Java入门记(一)：折腾HelloWorld

　　HelloWorld，学习每门语言的第一步。有人戏称，这些年的编程生涯就是学习各种语言的HelloWorld，不知是自谦还是自嘲。目前所在的公司使用Java作为主要开发语言，我进行语言转换也大半年了，这HelloWorld便是语言转换的第一关。好在本科的时候学过那么一点，而且在此之前进行了较长时间的C/C++开发，其间有不少的相似之处。这里略去JDK的安装和环境配置（JDK为1.6.0.45），直接从代码入手。

　　首先看一个最简单的Java下的HelloWorld：

public class HelloWorld {
  public static void main(String[]agrs)
    {
      System.out.println("HelloWorld!");
    }
}

　　一般来说，初学者写HelloWorld到这里，编译完运行一下看到结果就可以结束了。下面对这个小程序进行更多的探索，进一步了解和学习Java编程中的特性。

1.源码文件的编码

　　最初为了简单起见，我是在Win7中用记事本编写并保存代码为HelloWorld.java，然后用命令行直接javac编译。出于在Windows下写Linux程序的习惯，我在记事本保存时将代码保存为UTF-8编码的HelloWorld.java文件。编译时提示：

　　在仔细检查源代码确定没有任何拼写错误后，尝试将编码改回Windows默认的ANSI，成功生成了HelloWorld.class并能够正确运行，看来是编码不一致惹得祸。接下来，抱着尝试的心态，使用Unicode和Unicode Big Endian保存源码，发现也会报错，只是提示不同，编译器提示有非法字符。这个问题如果在Eclipse中用默认方式保存文件，则不会出现。

　　有趣的是，如果使用Java的I/O方法生成文本文件，应该如何确定文件的编码，也是一个常见的问题。如果仅仅是涉及Windows/Linux两个平台之间的编码差异，而不包括中文编码，前者使用\r\n，而后者使用\n\r或\n即可。对于汉字编码，需要在使用到的I/O方法中指定编码，这里不再做一步的详述。

2.为什么没有import语句？

　　还记得经典的K&R中经典的HelloWorld么？即使极尽精简，C中仍然避免不了使用#include <stdio.h>来引入头文件，才能使用printf函数。

　　而Java和C/C++不一样，这个简单的HelloWorld不需要类似include的import，也不需要使用命名空间，看似更简单了些。实际上，这是因为Java给每个Java文件都默认导入了java.lang这个包，从而省去了import java.lang;这个语句罢了。这样，下面进行屏幕输出直接使用System.out.println()即可。

　　java.lang中包括的都是常用的类和方法，具体内容读者有兴趣可以自行查阅。上文提到java.import是“默认导入”，有没有什么办法禁止其导入？我搜索了下，目前还没有查到相关的资料，如果哪位读者了解，希望能告诉我。（这可能涉及到类加载器的问题，暂未进行研究）

　　如果你执意在这段简单的代码中使用与import对应的package，可以参考本文第六节。

3.文件名为什么要与类名一致？类名与修饰符问题

　　在实践中可以看出，编译结果是HelloWorld.class，但是运行的命令却是java HelloWorld。如果这个文件还有更多的类，可以看到这些类在编译时都生成了*.class文件。对于“类名和文件名一致”这个疑问提的并不合理，显然代码编写时，一个文件中可以有很多个类。这涉及到了Java的特性（来自《Java编程思想（第四版中文版）》）：

每个编译单元（文件）只能最多有一个public类；如果有，其名称必须与含有这个编译单元的文件名相匹配，包括大小写。

　　如果不遵守这个要求，写出类似下面的代码

//ERROR IN CODE
public class HelloWorld {
  public static void main(String[]agrs)
    {
      System.out.println("HelloWorld!");
    }
}

public class HelloWorld2 {
  public static void main(String[]agrs)
    {
      System.out.println("HelloWorld, me too!");
    }
}

　　那么编译器会提示这一点

　　如果把HelloWorld2类的public去掉，将使其变成包访问权限，程序可以正常运行，此时只执行HelloWorld.main()，并不会发生冲突。

　　实际上，如果这个文件只有一个HelloWorld类，或者有两个类，只要这个包括main()的类名与文件名一致，类名前不加public也是可以正常运行的，且调用的是与文件名一致的类的main()方法。但个人认为这不是良好的编程实践，如下：

class HelloWorld {
  public static void main(String[]agrs)
    {
      System.out.println("HelloWorld!");
    }
}

class HelloWorld2 {
  public static void main(String[]agrs)
    {
      System.out.println("HelloWorld, me too!");
    }
}

