第程式语言与Java的基础.ppt
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1、第1章 程式語言與Java的基礎,1-1 程式語言的基礎 1-2 Java的基礎 1-3 Java應用程式開發環境的建立 1-4 建立Java主控台應用程式 1-5 Gel整合開發工具的使用 1-6 Java程式架構與寫作風格,1-1 程式語言的基礎,1-1-1 程式、軟體與應用程式 1-1-2 程式語言的種類 1-1-3 程式是如何執行,1-1-1 程式、軟體與應用程式-程式,程式(Programs)是使用指定程式語言所撰寫沒有混淆文字、數字和鍵盤符號組成的特殊符號,這些符號組合成指令和敘述,再進一步編寫成程式碼,程式碼可以告訴電腦解決指定問題的步驟。 簡單的說,程式就像是一個轉換器,當從電
2、腦鍵盤或滑鼠取得輸入資料後,執行程式就可以將資料轉換成有用的資訊,如下圖所示:,1-1-1 程式、軟體與應用程式-軟體與應用程式,軟體(Softwares)是一種電腦執行的應用程式或作業系統,通常軟體是一個或多個程式的泛稱,或是整套應用程式。 應用程式(Applications)是一種處理指定工作的電腦程式,例如:數學計算分析、文書處理、試算表和程式語言整合開發工具等。,1-1-1 程式、軟體與應用程式-主控台與視窗應用程式,視窗應用程式(Windows Applications)是使用GUI(Graphic User Interface)圖形介面來輸入與輸出資料,一種更人性化使用者介面的應用
3、程式。 不同於早期DOS時代或UNIX/Linux系統的主控台應用程式(Console Applications),使用者是在終端機(Terminals)執行應用程式,其使用介面都是文字模式的鍵盤輸入,或單純文字內容的輸出結果,稱為命令列模式(Command-line Interface)。,1-1-2 程式語言的種類-說明,程式語言隨著電腦科技的進步,已經延伸出龐大的族群。在程式語言的分類上,以發展世代來區分,如下表所示:,1-1-2 程式語言的種類-低階語言,低階語言(Low Level Languages)是一種偏向電腦容易了解的程式語言,簡單的說,它是電腦看得懂的程式語言。所以執行效率
4、高,但是使用者並不易學習。,1-1-2 程式語言的種類- 低階語言(機器語言),機器語言(Machine Language) 程式使用0和1二進位表示的程式碼,電腦可以直接執行程式,執行效率最高,如下所示: 0111 0001 0000 1111 1001 1101 1011 0001,1-1-2 程式語言的種類- 低階語言(組合語言),組合語言(Assembly Language) 組合語言使用簡單符號的指令集代表機器語言0和1表示的二進位程式碼,只需使用組譯程式(Assemblers)就可以轉換成機器語言。在電腦上執行,它是一種十分接近機器語言的程式語言,如下所示: MOV AX 01 M
5、OV BX 02 ADD AX BX,1-1-2 程式語言的種類- 高階語言,高階語言(High Level Languages)是一種接近人類語言的程式語言,或稱為半英文(Half-english)的程式語言。因為電腦並不能馬上看的懂,所以需要進一步翻譯,在轉換成機器語言後,其轉換的程式碼通常比直接使用機器語言撰寫的冗長,所以效率較低,但是非常適合使用者學習。 目前常見的高階語言有:Basic、C/C+、C#、Java、FORTRAN、COBOL和Pascal等,高階語言需要進行翻譯,將程式碼轉譯成機器語言的執行檔案後,才能在電腦上執行。,1-1-2 程式語言的種類- 高階語言(編譯程式),
6、編譯程式(Compilers) C/C+等程式語言屬於編譯語言,編譯程式需要檢查完整個程式檔案的程式碼,在完全沒有錯誤的情況下,才會翻譯成機器語言的程式檔案,其主要功能有兩項,如下所示: 檢查程式錯誤。 將程式翻譯成機器語言的程式檔案。,1-1-2 程式語言的種類- 高階語言(直譯程式),直譯程式(Interpreters) 早期BASIC語言(例如:BASICA、QuickBasic等)和目前網頁技術的腳本(Scripts)語言,例如:VBScript和JavaScript都屬於直譯語言。 直譯程式並不會輸出可執行檔案,而是直接一個指令一個動作,一列一列的執行程式碼,相對的,其執行效率低,但
