# Fundamentals to Java ## Object Oriented Paradigm **object(对象)** 除了primitive type之外，其它都可以是object. **primitive type:** int, short, long, float, double, boolean *注意是int不是Integer.* 有了一个class，有了一堆object，每个object都有自己的state(**field**)和behavior(**method**)，这个时候如果想要找到某个class定义的object，就可以拿着名片去找object，此时的过程叫做dereference，而这张写了object地址的名片叫做reference。 **type:** 定义了一个对象该有什么状态和行为. 比如student type的行为可以包括take class, take exam. **class(类)** 定义每一个这个类的object有哪些状态，但不定义某一特定的对象的field是什么，它相当于只是蓝图，只是一个抽象的约束。 **instance(实例)** 其实和object一回事 每一个instance都有它对应的具体状态和行为 **reference(引用)** 写了object地址的名片 通过名片找到object的过程叫做derefrencing。 举个例子，`int[] array;` array就是一个reference，它的类型就是int\[]，是一个class。 ### Work with Objects `Student firstStudent = new Student ("Tom")` **Declaration声明：** `student firstStudent`firststudent是一个reference 一张名片 指向一个Student类型的object **Instantiation实例化:** n`ew` 辟开一个地址 **`=`** 把new出来的 `Student`赋值给了`firstStudent` **Initialization初始化:** 精装修一个符合要求的object 调用constructor, 根据用户的输入给某些field赋初始值 ### Object Memory Layout #### Memory Spaces in Java: Stack and Heap **Stack(栈)：**stack的每一层叫stack frame，每一个function call的stack frame都存了**当前层变量**，存的是系统调用的状况；这占了系统一部分内存。\ **Heap(堆)：**存的是new出来的**object** **stack上的一张名片指向了一个heap上的object** ![](https://492391472-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-legacy-files/o/assets%2F-LiBoWdc5sh0EFrazIOe%2F-LwAajef4iWNWcQ0Uz1Q%2F-LwBnzva9b7VMQheMzKg%2Fimage.png?alt=media\&token=efb9b9b5-b434-41ee-b1bd-d071747ff211) 在一个方法调用结束之后，这两张名片就不在了，但是它们暂时还留在内存里，直到garbage collection回收。 假如这时来一个`jack=rose;`那么此时改的是stack里的jack的指向，把rose这张名片上的内容复印到jack这张名片上。执行后的效果是jack的这张名片不再指向Jack的这个object，而是指向了Rose的这个object，**并没有复制出一个新的object**。 #### where are the local variables stored: * **primitive** type: stack * **object**: the **reference** stores in stack, the **object** **self** stores in heap **where are the fields stored:** * **primitive** type: heap * **object**: heap (its **reference** stores in heap as well) 只在class里, 但不在任何一个method里的field: 存在heap > “在class但不在method里定义的是field，在method里定义的是local variable”技术问题的描述要非常准确，不能只说“在class里define的是field”，因为method也是在class里的。 > > 小技巧：看到赋值时，想：等号左边的内容是stack还是heap，以此思考这个reference到底是什么 ### Constructor: 1. 没有返回值类型 2. 名字和类名一模一样（包括大小写） 3. 只有在field的名字和local variable相同时用为了避免歧义而用`this.`指代当前instance自己 ### Default Values 可以在initialization时不传入数值，默认值是zero, false, null ### Coding Style {% embed url="" %} **class：UpperCamelCase**, e.g. `HelloWorld`\ **method/field name: lowerCamelCase**, e.g. `myName` ## Static ### **属于class，不属于instance** > **Members** (fields, methods, classes) **belong** to **class**, **not object**. > > members意味着它可以修饰fields/methods/class ### Static fields Static Fields是属于类的状态； #### 什么叫属于类的状态？ 不同的instance有属于自己的一个field，比如特斯拉不同model的车有不同的电池容量；这些field的状态是属于每一个instance的特性。 但是如果是同一个class new出来的instance，它们可能有一些共性，比如能源类型（电车）、价位逼格（都很贵）、轮子的数量(都是4)...这些field是属于这个类“特斯拉”的状态。这种就是加了static，因为static是修饰这一个class的，所有的instance都用这一份，唯一一份，这就叫“belong to class, not object”。 对class做dereference就可以获得static fields。而这个static field不属于instance，所以无法通过对instance做dereference而使用。比如 `Model3.howmanywheels` 就无法调用 得要用`Tesla.howmanywheels` ### Static methods Static Methods是属于类的行为；\ 在这里不能访问属于instance的field （只有在instance里才可以） | | Class | instance | | -------- | ----- | -------- | | Class | Yes | Yes | | instance | NO | Yes | 有class,不一定有instance； 就像是特斯拉可以先出一个概念，但是不交车，不new instance，所以在static method内不能调用instance fields 但是有instance一定有class；所以在instance内可以调用static field和static method。 Class variable (static)\ instance variable (non-static)\ Class method (static)\ instance method (non-static) ### 纠错 ## Final 一旦确定，不能修改 > "Once assigned, can never be changed"\ > final **class**: 不能被继承，没有子类可以以此为基础 (inheritance) 只要是这个类型的，就是这个类型的；\ > final **method**: 不能被overridden （子类重写父类的方法）\ > final **variable**：once assigned, cannot be assigned again \* 如果违背了final的要求，那么编译器会标红，无法编译。