Java语言程序设计与数据结构(基础篇)(原书第11版)

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内容简介: 本书是Java语言的经典教材,中文版分为基础篇和进阶篇,主要介绍程序设计基础、面向对象程序设计、GUI程序设计、数据结构和算法、高级Java程序设计等内容。本书以示例讲解解决问题的技巧,提供大量的程序清单,每章配有大量复习题和编程练习题,帮助读者掌握编程技术,并应用所学技术解决实际应用开发中遇到的问题。
基础篇主要介绍基本程序设计、语法结构、面向对象程序设计、继承和多态、异常处理和文本I/O、抽象类和接口等内容。
本书可作为高等院校相关专业程序设计课程的教材,也可作为Java语言及编程爱好者的参考资料。

目录: 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、JRE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 19
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 21
1.11.2 创建Java类 22
1.11.3 编译和运行类 22
1.12 使用Eclipse开发Java程序 23
1.12.1 创建Java工程 23
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 26
测试题 27
编程练习题 27
第2章 基本程序设计 29
2.1 引言 29
2.2 编写简单的程序 29
2.3 从控制台读取输入 32
2.4 标识符 35
2.5 变量 35
2.6 赋值语句和赋值表达式 37
2.7 命名常量 38
2.8 命名习惯 39
2.9 数值数据类型和操作 39
2.9.1 数值类型 39
2.9.2 从键盘读取数值 40
2.9.3 数值操作符 40
2.9.4 幂运算 42
2.10 数值型字面值 43
2.10.1 整型字面值 43
2.10.2 浮点型字面值 43
2.10.3 科学记数法 44
2.11 表达式求值以及操作符优先级 44
2.12 示例学习:显示当前时间 45
2.13 增强赋值操作符 47
2.14 自增和自减操作符 48
2.15 数值类型转换 50
2.16 软件开发过程 52
2.17 示例学习:整钱兑零 55
2.18 常见错误和陷阱 57
关键术语 59
本章小结 60
测试题 60
编程练习题 60
第3章 选择 65
3.1 引言 65
3.2 boolean数据类型 65
3.3 if语句 67
3.4 双分支if-else语句 69
3.5 嵌套的if语句和多分支if-else语句 70
3.6 常见错误和陷阱 72
3.7 产生随机数 75
3.8 示例学习:计算身体质量指数 77
3.9 示例学习:计算税率 78
3.10 逻辑操作符 81
3.11 示例学习:判定闰年 84
3.12 示例学习:彩票 85
3.13 switch语句 87
3.14 条件操作 90
3.15 操作符的优先级和结合规则 91
3.16 调试 92
关键术语 93
本章小结 93
测试题 94
编程练习题 94
第4章 数学函数、字符和字符串 102
4.1 引言 102
4.2 常用数学函数 103
4.2.1 三角函数方法 103
4.2.2 指数函数方法 103
4.2.3 取整方法 104
4.2.4 min、max和abs方法 104
4.2.5 random方法 105
4.2.6 示例学习:计算三角形的角度 105
4.3 字符数据类型和操作 107
4.3.1 Unicode和ASCII码 107
4.3.2 特殊字符的转义序列 108
4.3.3 字符型数据与数值型数据之间的转换 108
4.3.4 字符的比较和测试 109
4.4 String类型 111
4.4.1 获取字符串长度 112
4.4.2 从字符串中获取字符 112
4.4.3 连接字符串 113
4.4.4 字符串的转换 113
4.4.5 从控制台读取字符串 114
4.4.6 从控制台读取字符 114
4.4.7 字符串比较 115
4.4.8 获得子字符串 116
4.4.9 获取字符串中的字符或者子串 117
4.4.10 字符串和数字间的转换 118
4.5 示例学习 120
4.5.1 猜测生日 120
4.5.2 将十六进制数转换为十进制数 123
4.5.3 使用字符串修改彩票程序 124
4.6 格式化控制台输出 126
关键术语 129
本章小结 129
测试题 130
编程练习题 130
第5章 循环 136
5.1 引言 136
5.2 while循环 137
