出版者的话

中文版序

译者序

前言

第1章　计算机、程序和Java概述 1

1.1　引言 1

1.2　什么是计算机 2

1.2.1　中央处理器 2

1.2.2　比特和字节 3

1.2.3　内存 3

1.2.4　存储设备 4

1.2.5　输入和输出设备 4

1.2.6　通信设备 5

1.3　编程语言 6

1.3.1　机器语言 6

1.3.2　汇编语言 6

1.3.3　高级语言 7

1.4　操作系统 8

1.4.1　控制和监视系统的活动 8

1.4.2　分配和调配系统资源 8

1.4.3　调度操作 8

1.5　Java、万维网以及其他 9

1.6　Java语言规范、API、JDk和IDE 10

1.7　一个简单的Java程序 11

1.8　创建、编译和执行Java程序 13

1.9　程序设计风格和文档 16

1.9.1　正确的注释和注释风格 16

1.9.2　正确的缩进和空白 16

1.9.3　块的风格 17

1.10　程序设计错误 17

1.10.1　语法错误 17

1.10.2　运行时错误 18

1.10.3　逻辑错误 18

1.10.4　常见错误 19

1.11　使用NetBeans开发Java程序 20

1.11.1　创建Java工程 20

1.11.2　创建Java类 21

1.11.3　编译和运行类 22

1.12　使用Eclipse开发Java程序 22

1.12.1　创建Java工程 22

1.12.2　创建Java类 24

1.12.3　编译和运行类 24

关键术语 25

本章小结 25

测试题 26

编程练习题 26

第2章　基本程序设计 28

2.1　引言 28

2.2　编写简单的程序 28

2.3　从控制台读取输入 31

2.4　标识符 34

2.5　变量 34

2.6　赋值语句和赋值表达式 36

2.7　命名常量 37

2.8　命名习惯 37

2.9　数值数据类型和操作 38

2.9.1　数值类型 38

2.9.2　从键盘读取数值 39

2.9.3　数值操作符 39

2.9.4　幂运算 41

2.10　数值型直接量 41

2.10.1　整型直接量 42

2.10.2　浮点型直接量 42

2.10.3　科学记数法 42

2.11　表达式求值以及操作符优先级 43

2.12　示例学习：显示当前时间 44

2.13　增强赋值操作符 46

2.14　自增和自减操作符 47

2.15　数值类型转换 48

2.16　软件开发过程 50

2.17　示例学习：整钱兑零 54

2.18　常见错误和陷阱 56

关键术语 58

本章小结 58

测试题 59

编程练习题 59

第3章　选择 64

3.1　引言 64

3.2　boolean数据类型 64

3.3　if语句 66

3.4　双分支if-else语句 68

3.5　嵌套的if语句和多分支if-else语句 69

3.6　常见错误和陷阱 71

3.7　产生随机数 74

3.8　示例学习：计算身体质量指数 76

3.9　示例学习：计算税率 77

3.10　逻辑操作符 80

3.11　示例学习：判定闰年 83

3.12　示例学习：彩票 84

3.13　switch语句 85

3.14　条件表达式 88

3.15　操作符的优先级和结合规则 89

3.16　调试 90

关键术语 91

本章小结 91

测试题 92

编程练习题 92

第4章　数学函数、字符和字符串 100

4.1　引言 100

4.2　常用数学函数 101

4.2.1　三角函数方法 101

4.2.2　指数函数方法 102

4.2.3　取整方法 102

4.2.4　min、max和abs方法 102

4.2.5　random方法 103

4.2.6　示例学习：计算三角形的角度 103

4.3　字符数据类型和操作 105

4.3.1　Unicode和ASCII码 105

4.3.2　特殊字符的转义序列 106

4.3.3　字符型数据与数值型数据之间的转换 107

4.3.4　字符的比较和测试 107

4.4　String类型 109

4.4.1　求字符串长度 110

4.4.2　从字符串中获取字符 110

4.4.3　连接字符串 111

4.4.4　字符串的转换 111

4.4.5　从控制台读取字符串 112

4.4.6　从控制台读取字符 112

4.4.7　字符串比较 112

4.4.8　获得子字符串 114

4.4.9　获取字符串中的字符或者子串 115

4.4.10　字符串和数字间的转换 116

4.5　示例学习 117

4.5.1　猜测生日 118

4.5.2　将十六进制数转换为十进制数 121

4.5.3　使用字符串修改彩票程序 122

4.6　格式化控制台输出 123

关键术语 126

本章小结 127