7、是非常適合在系統開發階段的程式除錯。,1-1-3 程式是如何執行-說明,程式在電腦實際執行的過程對於高階程式語言來說,例如:BASIC或PASCAL等並非十分重要。不過,對電腦執行程式有一定的認識,在設計程式時仍然有十分大的助益。 不論使用高階或低階程式語言,其建立的程式最後都會編譯成電腦看的懂的機器語言,這些指令是CPU支援的指令集(Instruction Set)。不同CPU支援不同的指令集,換句話說,雖然高階語言有很多種,但是CPU只懂一種語言,也就是其能執行的機器語言。,1-1-3 程式是如何執行-圖例,1-1-3 程式是如何執行-執行程式,CPU執行機器語言程式是依序將儲存在記憶體的
8、機器語言指令取出和執行(Fetch-and-execute)。 簡單的說,CPU就是從記憶體取出指令,然後執行此指令,取出下一個指令,再執行它。CPU執行程式的方式,如下所示: 電腦的主記憶體儲存機器語言的程式碼和資料。 CPU從記憶體依序取出一個個機器語言指令,然後執行它,CPU並非真正了解機器語言在作什麼?這只是CPU的例行工作,依序執行機器語言指令。,1-1-3 程式是如何執行-中央處理器(CPU),電腦CPU提供實際運算功能,個人電腦都是使用單晶片的IC(Integrated Circuit),其主要的功能是使用ALU(Arithmetic and Logic Unit)的邏輯電路進行
9、運算,以便執行機器語言的指令。 在CPU擁有很多組暫存器(Registers),暫存器是位在CPU中的記憶體,可以暫時儲存資料或機器語言指令,例如:執行加法指令需要2個運算元,這兩個運算元資料就是儲存在暫存器。,1-1-3 程式是如何執行-記憶體(說明),當我們執行程式時,作業系統可以將儲存在硬碟或軟碟的執行檔案載入電腦主記憶體(Main Memory),這就是CPU執行的機器語言指令,CPU從記憶體依序載入指令和執行。 事實上,程式碼本身和使用的資料都是儲存在RAM(Random Access Memory),每一個儲存單位有數字編號稱為位址(Address)。如同大樓信箱,門牌號碼是位址,
10、信箱內容是程式碼或資料,儲存資料佔用的記憶體空間大小,需視使用的資料型態而定。,1-1-3 程式是如何執行-記憶體(存取),電腦CPU中央處理器存取記憶體資料的主要步驟,如下所示: Step 1:送出讀寫的記憶體位址:當CPU讀取程式碼或資料時,需要送出欲取得的記憶體位址,例如:記憶體位址4。 Step 2:讀寫記憶體儲存的資料:CPU可以從指定位址讀取記憶體內容,例如,位址4的內容是01010101,換句話說,取得資料是01010101的二進位值,每一個0或1是一個位元(Bit),8個位元稱為位元組(Byte),這是電腦記憶體的最小儲存單位。,1-1-3 程式是如何執行-輸入/輸出裝置,電腦
11、的輸入/輸出裝置(Input/Output Devices)是程式的窗口,可以讓使用者輸入資料和顯示程式的執行結果。 目前而言,電腦最常用的輸入裝置是鍵盤和滑鼠;輸出裝置是螢幕和列表機。,1-1-3 程式是如何執行-次儲存裝置,次儲存裝置(Secondary Storage Unit)是一種能夠長時間和提供高容量儲存資料的裝置。電腦程式與資料是在載入記憶體後,才依序讓CPU來執行,不過,在此之前這些程式與資料是儲存在次儲存裝置,例如:硬碟機。 當我們在Windows作業系統使用【記事本】編輯Java程式碼時,這些資料只是暫時儲存在電腦的主記憶體,因為主記憶體在關閉電源後,其儲存的資料就會消失,
12、為了長時間儲存這些資料,我們需要將它儲存在電腦的次儲存裝置,即儲存在硬碟中的程式碼檔案。,1-2 Java的基礎,1-2-1 Java平台 1-2-2 Java語言的版本 1-2-3 Java程式語言的特點,1-2-1 Java平台-說明,Java程式語言的平台(Platform),平台是一種結合硬體和軟體的執行環境,簡單的說,電腦程式是在平台上執行,因為Java是與硬體無關和跨平台的程式語言,所以Java平台屬於一種軟體平台,主要是由JVM和Java API兩個元件所組成。,1-2-1 Java平台-JVM,JVM(Java Virtual Machine)虛擬機器是一台軟體的虛擬電腦,Ja
13、va原始程式碼並不是使用Java編譯程式(Java Compiler)編譯成其安裝實體電腦可執行的機器語言,而是JVM虛擬機器的機器語言,稱為位元組碼(Bytecode)。 位元組碼是一種可以在JVM執行的程式,換句話說,電腦作業系統需要安裝有JVM,才可以使用Java直譯程式(Java Interpreter)來直譯和執行位元組碼,,1-2-1 Java平台-JVM(圖例),1-2-1 Java平台-Java API,Java API(Java Application Programming Interface)是軟體元件的集合,也就是在C/C+語言所謂的函式庫,提供集合物件、GUI元件、檔