5.3 示例学习:猜数字 139
5.4 循环设计策略 142
5.5 使用用户确认或者标记值控制循环 144
5.6 do-while循环 146
5.7 for循环 148
5.8 采用哪种循环 151
5.9 嵌套循环 153
5.10 最小化数值错误 155
5.11 示例学习 156
5.11.1 求最大公约数 156
5.11.2 预测未来学费 158
5.11.3 将十进制数转换为十六进制数 158
5.12 关键字break和continue 160
5.13 示例学习:判断回文 163
5.14 示例学习:显示素数 164
关键术语 167
本章小结 167
测试题 167
编程练习题 167
第6章 方法 176
6.1 引言 176
6.2 定义方法 177
6.3 调用方法 178
6.4 void方法与返回值方法 180
6.5 按值传参 183
6.6 模块化代码 186
6.7 示例学习:将十六进制数转换为十进制数 188
6.8 重载方法 190
6.9 变量的作用域 192
6.10 示例学习:生成随机字符 193
6.11 方法抽象和逐步求精 195
6.11.1 自顶向下的设计 196
6.11.2 自顶向下和自底向上的实现 197
6.11.3 实现细节 199
6.11.4 逐步求精的优势 201
关键术语 202
本章小结 202
测试题 203
编程练习题 203
第7章 一维数组 212
7.1 引言 212
7.2 数组的基础知识 212
7.2.1 声明数组变量 213
7.2.2 创建数组 213
7.2.3 数组大小和默认值 214
7.2.4 访问数组元素 214
7.2.5 数组初始化简写方式 215
7.2.6 处理数组 215
7.2.7 foreach循环 217
7.3 示例学习:分析数字 219
7.4 示例学习:一副牌 220
7.5 复制数组 222
7.6 将数组传递给方法 223
7.7 方法返回数组 226
7.8 示例学习:统计每个字母出现的次数 226
7.9 可变长参数列表 230
7.10 数组的查找 230
7.10.1 线性查找法 231
7.10.2 二分查找法 231
7.11 数组的排序 234
7.12 Arrays类 235
7.13 命令行参数 237
7.13.1 向main方法传递字符串 237
7.13.2 示例学习:计算器 238
关键术语 239
本章小结 240
测试题 240
编程练习题 240
第8章 多维数组 248
8.1 引言 248
8.2 二维数组基础 248
8.2.1 声明二维数组变量并创建二维数组 249
8.2.2 获取二维数组的长度 250
8.2.3 不规则数组 250
8.3 处理二维数组 251
8.4 将二维数组传递给方法 253
8.5 示例学习:多选题测验评分 254
8.6 示例学习:找出距离最近的点对 255
8.7 示例学习:数独 257
8.8 多维数组 260
8.8.1 示例学习:每日温度和湿度 261
8.8.2 示例学习:猜生日 263
本章小结 264
测试题 264
编程练习题 264
第9章 对象和类 276
9.1 引言 276
9.2 为对象定义类 277
9.3 示例:定义类和创建对象 278
9.4 使用构造方法构造对象 283
9.5 通过引用变量访问对象 284
9.5.1 引用变量和引用类型 284
9.5.2 访问对象的数据和方法 285
9.5.3 引用数据域和null值 285
9.5.4 基本类型变量和引用类型变量的区别 286
9.6 使用Java库中的类 288
9.6.1 Date类 288
9.6.2 Random类 289
9.6.3 Point2D类 289
9.7 静态变量、常量和方法 291
9.8 可见性修饰符 296
9.9 数据域封装 297
9.10 向方法传递对象参数 300
9.11 对象数组 303
9.12 不可变对象和类 305
9.13 变量的作用域 307
9.14 this引用 308
9.14.1 使用this引用数据域 308
9.14.2 使用this调用构造方法 309
关键术语 310
本章小结 311
测试题 311
编程练习题 311
第10章 面向对象思考 316
10.1 引言 316
10.2 类的抽象和封装 316
10.3 面向对象的思想 320
10.4 类的关系 322
10.4.1 关联 323
10.4.2 聚集和组合 324
10.5 示例学习:设计Course类 325
10.6 示例学习:设计栈类 327
10.7 将基本数据类型值作为对象处理 329
10.8 基本类型和包装类类型之间的自动转换 332
10.9 BigInteger和BigDecimal类 333
