Java 数据类型与基础操作实验 | 学习 Java 基础

介绍

欢迎来到 Java 数据类型与基础操作实验！在这个实验中，我们将深入探讨 Java 编程的基础构建模块。你将探索整数、浮点数和字符串——这些构成任何 Java 程序基础的基本数据类型。如果这些术语现在听起来有点陌生，不用担心；我们会逐步解释每个概念，并在实际代码中进行练习。

你还将获得基本的算术操作和字符串连接的实际操作经验。这些技能对于任何 Java 程序员来说都是必不可少的，掌握它们将为你在编程之旅中取得成功奠定基础。

在本实验结束时，你将牢固掌握如何在 Java 中处理不同类型的数据，并准备好应对更复杂的编程挑战。让我们开始吧！

Skills Graph

%%%%{init: {'theme':'neutral'}}%%%% flowchart RL java(("Java")) -.-> java/BasicSyntaxGroup(["Basic Syntax"]) java(("Java")) -.-> java/StringManipulationGroup(["String Manipulation"]) java/BasicSyntaxGroup -.-> java/data_types("Data Types") java/BasicSyntaxGroup -.-> java/operators("Operators") java/BasicSyntaxGroup -.-> java/variables("Variables") java/BasicSyntaxGroup -.-> java/output("Output") java/BasicSyntaxGroup -.-> java/math("Math") java/StringManipulationGroup -.-> java/strings("Strings") subgraph Lab Skills java/data_types -.-> lab-413744{{"Java 数据类型与基础操作"}} java/operators -.-> lab-413744{{"Java 数据类型与基础操作"}} java/variables -.-> lab-413744{{"Java 数据类型与基础操作"}} java/output -.-> lab-413744{{"Java 数据类型与基础操作"}} java/math -.-> lab-413744{{"Java 数据类型与基础操作"}} java/strings -.-> lab-413744{{"Java 数据类型与基础操作"}} end

使用整数

让我们从探索 Java 中的整数开始我们的旅程。整数是没有小数点的整数，在编程中经常用于计数、索引和许多其他用途。

在 WebIDE 编辑器中打开 IntegerDemo.java 文件。你会看到以下代码：
```
public class IntegerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO: 声明一个整数变量并打印它
    }
}
```
这是 Java 程序的基本结构。main 方法是程序开始执行的地方。
现在，让我们用一些实际的代码替换 TODO 注释。添加以下代码：
```
int number = 42;
System.out.println("The number is: " + number);
```
让我们分解这段代码：
- int number = 42;：这行代码创建了一个名为 number 的 int（整数）类型变量，并为其赋值 42。
- System.out.println("The number is: " + number);：这行代码打印出一条消息。这里的 + 运算符用于字符串连接，这意味着它将文本 "The number is: " 与 number 变量的值结合起来。
干得好！现在保存文件。在大多数 IDE（包括 WebIDE）中，保存是自动的，但养成确保文件保存的习惯是好的。
接下来，我们需要编译我们的程序。编译将我们人类可读的 Java 代码转换为计算机可以执行的形式。在终端中运行以下命令：
```
javac ~/project/IntegerDemo.java
```
如果你没有看到任何输出，这是个好消息！这意味着我们的代码编译没有错误。
现在我们已经编译了程序，让我们运行它。使用以下命令：
```
java -cp ~/project IntegerDemo
```
注意： java -cp 告诉 Java 在哪里查找编译后的类文件。在这种情况下，我们告诉 Java 在 ~/project 目录中查找。

或者，你可以导航到 ~/project 目录并使用以下命令运行程序：
```
cd ~/project
java IntegerDemo
```
如果一切正常，你应该会看到输出：The number is: 42

恭喜！你刚刚创建、编译并运行了你的第一个处理整数的 Java 程序。如果你遇到任何错误，不要担心——编程通常涉及故障排除。仔细检查你的代码是否有拼写错误，并确保你仔细遵循了每个步骤。