14、案處理、資料庫存取和網路等相關的類別和介面,稱為套件(Packages),詳細的說明請參閱第8章:巢狀類別、介面和套件。,1-2-2 Java語言的版本,Java支援Windows、Solaris、Linux和Mac OS X作業系統。標準版的版本演進如下表所示:,1-2-3 Java程式語言-特點,Java是一種簡單、功能強大、高效能和物件導向的程式語言,不只如此,Java還擁有一些傳統程式語言所沒有提供的特點,如下所示: 分散式(Distributed) 多執行緒(Multi-Threading) 垃圾收集(Garbage Collection) 例外處理(Exception Handli
15、ng),1-2-3 Java程式語言-分散式,分散式(Distributed) Java語言最初的發展是一種網路程式語言,可以支援各種網路通訊協定,能夠建立分散式主從架構的應用程式,輕鬆存取網路上其它主機的資源。,1-2-3 Java程式語言-多執行緒,多執行緒(Multi-Threading) Java語言支援多執行緒,在同一程式能夠建立多個執行的小程式,稱為輕量行程(Light Weight Process),以便執行不同的工作,並且支援同步功能,能夠避免死結(Deadlock)情況的發生。,1-2-3 Java程式語言-垃圾收集,垃圾收集(Garbage Collection) 垃圾收集
16、是指如何處理程式不再使用的記憶體空間,Java語言擁有垃圾收集能力,程式設計者不用擔心記憶體配置的問題,因為在執行Java程式時,自動會將不再使用的記憶體歸還給作業系統。,1-2-3 Java程式語言-例外處理,例外處理(Exception Handling) 電腦程式不可能沒有小臭蟲(Bugs),一些小錯誤可能只會產生錯誤結果,但是有一些小錯誤可能導致嚴重的系統當機問題。 Java語言的例外處理可以讓程式更加強壯(Robust),這算程式執行時遇到不尋常的情況,也不會造成程式崩潰(Crashing)或整個系統當機。,1-3 Java應用程式開發環境的建立,1-3-1 Java語言的開發環境
17、1-3-2 JDK的安裝 1-3-3 JDK的環境設定 1-3-4 安裝JDK說明文件 1-3-5 程式編輯與開發工具,1-3-1 Java語言的開發環境-說明,程式語言的開發環境(Development Environment)是一組工具程式用來建立、編譯和維護程式語言所建立的應用程式。 目前高階程式語言大都擁有整合開發環境(Integrated Development Environment、簡稱IDE),在同一個應用程式就可以編輯、編譯、執行和除錯特定語言的應用程式。,1-3-1 Java語言的開發環境-常用的整合開發環境1,NetBeans IDE:NetBeans是一個開放原始碼計劃
18、,可以建立跨平台的桌上、企業和Web應用程式,其網址:http:/beans.org/。 Eclipse:開放原始碼計劃建立的程式開發平台,並不限支援Java語言,也支援C和PHP語言,其網址:http:/www.eclipse.org/。 Borland JBuilder:Borland公司的Java整合開發環境,分成數種版本,Turbo版可以免費下載,它是Eclipse基礎的Java整合開發環境,其網址:http:/ Java語言的開發環境-常用的整合開發環境2,Gel:Gexperts公司的免費整合開發環境,由Gerald Nunn使用Delphi開發支援中文使用介面的Java/JSP
19、IDE,其網址為:http:/ JCreator:Xinox軟體公司的JCreator整合開發環境是在Windows作業系統使用C+語言開發的應用程式,分為LE(Lite Edition)和Pro(Pro Edition)兩種版本,其網址:http:/。,1-3-2 JDK的安裝-說明,一般來說,有些整合開發環境在安裝時就會同時安裝JDK,例如:JBuilder,不過,大部分整合開發環境需要自行安裝JDK,本書使用的是JDK 6(Java SE Development Kit 6),其下載網址為:http:/ JDK更新版本並不是使用.後的次版號來表示,而是改為更新Update來標示,以本書為
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