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Commit 5cd8738

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Justin Lin
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docs/CH03.md

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Original file line numberDiff line numberDiff line change
@@ -239,7 +239,7 @@ public class ScannerDemo2 {
239239
}
240240
```
241241

242-
nextInt() 會將試著取得的字串轉換為int型態的整數,關於資料型態(Data type)我待會就會介紹,先來看看執行結果:
242+
nextInt() 會將試著取得的字串轉換為 int 型態的整數,關於資料型態(Data type)我待會就會介紹,先來看看執行結果:
243243

244244
請輸入一個數字: 100
245245
您輸入了 100 !
@@ -434,4 +434,277 @@ public class TigerNumberDemo {
434434
3.3 資料、運算
435435
--------------
436436

437+
電腦的原文是「Computer」,電腦的基本作用其實就是運算,要運算就要給它資料,要告訴電腦您給了它哪些資料?是整數還是小數?是文字還是字元?這就是程式語言術語中所謂的「指定變數與資料型態」!在給定了資料之後,接著您就可以叫電腦開始進行各種算術、邏輯、比較、遞增、遞減等等的運算。
438+
439+
## 3.3.1 資料型態 ##
440+
441+
程式在執行的過程中,需要運算許多的資訊,也需要儲存許多的資訊,這些資訊可能是由使用者輸入、從檔案中取得,甚至是由網路上得到,在程式運行的過程中,這些資訊透過「變數」(Variable)加以儲存,以便程式隨時取用。
442+
443+
一個變數代表一個記憶體空間,資料就是儲存在這個空間中,使用變數名稱來取得資料相信會比使用記憶體位置來得方便;然而由於資料在儲存時所需要的容量各不相同,不同的資料必須要配給不同大小的記憶體空間來儲存,在 Java 中對不同的資料區分有幾種不同的「資料型態」(Data type)。
444+
445+
在 Java 中基本的資料型態(Primitive type)主要區分為「整數」、「位元」、「浮點數」、「字元」與「布林數」,而這幾種還可以細分,如下所示:
446+
447+
- 整數
448+
449+
只儲存整數數值,可細分為短整數(short)(佔 2 個位元組)、整數(int)(佔4個位元組)與長整數(long)(佔 8 個位元組),長整數所佔的記憶體比整數來得多,可表示的數值範圍也就較大,同樣的,整數(int)可表示的整數數值範圍也比短整數來得大。
450+
451+
- 位元
452+
453+
Java 提供有位元(byte)資料型態,可專門儲存位元資料,例如影像的位元資料,一個位元資料型態佔一個位元組,而必要的話,byte 資料型態也可以用於儲存整數數值。
454+
455+
- 浮點數
456+
457+
主要用來儲存小數數值,也可以用來儲存範圍更大的整數,可分為浮點數(float)(佔 4 個位元組)與倍精度浮點數(double)(佔 8 個位元組),倍精度浮點數所使用的記憶體空間比浮點數來得多,可表示的數值範圍與精確度也比較大。
458+
459+
- 字元
460+
461+
用來儲存字元,Java 的字元採 Unicode 編碼,其中前 128 個字元編碼與 ASCII 編碼相容;每個字元資料型態佔兩個位元組,可儲存的字元範圍由 '\u0000'到'\uFFFF',由於 Java 的字元採用 Unicode 編碼,一個中文字與一個英文字母在 Java 中同樣都是用一個字元來表示。
462+
463+
- 布林數
464+
465+
佔記憶體 2 個位元組,可儲存 true 與 false 兩個數值,分別表示邏輯的「真」與「假」。
466+
因為每種資料型態所佔有的記憶體大小不同,因而可以儲存的數值範圍也就不同,例如整數(int)的記憶體空間是 4 個位元組,所以它可以儲存的整數範圍為 -2147483648 至 2147483647,如果儲存值超出這個範圍的話稱之為「溢值」(Overflow),會造成程式不可預期的結果,您可以使用範例 3.12 來獲得數值的儲存範圍。
467+
468+
#### **範例 3.12 DataRange.java**
469+
```java
470+
public class DataRange {
471+