基础算术操作

现在我们已经熟悉了整数，接下来让我们探索如何在 Java 中执行基础算术操作。这些操作是编程中更复杂计算的基础。

让我们修改 IntegerDemo.java 文件，加入一些算术操作。将其内容替换为以下代码：
```
public class IntegerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int number1 = 10;
        int number2 = 5;

        // TODO: 执行算术操作并打印结果
    }
}
```
在这里，我们声明了两个整数变量 number1 和 number2，我们将用它们进行计算。

现在，让我们用执行基础算术操作的代码替换 TODO 注释。添加以下代码：

int sum = number1 + number2;
int difference = number1 - number2;
int product = number1 * number2;
int quotient = number1 / number2;

System.out.println("Number 1: " + number1);
System.out.println("Number 2: " + number2);
System.out.println("Sum: " + sum);
System.out.println("Difference: " + difference);
System.out.println("Product: " + product);
System.out.println("Quotient: " + quotient);

让我们分解这段代码：

我们执行了四种基础算术操作：加法 (+)、减法 (-)、乘法 (*) 和除法 (/)。
我们将每个结果存储在一个新的变量中。
最后，我们打印出所有数字和结果。

保存文件，然后使用与之前相同的命令编译并运行程序：
```
javac ~/project/IntegerDemo.java
java -cp ~/project IntegerDemo
```
你应该会看到输出，显示原始数字和所有算术操作的结果。
```
Number 1: 10
Number 2: 5
Sum: 15
Difference: 5
Product: 50
Quotient: 2
```
注意到商的结果有什么有趣的地方吗？尽管 10 除以 5 是 2.0，但我们的结果只是 2。这是因为在 Java 中，当你对两个整数进行除法运算时，结果也是一个整数。任何小数部分都会被截断（去掉），而不是四舍五入。

尝试修改这个程序！试着改变 number1 和 number2 的值，看看它如何影响结果。这是理解 Java 中算术操作如何工作的好方法。

使用浮点数

现在我们已经掌握了整数，接下来让我们探索浮点数。这些是带有小数点的数字，允许我们表示分数或更精确的测量值。

打开 FloatDemo.java 文件。你会看到以下初始代码：

public class FloatDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO: 声明并使用浮点数
    }
}

让我们用演示浮点数使用的代码替换 TODO 注释：
```
double pi = 3.14159;
System.out.println("pi 的近似值是: " + pi);

double radius = 5.0;
double area = pi * radius * radius;
System.out.println("圆的半径是: " + radius);
System.out.println("圆的面积是: " + area);

// 演示精度问题
double result = 0.1 + 0.2;
System.out.println("0.1 + 0.2 = " + result);
```
让我们分解这段代码：
- 我们使用 double 类型来表示浮点数。它比 float 类型提供了更高的精度。
- 我们定义了 pi 并使用它来计算圆的面积。
- 最后一部分展示了浮点数运算的一个特性，这常常让初学者感到惊讶。
保存文件，然后编译并运行程序：
```
javac ~/project/FloatDemo.java
java -cp ~/project FloatDemo
```
你应该会看到类似以下的输出：
```
pi 的近似值是: 3.14159
圆的半径是: 5.0
圆的面积是: 78.53975
0.1 + 0.2 = 0.30000000000000004
```
你注意到最后一行有什么奇怪的地方吗？尽管我们知道 0.1 + 0.2 应该正好等于 0.3，但我们的程序打印了一个略微不同的值。这是由于计算机在二进制中表示十进制数的方式。这是新手程序员常见的困惑来源，但在大多数实际应用中，这种微小的差异并不重要。

浮点数使我们能够处理比整数更广泛的值范围，包括非常大和非常小的数字。它们在科学计算、图形处理以及许多其他应用中至关重要。

使用字符串

本实验的最后一个主题是字符串。在编程中，字符串是字符的序列，例如单词或句子。字符串对于在程序中处理文本至关重要。

打开 StringDemo.java 文件。你会看到以下初始代码：

public class StringDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO: 声明并操作字符串
    }
}