测试题 127

编程练习题 127

第5章　循环 133

5.1　引言 133

5.2　while循环 134

5.2.1　示例学习：猜数字 136

5.2.2　循环设计策略 138

5.2.3　示例学习：多个减法测试题 138

5.2.4　使用标记值控制循环 140

5.2.5　输入和输出重定向 141

5.3　do-while循环 143

5.4　for循环 144

5.5　采用哪种循环 147

5.6　嵌套循环 149

5.7　最小化数值错误 151

5.8　示例学习 152

5.8.1　求最大公约数 152

5.8.2　预测未来学费 154

5.8.3　将十进制数转换为

十六进制数 155

5.9　关键字break和continue 156

5.10　示例学习：判断回文串 159

5.11　示例学习：显示素数 160

关键术语 162

本章小结 163

测试题 163

编程练习题 163

第6章　方法 171

6.1　引言 171

6.2　定义方法 172

6.3　调用方法 173

6.4　void方法示例 175

6.5　通过传值进行参数传递 178

6.6　模块化代码 181

6.7　示例学习：将十六进制数转换为十进制数 183

6.8　重载方法 185

6.9　变量的作用域 187

6.10　示例学习：生成随机字符 188

6.11　方法抽象和逐步求精 190

6.11.1　自顶向下的设计 191

6.11.2　自顶向下和自底向上的实现 192

6.11.3　实现细节 193

6.11.4　逐步求精的优势 196

关键术语 196

本章小结 197

测试题 197

编程练习题 197

第7章　一维数组 207

7.1　引言 207

7.2　数组的基础知识 207

7.2.1　声明数组变量 208

7.2.2　创建数组 208

7.2.3　数组大小和默认值 209

7.2.4　访问数组元素 209

7.2.5　数组初始化语法 210

7.2.6　处理数组 210

7.2.7　foreach循环 212

7.3　示例学习：分析数字 214

7.4　示例学习：一副牌 215

7.5　数组的复制 217

7.6　将数组传递给方法 218

7.7　从方法中返回数组 221

7.8　示例学习：统计每个字母出现的次数 221

7.9　可变长参数列表 224

7.10　数组的查找 225

7.10.1　线性查找法 225

7.10.2　二分查找法 226

7.11　数组的排序 228

7.12　Arrays类 230

7.13　命令行参数 232

7.13.1　向main方法传递字符串 232

7.13.2　示例学习：计算器 232

关键术语 234

本章小结 235

测试题 235

编程练习题 235

第8章　多维数组 242

8.1　引言 242

8.2　二维数组的基础知识 242

8.2.1　声明二维数组变量并创建二维数组 243

8.2.2　获取二维数组的长度 244

8.2.3　锯齿数组 244

8.3　处理二维数组 245

8.4　将二维数组传递给方法 247

8.5　示例学习：多选题测验评分 248

8.6　示例学习：找出距离最近的点对 249

8.7　示例学习：数独 251

8.8　多维数组 254

8.8.1　示例学习：每日温度和湿度 255

8.8.2　示例学习：猜生日 256

用JavaFX取代了Swing。JavaFX是一个用于开发Java GUI程序的新框架，它极大地简化了GUI程序设计，比Swing更易于学习。

在GUI程序设计之前介绍异常处理、抽象类和接口，若教师选择不教授GUI的内容，可以直接跳过第14～16章。

在第4章便开始介绍对象和字符题串，从而使得学生可以较早地使用对象和字符串来开发有趣的程序。

包含更多新的有趣示例和练习题 ，用于激发学生兴趣。在配套网站（www.cs. armstrong.edu/liang/intro10e/或www.pearsonhighered.com/liang）上还为教师提供了100多道编程练习题。

本书采用基础优先的方法，在设计自定义类之前，首先介绍基本的程序设计概念和技术。选择语句、循环、方法和数组这样的基本概念和技术是程序设计的基础，它们为学生进一步学习面向对象程序设计和高级Java程序设计做好准备。

本书以问题驱动的方式来教授程序设计，将重点放在问题的解决而不是语法上。我们通过使用在各种应用情景中引发思考的问题，使得程序设计的介绍也变得更加有趣。前面章节的主线放在问题的解决上，引入合适的语法和库以支持编写解决问题的程序。为了支持以问题驱动的方式来教授程序设计，本书提供了大量不同难度的问题来激发学生的积极性。为了吸引各个专业的学生来学习，这些问题涉及很多应用领域，包括数学、科学、商业、金融、游戏、动画以及多媒体等。