　　编译时将生成HelloWorld.class和HelloWorld2.class，分别运行时，结果为两个类各自的main()方法。

4.main()函数的参数表和修饰符

　　在C中，对于main()的修饰符和参数表有着很多细节要注意（可以参考五花八门的main()）。对于Java，这里对main()的写法也进行简单的探究。

　　先来看参数表String args[]。虽说编译器要求必须是这种形式，但如果不用标准形式而用其他形式如int x、String s作为参数表，编译是可以通过的，但是在执行时则会抛出异常，无论是否提供了参数：

　　NoSuchMethodError表名，期望的是参数为String args[]的main()方法。虽然提供了同名方法，由于方法的重载机制，并不能代替期望的main(String args[])方法。

　　接下来看修饰符public。在第3条已经提到了public对于类名的修饰有所说明，而对于main()这个与文件同名的类的成员方法，为了能被调用，只能用public修饰。不使用修饰符（包访问权限）、使用private或protected都会提示：

　　对于修饰符static，表明这个方法是在存储在静态存储区的，不需要实例化对象就可以调用。去掉static后，可以编译通过，运行时提示

为了进一步验证这一点，可以编写构造方法来验证。（构造方法是在类的对象在实例化时会被调用的方法）

public class HelloWorld {
    HelloWrold
    {
        System.out.println("Constructor");
    }
    public static void main(String[]agrs)
    {
      System.out.println("HelloWorld!");
    }
}

　　编译运行时，可以看到构造方法并没有运行。

　　对于修饰符void，也是必须的。改成int等并加上对应的return语句同样会提示“NoSuchMethodError: main”。在《Java虚拟机规范（JavaSE7）》（周志明等译）中介绍到

Java虚拟机的启动是通过引导类加载器（Bootstrap Class Loader §5.3.1）创建一个初始类（Initial Class）来完成，这个类是由虚拟机的具体实现指定。紧接着，Java虚拟机链接这个初始类，初始化并调用它的public void main(String[])方法。之后的整个执行过程都是由对此方法的调用开始。

　　可见，void返回值也是被要求的，其他形式是不允许的。

　　经过进一步的测试可知，args[0]是第一个参数；而在C中，argv[0]是执行的程序名。 

5.既然main()方法是类方法……

　　既然main()方法是类方法，那么在实例化这个类的对象时，自然可以再次调用这个方法。对HelloWorld源代码加对应的两行，如下所示

public class HelloWorld {
  public static void main(String[] args)
    {
        HelloWorld h = new HelloWorld();
        System.out.println("HelloWorld!");
        h.main(args);
    }
}

运行结果为

HelloWorld!

HelloWorld!

HelloWorld!

... ...
HelloWorld!
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
at sun.nio.cs.ext.DoubleByteEncoder.encodeLoop(Unknown Source)
at java.nio.charset.CharsetEncoder.encode(Unknown Source)
at sun.nio.cs.StreamEncoder.implWrite(Unknown Source)
at sun.nio.cs.StreamEncoder.write(Unknown Source)
at java.io.OutputStreamWriter.write(Unknown Source)
at java.io.BufferedWriter.flushBuffer(Unknown Source)
at java.io.PrintStream.write(Unknown Source)
at java.io.PrintStream.print(Unknown Source)
at java.io.PrintStream.println(Unknown Source)
at main.HelloWorld.main(HelloWorld.java:15)
at main.HelloWorld.main(HelloWorld.java:16)
at main.HelloWorld.main(HelloWorld.java:16)
at main.HelloWorld.main(HelloWorld.java:16)
... ...

　　可见HelloWorld被玩坏了，这个无限递归创建对象的过程导致了内存溢出。

6.试试package

　　当然，使用java更多的时候往往要处理多个文件。为了组织同一命名空间下的文件，需要使用包来进行。对应于import，为了指定当前文件在哪个包，需要加上package语句。随便加上一个包名，最初的代码变成了

package test;

public class HelloWorld {
  public static void main(String[]agrs)
    {
      System.out.println("HelloWorld!");
    }
}

编译后，却无法运行，如下图所示

　　其实，包名是隐含目录结构的。为了运行，需要把HelloWorld.class移入这个路径的test文件夹，按照下面的方式运行才可以：

　　(2015.10.6更新)如果引用了三方jar包，可以在运行javac和java命令的时候使用-cp指定jar包所在相对路径，或者直接把jar包放在该class文件所在目录或环境变量CLASSPATH指定的目录下。

小结

　　可见，对于一个小小的HelloWorld，还是有不少东西可以发掘，只是限于篇幅和本人水平，本文仅仅进行了简要的介绍。以下是本文提出的可以在后续学习中继续深入的主题，仅供参考：

1.I/O方法编码方式的选择

2.包和代码组织

3.Java虚拟机（JVM）

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