让我们用演示各种字符串操作的代码替换 TODO 注释：

String greeting = "Hello";
String name = "Alice";

// 字符串连接
String message = greeting + ", " + name + "!";
System.out.println(message);

// 字符串长度
System.out.println("消息的长度是: " + message.length());

// 访问字符串中的字符
System.out.println("第一个字符是: " + message.charAt(0));

// 转换为大写
System.out.println("大写消息: " + message.toUpperCase());

// 子字符串
System.out.println("前五个字符: " + message.substring(0, 5));

让我们分解这段代码：

我们使用双引号创建字符串。
我们可以使用 + 运算符连接（拼接）字符串。
Java 中的字符串附带了许多有用的方法，例如 length()、charAt()、toUpperCase() 和 substring()。
字符串是“从零开始索引”的，这意味着第一个字符位于位置 0。

保存文件，然后编译并运行程序：

javac ~/project/StringDemo.java
java -cp ~/project StringDemo

你应该会看到演示各种字符串操作的输出：

Hello, Alice!
消息的长度是: 13
第一个字符是: H
大写消息: HELLO, ALICE!
前五个字符: Hello

Java 中的字符串非常灵活，并且附带了许多内置方法来操作它们。随着你继续学习 Java，你会发现更多有用的字符串操作。

综合应用

作为最后一步，让我们创建一个程序，将我们学到的所有内容结合起来。我们将制作一个简单的温度转换器，使用整数、浮点数和字符串。

打开 TemperatureConverter.java 文件。你会看到以下初始代码：

public class TemperatureConverter {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO: 实现温度转换
    }
}

用以下代码替换 TODO 注释：

int fahrenheit = 98;
double celsius = (fahrenheit - 32) * 5.0 / 9.0;

String message = fahrenheit + "°F 等于 " + celsius + "°C";
System.out.println(message);

// 四舍五入到两位小数
double roundedCelsius = Math.round(celsius * 100.0) / 100.0;
String formattedMessage = String.format("%d°F 等于 %.2f°C", fahrenheit, roundedCelsius);
System.out.println(formattedMessage);

// 反向转换
celsius = 37.0;
fahrenheit = (int) (celsius * 9.0 / 5.0 + 32);
System.out.println(celsius + "°C 约等于 " + fahrenheit + "°F");

这个程序展示了：

同时使用 int 和 double 类型
执行涉及不同类型的计算
使用字符串连接输出
使用 Math.round() 方法进行四舍五入
使用 String.format() 更好地控制输出格式
将 double 强制转换为 int（在第二次转换中）

保存、编译并运行程序：

javac ~/project/TemperatureConverter.java
java -cp ~/project TemperatureConverter

你应该会看到显示不同精度温度转换的输出：

98°F 等于 36.666666666666664°C
98°F 等于 36.67°C
37.0°C 约等于 98°F

这个最终程序将我们学到的所有概念结合在一起：整数、浮点数、字符串、算术操作和类型转换。它还引入了一些新概念，如四舍五入和格式化输出，这些在你的 Java 编程之旅中会非常有用。

总结

恭喜！你已经完成了 Java 数据类型与基础操作实验。让我们回顾一下你学到的内容：

使用整数并执行基础算术操作
使用浮点数进行更精确的计算
操作字符串并执行字符串连接
在实际程序（温度转换器）中结合不同的数据类型
使用基础格式化和四舍五入操作

这些技能构成了 Java 编程的基础，在你继续软件开发之旅时将至关重要。记住，编程是一项通过练习不断提升的技能。不要犹豫，尝试修改你在这里学到的概念。试着修改程序、改变值或添加新的计算。

随着你继续前进，你将在这些基础上构建更复杂和强大的程序。继续编码，继续学习，最重要的是，享受乐趣！你正在成为一名 Java 专家的道路上稳步前进。