本书将程序设计、数据结构和算法无缝集成在一起，采用一种实用性的方式来教授数据结构。首先介绍如何使用各种数据结构来开发高效的算法，然后演示如何实现这些数据结构。通过实现，学生获得关于数据结构效率，以及如何和何时使用某种数据结构的深入理解。最后，我们设计和实现了针对树和图的自定义数据结构。

本书广泛应用于全球各大学的程序设计入门、数据结构和算法课程中。完全版包括程序设计基础、面向对象程序设计、GUI程序设计、数据结构、算法、并行、网络、数据库和Web程序设计。这个版本旨在把学生培养成精通Java的程序员。基础篇可用于程序设计的第一门课程（通常称为CS1）。基础篇包含完全版的前18章内容，前13章适合准备AP计算机科学考试（AP Computer Science Exam）的人员使用。

教授编程的最好途径是通过示例，而学习编程的唯一途径是通过动手练习。本书通过示例对基本概念进行了解释，提供了大量不同难度的练习题供学生进行实践。在我们的程序设计课程中，每次课后都布置了编程练习。

我们的目标是编写一本可以通过各种应用场景中的有趣示例来教授问题求解和程序设计的教材。如果您有任何关于如何改进本书的评论或建议，请通过以下方式与我联系。

Y. Daniel Liangy.daniel.liang@gmail.comwww.cs.armstrong.edu/liangwww.pearsonhighered.com/liang本版新增内容本版对各个细节都进行了全面修订，以增强其清晰性、表述、内容、例子和练习题。本版主要的改进如下：

更新到Java 8版本。

由于Swing被JavaFX所替代，因此所有的GUI示例和练习题都使用JavaFX改写。

使用lambda表达式来简化JavaFX和线程中的编程。

在配套网站上为教师提供了100多道编程练习题，并给出了答案。这些练习题没有出现在教材中。

在第4章就引入了数学方法，使得学生可以使用数学函数编写代码。

在第4章就引入了字符串，使得学生可以早点使用对象和字符串开发有趣的程序。

GUI编程放在抽象类和接口之后介绍，若教师选择不教授GUI内容的话，可以直接跳过这些章节。

第4、14、15和16章是全新的章节。

第28和29章大幅改写，对最小生成树和最短路径使用更加简化的方法实现。

教学特色本书使用以下要素组织素材：

教学目标　在每章开始处列出学生应该掌握的内容，学完这章后，学生能够判断自己是否达到这个目标。

引言　提出代表性的问题，以便学生对该章内容有一个概括了解。

要点提示　突出每节中涵盖的重要概念。

复习题　按节组织，帮助学生复习相关内容并评估掌握的程度。

示例学习　通过精心挑选示例，以容易理解的方式教授问题求解和程序设计概念。本书使用多个小的、简单的、激发兴趣的例子来演示重要的概念。

本章小结　回顾学生应该理解和记住的重要主题，有助于巩固该章所学的关键概念。

测试题　测试题是在线的，让学生对编程概念和技术进行自我测试。

编程练习题　为学生提供独立应用所学新技能的机会。练习题的难度分为容易（没有星号）、适中（*）、难（**）和具有挑战性（***）四个级别。学习程序设计的窍门就是实践、实践、再实践。所以，本书提供了大量的编程练习题。

注意、提示、警告和设计指南　贯穿全书，对程序开发的重要方面提供有价值的建议和见解。

注意　提供学习主题的附加信息，巩固重要概念。

提示　教授良好的程序设计风格和实践经验。

警告　帮助学生避开程序设计错误的误区。

设计指南　提供设计程序的指南。

灵活的章节顺序本书提供灵活的章节顺序，使学生可以或早或晚地了解GUI、异常处理、递归、泛型和Java集合框架等内容。下页的插图显示了各章之间的相关性。

本书的组织所有的章节分为五部分，构成Java程序设计、数据结构和算法、数据库和Web程序设计的全面介绍。因为知识是循序渐进的，前面的章节介绍了程序设计的基本概念，并且通过简单的例子和练习题指导学生；后续的章节逐步详细地介绍Java程序设计，最后介绍开发综合的Java应用程序。附录包含各种主题，包含数系、位操作、正则表达式以及枚举类型。