public static void main(String[] args) {
472+
System.out.printf("short \t數值範圍:%d ~ %d\n",
473+
Short.MAX_VALUE, Short.MIN_VALUE);
474+
System.out.printf("int \t數值範圍:%d ~ %d\n",
475+
Integer.MAX_VALUE, Integer.MIN_VALUE);
476+
System.out.printf("long \t數值範圍:%d ~ %d\n",
477+
Long.MAX_VALUE, Long.MIN_VALUE);
478+
System.out.printf("byte \t數值範圍:%d ~ %d\n",
479+
Byte.MAX_VALUE, Byte.MIN_VALUE);
480+
System.out.printf("float \t數值範圍:%e ~ %e\n",
481+
Float.MAX_VALUE, Float.MIN_VALUE);
482+
System.out.printf("double \t數值範圍:%e ~ %e\n",
483+
Double.MAX_VALUE, Double.MIN_VALUE);
484+
}
485+
}
486+
```
487+
488+
其中 Byte、Integer、Long、Float、Double 都是 java.lang 套件下的類別名稱,而 MAX_VALUE 與 MIN_VALUE 則是各類別中所定義的靜態常數成員,分別表示該資料型態可儲存的數值最大與最小範圍,'%e' 表示用科學記號顯示,範例的執行結果如下所示:
489+
490+
short 數值範圍:32767 ~ -32768
491+
int 數值範圍:2147483647 ~ -2147483648
492+
long 數值範圍:9223372036854775807 ~ -9223372036854775808
493+
byte 數值範圍:127 ~ -128
494+
float 數值範圍:3.402823e+38 ~ 1.401298e-45
495+
double 數值範圍:1.797693e+308 ~ 4.900000e-324
496+
497+
其中浮點數所取得是正數的最大與最小範圍,加上負號即為負數可表示的最大與最小範圍。
498+
499+
## 3.3.2 變數、常數 ##
500+
501+
502+
資料是儲存在記憶體中的一塊空間中,為了取得資料,您必須知道這塊記憶體空間的位置,然而若使用記憶體位址編號的話相當的不方便,所以使用一個明確的名稱,變數(Variable)是一個資料儲存空間的表示,您將資料指定給變數,就是將資料儲存至對應的記憶體空間,您呼叫變數時,就是將對應的記憶體空間的資料取出供您使用。
503+
504+
在 Java 中要使用變數,必須先宣告變數名稱與資料型態,例如:
505+
506+
int age; // 宣告一個整數變數
507+
double scope; // 宣告一個倍精度浮點數變數
508+
509+
就如上面所舉的例子,您使用 int、float、double、char 等關鍵字(Keyword)來宣告變數名稱並指定其資料型態,變數在命名時有一些規則,它不可以使用數字作為開頭,也不可以使用一些特殊字元,像是 *&^% 之類的字元,而變數名稱不可以與 Java 內定的關鍵字同名,例如 int、float、class 等。
510+
511+
變數的命名有幾個風格,主要以清楚易懂為主,初學者為了方便,常使用一些簡單的字母來作為變數名稱,這會造成日後程式維護的困難,命名變數時發生同名的情況也會增加。在過去曾流行過匈牙利命名法,也就是在變數名稱前加上變數的資料型態名稱縮寫,例如 intNum 用來表示這個變數是int整數資料型態,fltNum 表示一個 float 資料型態,然而隨著現在程式的發展規模越來越大,這種命名方式已經不被鼓勵。
512+
513+
現在比較鼓勵用清楚的名稱來表明變數的作用,通常會以小寫字母作為開始,並在每個單字開始時第一個字母使用大寫,例如:
514+
515+
int ageOfStudent;
516+
int ageOfTeacher;
517+
518+
像這樣的名稱可以讓人一眼就看出這個變數的作用,在 Java 程式設計領域中是比較常看到的變數命名方式。變數名稱可以使用底線作為開始,通常使用底線作為開始的變數名稱,表示它是私用的(Private),只在程式的某個範圍使用,外界並不需要知道有這個變數的存在,通常這樣的變數名稱常用於物件導向程式設計中類別的私有成員(Private member),這樣的命名方式偶而也會看到,一個宣告的例子如下:
519+
520+
double _window_center_x;
521+
double _window_center_y;
