、体

重等很多属性，也有走路、工作等很多行为。这样的实体在程序设计中可以表

达为计算机可以理解和操作的对象。

类：每个对象都是属于某种类别的。也就是说类是同种对象的集合与抽象。

属于类的某个对象被称为是类的一个实例。

对象的状态与行为：对象的状态也称为静态属性。用计算机术语来说也就是

变量。每个对象都有自己专有的变量。比如，具体的一个人，有身高、体重等。

对象的行为也称为动态属性，在计算机内部用方法来表示。比如，人有走路、

工作的行为。

对象的关系：

包含：当对象 % 是对象  的属性的时候，称对象  包含对象 %。比如电脑与主

板

继承：当对象 % 是对象  的特例的时候，称对象 % 继承了对象 。比如，鲤鱼

是鱼的一种特例。

关联：对象 % 的引用是对象  的属性，% 和  之间是关联关系。

 和 、 之间的比较：

对于变量声明、参数传递、操作符、流控制等  使用了和 、 相同

的传统 使得熟悉 、 的程序员能很方便地进行编程。同时  为实现

其简单、安全等特性 也摒弃了  和 中许多不合理的内容。

全局变量：  程序中 不能在所有类之外定义全局变量 只能通过在一个类

中定义公用、静态的变量来实现一个全局变量。例如 (

79:

&;77<0=

在类 79 中定义变量 7< 为 &;7使得其它类可以

访问和修改该变量。  对全局变量进行了更好的封装。而在  和 中 

依赖于不加封装的全局变量常常造成系统的崩溃。

 语句： 不支持 、 中的  语句 而是通过例外处理语句

>? 等来代替 、 中用  来处理遇到错误时跳转的情况

使程序更可读且更结构化。

指针：指针是 、 中最灵活 也是最容易产生错误的数据类型。由指针所

进行的内存地址操作常会造成不可预知的错误，从而破坏安全性 造成系统的

崩溃。而  对指针进行完全的控制 程序员不能直接进行任何指针操作。同

时 数组作为类在 中实现 良好地解决了数组访问越界这一 、 中不

作检查的错误。

内存管理：在  中 程序员通过库函数  和 @ 来分配和释放内存 

中则通过运算符 A 和 B 来分配和释放内存。再次释放已释放的

内存块或未被分配的内存块 会造成系统的崩溃 0同样 忘记释放不再使用的内

存块也会逐渐耗尽系统资源。而在  中 所有的数据结构都是对象 通过运

算符 A为它们分配内存堆。通过 A 得到对象的处理权  对此自动地

进行管理并且进行垃圾收集 有效防止了由于程序员的误操作而导致的错误 并

且更好地利用了系统资源。

数据类型的支持：在 、 中 对于不同的平台 编译器对于简单数据类型

如 C等分别分配不同长度的字节数 例如( 在 ", 中为 D 位 

在 9%E* 中为 +) 位 这导致了代码的不可移植性 但在  中 对于这些数

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12 JAVA 程序设计语言

据类型总是分配固定长度的位数 如对  型 它总占 +) 位 这就保证了 

的平台无关性。

类型转换：在 、 中 可以通过指针进行任意的类型转换，而  中 运

行时系统对对象的处理要进行类型相容性检查 以防止不安全的转换。

头文件：、 中用头文件来声明类的原型以及全局变量、库函数等 在大

的系统中 维护这些头文件是很困难的。而  不支持头文件 类成员的类型

和访问权限都封装在一个类中 运行时系统对访问进行控制 防止对私有成员的

操作。同时  中用 & 语句来与其它类进行通讯 以便使用它们的方法。

结构和联合：、 中的结构和联合中所有成员均为公有 这就带来了安全

性问题。  中不包含结构和联合 所有的内容都封装在类中。

预处理：、 中用宏定义来实现的代码给程序的可读性带来了困难。在

中 不支持宏 它通过关键字 ? 来声明一个常量 以实现宏定义中广泛

使用的常量定义。

简单的  程序：

%&&与 %&& 程序

$ 程序可以分为两类：$&&和 $&&。前者是完整

的应用程序，需要独立的解释器来解释运行；后者则是嵌在网页中的非独立程

序，由浏览器所自带的 $ 解释器来解释运行。

简单的 %&& 程序：

&;71#B%&&

:44&&

&;7BFG

:

H;H&'1#BI' 0

=

=

简单的 %&& 程序：

&$HAHJ0

&$H&&HJ0

&;71#B%&&KB%&&

:44&&

&;7B&&>

:

HBA'1#BI')-)- 0

=

=

由于 %&& 中没有  方法作为  解释器的入口 我们必须

编写 123 文件 把该 %&& 嵌入其中 然后用 &&A 来运行 

或在支持  的浏览器上运行。 123 文件如下 (

L123M

L1N%OM

L2"23NM

%%&&

L42"23NM

L41N%OM

LOPM

- 4 -

12 JAVA 程序设计语言

L&&  BQ'1#B%&&H'  AB>Q)--

>>Q!-ML4&&M

L4OPM

L4123M

其中用＜&&＞标记来启动 1#B%&&，B 指明字节码所

在的文件 AB> 和 >> 指明 && 所占的大小。

从上述例子中可以看出  程序是由类构成的 对于一个应用程

序来说 必须有一个类中定义  方法 而对 && 来说 它必须

作为 %&& 的一个子类。在类的定义中 应包含类变量的声明和

类中方法的实现。  在基本数据类型、运算符、表达式、控制语

句等方面与 、 基本上是相同的。

语言是对软件开发技术有深远影响、应用前景广泛、具有丰富的类库、继

承了 传统（摈弃了某些不足）广泛使用的网络编程语言。 语言的特

性使它可以最大限度地利用网络。

本章介绍面向对象的基本概念：对象和类，对象的属性。

第 1 章 Java 和面向对象概述

 语言对软件开发技术的影响

 语言的应用前景及特点

  语言特点

 %&&

 丰富的类库

．语言对软件开发技术的影响

程序设计语言分四个发展阶段：

第一代语言3 (二进制机器代码

第二代语言 )3 (汇编语言 3A33;333 

第三代语言 +3 (高级语言 133

第四代语言!3 (面向对象语言（--,）

特殊应用程序

非过程化

第五代语言：R

)．语言的应用前景

所有面向对象的应用开发，包括面向对象的事件描述、处理、综合等。

计算过程的可视化、可操作化的软件的开发。

动态画面的设计，包括图形图像的调用。

交互操作的设计（选择交互、定向交互、控制流程等）。

"的系统管理功能模块的设计，包括 #7页面的动态设计、管理和交

互操作设计等。

"（企业内部网）上的软件开发（直接面向企业内部用户的软件）。

与各类数据库连接查询的 S3语句实现。

其他应用类型的程序。

+．语言的特点

简单

面向对象

分布性

鲁棒性

- 5 -

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