\ 指向关系不能变，但是指向的内容可以变 如果final一个field却没有赋值会出现compile error，因为final默认指向null还不能改了\ constant的默认值是 0 False Null\ **static final**=constant value 常量，全局独此一份且不会变 ## Java Parameter Passing ### Pass by Value * **Pass by Value (Java)**: The method parameter **values** are **copied** to another variable and then the copied object is passed, that’s why it’s called pass by value. * ~~**Pass by Reference (Python)**: An alias or reference to the actual parameter is passed to the method, that’s why it’s called pass by reference. 引用传递，传的是找到这个参数的引用或address~~ 如果传的参数是primitive type，就是复制这个primitive type\ 如果传的参数是objects，就是复制这个object的reference （复印名片） ## Array vs. Objects * arrays are **objects (heap中)** 因为array是new出来的 在Java的文档里，没有array这个class，只能用Java中设定好的方式来 syntax sugar\ **Arrays**可以用来操作array，有很多utility functions. 比如Arrays.binarysearch()返回index或者-1, Arrays.sort() 没有返回值，inplace地sort好, Arrays.toString... **Array**是一个可能一辈子都用不到的，忘了它 * 在Java中有一个array的length field 所以没有`arr.length()`,只有`arr.length`\ 访问field没有括号 * array length field cannot be changed after created **(final)** \ 而像这句话 `int[] arr=new int[5]; arr= new int[100]` 的操作，本质是new了一个新的array，原来的array，length是5还是5 * 所以array**只适合确定长的情况**，如果做题的时候不确定需要创建的这个array的长度，需要的是List，比如ArrayList和LinkedList ### 高维数组 Java中的高维数组是指向低维数组的reference的array，是array of references；虽然reference之间两两连续，但是这几维之间可以存的却不连续。在高维数组的定义时，给出最高维就足以。 ### 访问 O(1)做random access 因为连续存储，只要知道a\[0]的地址，就可以直接加difference，跳到对应的地方。 ### 常见错误 #### ArrayIndexOutOfBoundException 越界 New的Array只有1个，但是访问第2个 #### NullPointerException 空指针 沿着空名片找对象 也叫Dereference Null ```java int[] array = new int[0]; //空钱包，里面没钱 int i = array.length; //i=0 int a = array[0] //ArrayIndexOutofBoundException int[] array = null; int i = array.length; //NPE int a = array[0]; //NPE //NPE int[] array=null; //没有钱包 int value=array[1]; //想从钱包拿出钱 //ArrayIndexOutofBoundException int[][] array=new int[5][]; //{null, null, null, null, null} int[] v1 = array[5]; //钱包里钱不够 int v2 = array[3][2]; //NPE 因为array[3]是null ``` ```java //另一个classic NPE issue //在Binary search in unknown space的问题里 dict.get(i) == null if (dict.get(i) > target) { //这里> < = 默认符号两遍需要是object //所以面对左边不是object，是Integer 它会自己默默unboxing //所以它默认调用了 .intValues() //这里便有了dereference null； NPE } ``` reference 每一个operator都有一个return value,包括赋值语句。赋值的return value是所赋成功的值。 ```java int x = 11; int y = 8; system.out.println(x=y) //return value is 8; assign the value of y to x, and then print x ``` x/y, the type of the operator's return is the type of the operands with widest range. implicit cast: long z = 5/3 double y=3 在这里都在右边的计算完成后把它转成了左边的这个type \ forced cast: 可以高转低，要自己aware of loss ## Autoboxing and Unboxing ### Primitive type vs. Wrapper class * int: Integer * long: Long * char: Character * double: Double * boolean: Boolean Wrapper Class objects, just like string, are **IMMUTABLE** `Integer a = 1; //a-->object1`\ `a = 2; //a-->object2` reassign了一个heap ### **Why Wrapper?** 1. **Generic type can not be primitive type. List\, not List\** 2. It can help provide useful functionalities and contracts (equals(), hashCode, json serializer之类 注意comparable的子类才会有compareTo, object的子类不会有compareTo) 3. 可以有null > 但是能用primitive还是用primitive，因为wrapper class必然会有overhead ### Autoboxing Java compiler makes automatic conversion from the primitive type to the wrapper class. > equals(1)也是做了autoboxing，因为equals来自object ### Unboxing From wrapper class to primitive type 在做+, -, \*, /, ><这些操作时都是针对primitive type \== 的操作，如果是一个int a == Integer b 的时候，其实是比value，因为只有两边都是object的时候才是比地址，其他时候都是比值；如果一边是object，另一边是primitive，尝试对object做unboxing，然后比值，如果无法unboxing会报错。 