第一部分　程序设计基础（第1～8章）本书第一部分是基石，让你开始踏上Java学习之旅。你将开始了解Java（第1章），还将学习像基本数据类型、变量、常量、赋值、表达式以及操作符这样的基本程序设计技术（第2章），选择语句（第3章），数学函数、字符和字符串（第4章），循环（第5章），方法（第6章），数组（第7～8章）。在第7章之后，可以跳到第18章去学习如何编写递归的方法来解决本身具有递归特性的问题。

第二部分　面向对象程序设计（第9～13章和第17章）这一部分介绍面向对象程序设计。Java是一种面向对象程序设计语言，它使用抽象、封装、继承和多态来提供开发软件的极大灵活性、模块化和可重用性。你将学习如何使用对象和类进行程序设计（第9～10章）、类的继承（第11章）、多态性（第11章）、异常处理（第12章）、抽象类（第13章）以及接口（第13章）。文本I/O将在第12章介绍，二进制I/O将在第17章介绍。

第三部分　GUI程序设计（第14～16章和奖励章节第34章）JavaFX是一个开发Java GUI程序的新框架。它不仅对于开发GUI程序有用，还是一个用于学习面向对象程序设计的优秀教学工具。这一部分中在第14～16章介绍使用JavaFX的Java GUI程序设计。主要的主题包括GUI基础（第14章）、容器面板（第14章）、绘制形状（第14章）、事件驱动编程（第15章）、动画（第15章）、GUI组件（第16章），以及播放音频和视频（第16章）。你将学习采用JavaFX的GUI程序设计的架构，并且使用组件、形状、面板、图像和视频来开发有用的应用程序。第34章涵盖JavaFX的高级特性。

第四部分　数据结构和算法（第18～29章和奖励章节第40～41章）这一部分介绍经典数据结构和算法课程中的主要内容。第18章介绍递归来编写解决本身具有递归特性的问题的方法。第19章介绍泛型来提高软件的可靠性。第20和21章介绍Java集合框架，它为数据结构定义了一套有用的API。第22章讨论算法效率的度量以便给应用程序选择合适的算法。第23章介绍经典的排序算法。你将在第24章中学到如何实现经典的数据结构，如列表、队列和优先队列。第25和26章介绍二分查找树和AVL树。第27章介绍散列以及通过散列实现映射(map)和集合（set）。第28和29章介绍图的应用。2-4树、B树以及红黑树在奖励章节第40～41章中介绍。

第五部分　高级Java程序设计（第30～33章、奖励章节第35～39章及第42章）这一部分介绍高级Java程序设计。第30章介绍使用多线程使程序具有更好的响应和交互性，并介绍并行编程。第31章讨论如何编写程序使得Internet上的不同主机能够相互对话。第32章介绍使用Java来开发数据库项目。第33章介绍使用JavaServer Faces进行现代Web应用程序开发。第35章探究高级Java数据库程序设计。第36章涵盖国际化支持的使用，以开发面向全球使用者的项目。第37和38章介绍如何使用Java servlet和JSP创建来自Web服务器的动态内容。第39章讨论Web服务。第42章介绍使用JUnit测试Java程序。

附录附录A列出Java关键字。附录B给出十进制和十六进制ASCII字符集。附录C给出操作符优先级。附录D总结Java修饰符和它们的使用。附录E讨论特殊的浮点值。附录F介绍数系以及二进制、十进制和十六进制间的转换。附录G介绍位操作。附录H介绍正则表达式。附录I涵盖枚举类型。

Java开发工具可以使用Windows记事本（NotePad）或写字板（WordPad）这样的文本编辑器创建Java程序，然后从命令窗口编译、运行这个程序。也可以使用Java开发工具，例如， NetBeans或者Eclipse。这些工具支持快速开发Java应用程序的集成开发环境（IDE），编辑、编译、构建、运行和调试程序都集成在一个图形用户界面中。有效地使用这些工具可以极大地提高编写程序的效率。如果按照教程学习，NetBeans和Eclipse也是易于使用的。关于NetBeans和Eclipse的教程，参见配套网站。

学生资源学生资源可以从本书的配套网站得到，具体包括：

复习题的答案。

偶数号编程练习题的解答。

本书例子的源代码。

交互式的自测题（按章节组织）。

补充材料。

调试技巧。

算法动画。

勘误表。

教师资源教师资源包括：

PowerPoint教学幻灯片，通过交互性的按钮可以观看彩色并且语法项高亮显示的源代码，并可以不离开幻灯片运行程序。

所有编程练习题的答案。学生只可以得到偶数号练习题的答案。

100多道编程练习题，按章节组织。这些练习题仅对教师开放，并提供答案。

基于Web的测试题生成器。（教师可以选择章节以从2000多个大型题库中生成测试题。）样卷。大多数试卷包含4个部分：

多选题或者简答题。

改正编程错误。

跟踪程序。

编写程序。

ACM/IEEE课程体系2013版。新的ACM/IEEE计算机科学课程体系2013版将知识主体组织成18个知识领域。为了帮助教师基于本书设计课程，我们提供了示例教学大纲来确定知识领域和知识单元。示例教学大纲用于一个三学期的课程系列，作为一个学院自定义（institutional customization）示例。