522+
523+
當您在Java中宣告一個變數,就會配置一塊記憶體空間給它,這塊空間中原先可能就有資料,也因此變數在宣告後的值是不可預期的,Java 對於安全性的要求極高,您不可以宣告變數後,而在未指定任何值給它之前就使用它,編譯器在編譯時會回報這個錯誤,例如若宣告變數 var 卻沒有指定值給它,則會顯示以下訊息:
524+
525+
variable var might not have been initialized
526+
527+
可以的話,儘量在變數宣告後初始其值,您可以使用「指定運算子」(Assignment operator)'='來指定變數的值,例如:
528+
529+
int ageOfStudent = 0;
530+
double scoreOfStudent = 0.0;
531+
char levelOfStudent = 'A';
532+
533+
上面這段程式在宣告變數的時候,同時指定變數的儲存值,而您也看到如何指定字元給字元變數,字元在指定時需使用引號 ' ' 來包括;在指定浮點數時,會習慣使用小數的方式來指定,如 0.0,在J ava 中寫下 0.0 這麼一個常數的話,其預設為 double 資料型態。
534+
535+
在宣告變數之後,就可以呼叫變數名稱來取得其所儲存的值,範例 3.13是個簡單的示範:
536+
537+
#### **範例 3.13 VariableDemo.java**
538+
```java
539+
public class VariableDemo {
540+
public static void main(String[] args) {
541+
int ageOfStudent = 5;
542+
double scoreOfStudent = 80.0;
543+
char levelOfStudent = 'B';
544+
545+
System.out.println("年級\t 得分\t 等級");
546+
System.out.printf("%4d\t %4.1f\t %4c",
547+
ageOfStudent, scoreOfStudent, levelOfStudent);
548+
}
549+
}
550+
```
551+
552+
以下為執行結果:
553+
554+
年級 得分 等級
555+
5 80.0 B
556+
557+
在 Java 中寫下一個數值,這個數就稱之為字面常數(Literal constant),它會存在記憶體的某個位置,您無法改變它的值;而在使用變數的時候,您也會使用一種叫「常數」的變數,嚴格來說它並不是常數,只不過在指定數值給這個變數之後,就不可再改變其值,有人為了區分其與常數的差別,還給了它一個奇怪的名稱:「常數變數」。
558+
559+
先不要管「常數變數」這個怪怪的名稱,其實它終究是個變數而已,您在宣告變數名稱的同時,加上 "final" 關鍵字來限定,只不過這個變數一但指定了值,就不可以再改變它的值,如果程式中有其它程式碼試圖改變這個變數,編譯器會先檢查出這個錯誤,例如:
560+
561+
final int maxNum = 10;
562+
maxNum = 20;
563+
564+
這一段程式碼中的 maxNum 變數您使用了 "final" 關鍵字來限定,所以它在指定為 10 之後,就不可以再指定值給它,所以第二次的值指定會被編譯器指出錯誤:
565+
566+
cannot assign a value to final variable maxNum
567+
568+
使用 "final" 來限定的變數,目的通常就是不希望其它的程式碼來變動它的值,例如用於迴圈計數次數的指定(迴圈之後就會學到),或是像圓周率 PI 常數的指定。
569+
570+
## 3.3.3 算術運算 ##
571+
572+
程式的目的簡單的說就是運算,除了運算還是運算,所以加減乘除這類的操作是少不得的,在 Java 中提供運算功能的就是運算子 (Operator),例如與算術相關的有加(+)、減(-)、乘(*)、除(/)這類的運算子,另外還有一個也很常用的餘除運算子(%),這類以數學運算為主的運算子稱之為「算術運算子」(Arithmetic operator)
573+
574+
算術運算子的使用基本上與您學過的加減乘除一樣,也是先乘除後加減,必要時加上括號表示運算的先後順序,例如這個程式碼會在文字模式下顯示 7:
575+
576+
System.out.println(1 + 2 * 3);
577+
578+
編譯器在讀取程式碼時是由左往右讀取的,而初學者往往會犯一個錯誤,例如 (1+2+3) / 4,由於在數學運算上習慣將分子寫在上面,而分母寫在下面的方式,使得初學者往往將之寫成了:
579+
580+
System.out.println(1+2+3 / 4);
581+
582+