如果Integer a > Integer b，试着对两边做unboxing，如果可以unboxing成primitive，就比值，不能unboxing就报错。 `Integer a = 4; //autoboxing`\ `a += 4; //a = a+4 unboxing` `int temp = a.intValue();`\ `temp += 4;`\ `a = Integer.valueOf(temp);` > 如果对null也做了.valueOf会NPE > > 1）所以dict.get(mid)==target 而target是个int，那么NPE了，因为==的时候.valueof > > 2）integer type的i1,i2 然后i1\ 这个gc 5吗？ #### Comparators Revisited 如果在comparator里，写出了这样的：\ `public MyComparator implements Comparator {`\ `@Override`\ `public int compare(Integer i1, Integer i2) {`\ `if (i1==i2) {`\ `return 0`\ `}`\ `}`\ `}` 错了！ 可以用以下四种方案： 1. return i1.compareTo(i2); //调用了Integer.compare(i1,i2); 2. i1.equals(i2) 3. i1.intValue()==i2.intValue() 4. 改function里面的，不比较 直接在if else外面 return 0 但是不要i1-i2 因为会overflow ## Strings * strings are objects * 在strings class里，有value, offset, 还有count * `char[] array = {'a','b','c','d'};`\ `offset = 1; count = 2; //array(1,2), bc` ### 又一次常量池 `String s1 = "abc";` \ `String s2 = "abc";`\ `System.out.println(s1==s2);` \ `//又是True` 所有hard code的string都在同一个常量池里，就认为是同一个；别的，比如string builder弄出来的，或者new出来的，就变成了False 所以，一定要用equals()，因为这是strings override的equals，它先看长度是否一样，然后一个个比值，这样得到的等不等是consistent的 `String sa = "a";` \ `String sb = "b";`\ `String sab = "a" + "b"; //compile time concat "ab"` `sab == "a" + "b"; //true` \ `sab == sa + "b"; //false run time concat`\ `sab = sa + sb; //false run time concat` ### Constructor * String() * String(String value) * String(char\[] array) * String(char\[] array, int offset, int length) * String(StringBuilder builder) ### 各种size或者length * int\[].length * string.length() * string builder.size() ### Concatenate Strings 避免使用+或者concat，因为string是immutable的，所以每次的concatenate是很贵的，比如s每个都是m，那么s1+s2+s3+...sn 的时间复杂度 O(n^2\*m)，空间复杂度 如果GC不是立刻发生的就是O(n^2\*m) 所以要用string builder或者char array，这样即使算上扩容，amortized time complexity就是O(m\*n)。 ### Number String转化 #### Primitive Type `int i = 0;` 1. String si = i + ‘’ //'0' 2. #### Wrapper Class ### Chars and Substrings * `String substring(int beginIndex, int endIndex)` '\[)' * `String substring(int beginIndex)` #### 和offset count的关系 在Java 7u6之前，用它，优点是省空间，缺点是费空间 想象 假如这个时候s1没了，这个heap上的空间会一直在 ![](https://492391472-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-legacy-files/o/assets%2F-LiBoWdc5sh0EFrazIOe%2F-LzYyqyYwIkqRFD2LPrO%2F-Lz_AJUx0Rxcog2bAj3G%2Fimage.png?alt=media\&token=f437b514-4993-457d-bec8-c9e5812f4775) ![](https://492391472-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-legacy-files/o/assets%2F-LiBoWdc5sh0EFrazIOe%2F-LzYyqyYwIkqRFD2LPrO%2F-Lz_ARYhZfn94m-r8o_0%2Fimage.png?alt=media\&token=f868ca3a-0d17-4ded-a1e4-528e105046ef) ![](https://492391472-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-legacy-files/o/assets%2F-LiBoWdc5sh0EFrazIOe%2F-LzYyqyYwIkqRFD2LPrO%2F-Lz_BBlSe_ieNK05bFpa%2Fimage.png?alt=media\&token=f17520d1-def2-430a-97e5-ec7bbf2b0292) ### API ![](https://492391472-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-legacy-files/o/assets%2F-LiBoWdc5sh0EFrazIOe%2F-LzYyqyYwIkqRFD2LPrO%2F-Lz_C1j_pdVcUH_buypi%2Fimage.png?alt=media\&token=5655a3d9-a929-4a50-9515-fae5090ef64d) ![](https://492391472-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-legacy-files/o/assets%2F-LiBoWdc5sh0EFrazIOe%2F-LzYyqyYwIkqRFD2LPrO%2F-Lz_CYJ0WG_GATMmIar_%2Fimage.png?alt=media\&token=c059ba8a-0c29-4850-8aaa-45eb874b0333) ### StringBuilder, StringBuffer > stringbuffer是老的，就像是hashtable和hashmap的区别 * append() ![](https://492391472-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-legacy-files/o/assets%2F-LiBoWdc5sh0EFrazIOe%2F-LzYyqyYwIkqRFD2LPrO%2F-Lz_DSnK0rMlKcssKJTN%2Fimage.png?alt=media\&token=b9143859-2d83-43bc-991f-4b8f37095d70)