具有ABET课程评价的样卷。

课程项目。通常，每个项目给出一个描述，并且要求学生分析、设计和实现该项目。

致谢感谢阿姆斯特朗亚特兰大州立大学给我机会讲授我所写的内容，并支持我将所教的内容编写成教材。教学是我持续改进本书的灵感之源。感谢使用本书的教师和学生提出的评价、建议、错误报告和赞扬。

由于有了对本版和以前版本的富有见解的审阅，本书得到很大的改进。感谢以下审阅人员：Elizabeth Adams (James Madison University), Syed Ahmed (North Georgia College and State University), Omar Aldawud (Illinois Institute of Technology), Stefan Andrei(Lamar University)，Yang Ang (University of Wollongong, Australia), Kevin Bierre (Rochester Institute of Technology), David Champion (DeVry Institute), James Chegwidden (Tarrant County College), Anup Dargar (University of North Dakota), Charles Dierbach (Towson University), Frank Ducrest (University of Louisiana at Lafayette), Erica Eddy (University of Wisconsin at Parkside), Deena Engel (New York University), Henry A Etlinger (Rochester Institute of Technology), James Ten Eyck (Marist College), Myers Foreman(Lamar University)，Olac Fuentes (University of Texas at El Paso),Edward F. Gehringer(North Carolina State University)， Harold Grossman (Clemson University), Barbara Guillot (Louisiana State University),Stuart hansen(University of Wisconsin, Parkside)，Dan Harvey(Southern Oregon University)， Ron Hofman (Red River College, Canada), Stephen Hughes (Roanoke College), Vladan Jovanovic (Georgia Southern University), Edwin Kay (Lehigh University), Larry King (University of Texas at Dallas), Nana Kofi (Langara College, Canada), George Koutsogiannakis (Illinois Institute of Technology), Roger Kraft (Purdue University at Calumet),Norman Krumpe(Miami University)， Hong Lin (DeVry Institute), Dan Lipsa (Armstrong Atlantic State University), James Madison (Rensselaer Polytechnic Institute), Frank Malinowski (Darton College), Tim Margush (University of Akron), Debbie Masada (Sun Microsystems), Blayne Mayfield (Oklahoma State University), John McGrath (J.P. McGrath Consulting),Hugh McGuire(Grand Valley State)， Shyamal Mitra (University of Texas at Austin), Michel Mitri (James Madison University), Kenrick Mock (University of Alaska Anchorage), Frank Murgolo(California State University, Long Beach),Jun Ni (University of Iowa), Benjamin Nystuen (University of Colorado at Colorado Springs), Maureen Opkins (CA State University, Long Beach), Gavin Osborne (University of Saskatchewan), Kevin Parker (Idaho State University), Dale Parson (Kutztown University), Mark Pendergast (Florida Gulf Coast University), Richard Povinelli (Marquette University), Roger Priebe (University of Texas at Austin), Mary Ann Pumphrey (De Anza Junior College), Pat Roth (Southern Polytechnic State University),Amr Sabry(Indiana University)，Ben Setzer(Kennesaw State University)，Carolyn Schauble (Colorado State University), David Scuse (University of Manitoba), Ashraf Shirani (San Jose State University), Daniel Spiegel (Kutztown University), Joslyn A. Smith(Florida Atlantic University), Lixin Tao (Pace University), Ronald F. Taylor(Wright State University)，Russ Tront (Simon Fraser University), Deborah Trytten (University of Oklahoma), Michael Verdicchio(Citadel)，Kent Vidrine (George Washington University), Bahram Zartoshty (California State University at Northridge)。

能够与Pearson出版社一起工作，我感到非常愉快和荣幸。感谢Tracy Johnson和她的同事Marcia Horton、Yez Alayan、Carole Snyder、Scott Disanno、Bob Engelhardt、Haseen Khan，感谢他们组织、开展和积极促进本项目。

一如既往，感谢我妻子Samantha的爱、支持和鼓励。