這個程式事實上會是這樣運算的:1+2+(3/4);為了避免這樣的錯誤,在必要的時候為運算式加上括號才是最保險的,例如:
583+
584+
System.out.println((double)(1+2+3) / 4);
585+
586+
注意在上面的程式碼中使用了 double 限定型態轉換,如果不加上這個限定的話,程式的輸出會是 1 而不是 1.5,這是因為在這個 Java 程式中,1、2、3、4 這四個數值都是整數,當程式運算 (1+2+3) 後的結果還是整數型態,若此時除以整數 4,會自動去除小數點之後的數字再進行輸出,而您加上 double 限定,表示要 (1+2+3) 運算後的值轉換為 double 資料型態,如此再除以 4,小數點之後的數字才不會被去除。
587+
588+
同樣的,您看看這段程式會印出什麼結果?
589+
590+
int testNumber = 10;
591+
System.out.println(testNumber / 3);
592+
593+
答案不是 3.3333 而是 3,小數點之後的部份被自動消去了,這是因為您的 testNumber 是整數,而除數3也是整數,運算出來的程式被自動轉換為整數了,為了解決這個問題,您可以使用下面的方法:
594+
595+
int testNumber = 10;
596+
System.out.println(testNumber / 3.0);
597+
System.out.println((double) testNumber / 3);
598+
599+
上面這個程式片段示範了兩種解決方式:如果運算式中有一個浮點數,則程式就會先轉換使用浮點數來運算,這是第一段陳述句所使用的方式;第二個方式稱之為「限定型態轉換」,您使用 double 告訴程式先將 testNumber 的值轉換為 double,然後再進行除法運算,所以得到的結果會是正確的 3.3333;型態轉換的限定關鍵字就是宣告變數時所使用的 int、float 等關鍵字。
600+
601+
當您將精確度小的資料型態(例如int)指定給精確度大的資料型態之變數時(例如 double),這樣的指定在精確度並不會失去,所以這樣的指定是可行的,由於 Java 對於程式的安全性要求極高,型態轉換在某些情況一定要明確指定,就是在使用指定運算子 '=' 時,將精確度大的值指定給精確度小的變數時,由於在精確度上會有遺失,編譯器會認定這是一個錯誤,例如:
602+
603+
int testInteger = 0;
604+
double testDouble = 3.14;
605+
testInteger = testDouble;
606+
System.out.println(testInteger);
607+
608+
這段程式在編譯時會出現以下的錯誤訊息:
609+
610+
possible loss of precision
611+
found : double
612+
required: int
613+
testInteger = testDouble
614+
^
615+
1 error
616+
617+
如果您確定要轉換數值為較小的精度,您必須明確加上轉換的限定字,編譯器才不會回報錯誤。
618+
619+
testInteger = (int) testDouble;
620+
621+
'%' 運算子是餘除運算子,它計算所得到的結果是除法後的餘數,例如 (10 % 3) 會得到餘數 1;一個使用 '%' 的例子是數字循環,假設有一個立方體要進行360度旋轉,每次要在角度上加 1,而 360 度後必須復歸為 0,然後重新計數,這時您可以這麼撰寫:
622+
623+
count = (count + 1) % 360;
624+
625+
## 3.3.4 比較、條件運算 ##
626+
627+
數學上有比較的運算,像是大於、等於、小於等運算,Java 中也提供了這些運算子,這些運算子稱之為「比較運算子」(Comparison operator),它們有大於(>)、不小於(>=)、小於(<)、不大於(<=)、等於(==)以及不等於(!=)。
628+
629+
在 Java 中,比較的條件成立時以 true 表示,比較的條件不成立時以 false 表示,範例 3.14 示範了幾個比較運算的使用。
630+
631+
#### **範例 3.14 ComparisonOperator.java**
632+
```java
633+
public class ComparisonOperator {
634+
public static void main(String[] args) {
635+
System.out.println("10 > 5 結果 " + (10 > 5));
636+
System.out.println("10 >= 5 結果 " + (10 >= 5));
637+
System.out.println("10 < 5 結果 " + (10 < 5));
638+
System.out.println("10 <= 5 結果 " + (10 <= 5));
639+
System.out.println("10 == 5 結果 " + (10 == 5));
640+
System.out.println("10 != 5 結果 " + (10 != 5));
641+
}
642+
}
643+
```
644+
645+
程式的執行如下所示:
646+
647+
10 > 5 結果 true
648+
10 >= 5 結果 true
649+
10 < 5 結果 false
650+
10 <= 5 結果 false
651+
10 == 5 結果 false
652+
10 != 5 結果 true
653+
654+
比較運算在使用時有個即使是程式設計老手也可能犯的錯誤,且不容易發現,也就是等於運算子 '==',注意它是兩個連續的等號 '=' 所組成,而不是一個等號,一個等號是指定運算,這點必須特別注意,例如若有兩個變數x與y要比較是否相等,應該是寫成 x == y,而不是寫成 x = y,後者的作用是將y的值指定給 x,而不是比較運算 x 與 y 是否相等。
655+
656+
另一個使用 '==' 運算時要注意的是,對於物件來說,兩個物件參考之間使用 '==' 作比較時,是比較其名稱是否參考至同一物件,而不是比較其內容,在之後的章節介紹 Integer 等包裹(Wrapper)物件或字串時會再詳細介紹。
657+
658+
既然談到了條件式的問題,來介紹 Java 中的「條件運算子」(conditional operator),它的使用方式如下:
659+
660+
條件式 ? 成立傳回值 : 失敗傳回值
661+
662+
條件運算子的傳回值依條件式的結果而定,如果條件式的結果為 true,則傳回冒號 ':' 前的值,若為 false,則傳回冒號後的值,範例 3.15 可以作個簡單的示範:
663+
664+
#### **範例3.15 ConditionalOperator.java**
665+
```java
666+
import java.util.Scanner;
667+
668+
public class ConditionalOperator {
669+
public static void main(String[] args) {
670+
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
671+
672+
System.out.print("請輸入學生分數: ");
673+
int scoreOfStudent = scanner.nextInt();
674+
System.out.println("該生是否及格? " +
675+
(scoreOfStudent >= 60 ? '' : ''));
676+
}
677+
}
678+
```
679+
680+
這個程式會依您所輸入的分數來判斷學生成績是否不小於 60 分,以決定其是否及格,如果是則傳回字元 '是' ,否則傳回字元 '否',執行結果如下:
681+
682+
請輸入學生分數: 88
683+
該生是否及格? 是
684+
685+
條件運算子(?:)使用得當的話可以少寫幾句程式碼,例如範例 3.16 可以判斷使用者輸入是否為奇數。
686+
687+
#### **範例3.16 OddDecider.java**
688+
```java
689+
import java.util.Scanner;
690+
691+
public class OddDecider {
692+
public static void main(String[] args) {
693+
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
694+
695+
System.out.print("請輸入數字: ");
696+
int number = scanner.nextInt();
697+
System.out.println("是否為奇數? " +
698+
(number%2 != 0 ? '' : ''));
699+
}
700+
}
701+
```
702+
703+
當您輸入的數為奇數時,就不能被2整除,所以餘數一定不是 0,在條件式中判斷為 true,因而傳回字元 '是',若數值為偶數,則 2 整除,所以餘數為 0,在條件式中判斷為 false,所以傳回字元 '否',一個執行的例子如下:
704+
705+
請輸入數字: 87
706+
是否為奇數? 是
707+
708+
## 3.3.5 邏輯、位元運算 ##
709+
437710
待續 ...

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