10.10 String类 334
10.10.1 构造字符串 335
10.10.2 不可变字符串与驻留字符串 335
10.10.3 替换和拆分字符串 336
10.10.4 使用模式匹配、替换和拆分 336
10.10.5 字符串与数组之间的转换 337
10.10.6 将字符和数值转换成字符串 338
10.10.7 格式化字符串 338
10.11 StringBuilder类和StringBuffer类 340
10.11.1 修改StringBuilder中的字符串 341
10.11.2 toString、capacity、length、setLength和charAt方法 343
10.11.3 示例学习:判断回文串时忽略既非字母又非数字的字符 343
关键术语 346
本章小结 346
测试题 346
编程练习题 346
第11章 继承和多态 354
11.1 引言 354
11.2 父类和子类 354
11.3 使用super关键字 360
11.3.1 调用父类的构造方法 360
11.3.2 构造方法链 361
11.3.3 调用父类的普通方法 362
11.4 方法重写 363
11.5 方法重写与重载 364
11.6 Object类及其toString()方法 366
11.7 多态 366
11.8 动态绑定 367
11.9 对象转换和instanceof操作符 370
11.10 Object类的equals方法 374
11.11 ArrayList类 375
11.12 关于列表的一些有用方法 381
11.13 示例学习:自定义栈类 382
11.14 protected数据和方法 383
11.15 防止继承和重写 385
关键术语 386
本章小结 386
测试题 387
编程练习题 387
第12章 异常处理和文本I/O 391
12.1 引言 391
12.2 异常处理概述 392
12.3 异常类型 396
12.4 关于异常处理的更多讨论 398
12.4.1 声明异常 399
12.4.2 抛出异常 399
12.4.3 捕获异常 400
12.4.4 从异常中获取信息 401
12.4.5 示例学习:声明、抛出和捕获异常 403
12.5 finally子句 406
12.6 何时使用异常 407
12.7 重新抛出异常 408
12.8 链式异常 409
12.9 创建自定义异常类 410
12.10 File类 412
12.11 文件输入和输出 415
12.11.1 使用PrintWriter写数据 415
12.11.2 使用try-with-resources自动关闭资源 416
12.11.3 使用Scanner读取数据 417
12.11.4 Scanner如何工作 418
12.11.5 示例学习:替换文本 419
12.12 从Web上读取数据 421
12.13 示例学习:Web爬虫 423
关键术语 425
本章小结 426
测试题 426
编程练习题 426
第13章 抽象类和接口 431
13.1 引言 431
13.2 抽象类 431
13.2.1 为何使用抽象方法 434
13.2.2 抽象类的几点说明 435
13.3 示例学习:抽象的Number类 436
13.4 示例学习:Calendar和GregorianCalendar 438
13.5 接口 441
13.6 Comparable接口 444
13.7 Cloneable接口 448
13.8 接口与抽象类 453
13.9 示例学习:Rational类 456
13.10 类的设计原则 461
13.10.1 内聚性 461
13.10.2 一致性 461
13.10.3 封装性 461
13.10.4 清晰性 462
13.10.5 完整性 462
13.10.6 实例和静态 462
13.10.7 继承和聚合 463
13.10.8 接口和抽象类 463
关键术语 463
本章小结 464
测试题 464
编程练习题 464
第14章 JavaFX基础 468
14.1 引言 468
14.2 JavaFX与Swing以及AWT的比较 468
14.3 JavaFX程序的基本结构 469
14.4 面板、组、UI组件以及形状 471
14.5 属性绑定 474
14.6 结点的共同属性和方法 477
14.7 Color类 478
14.8 Font类 479
14.9 Image和ImageView类 481
14.10 布局面板和组 483
14.10.1 FlowPane 484
14.10.2 GridPane 486
14.10.3 BorderPane 488
14.10.4 HBox和VBox 489
14.11 形状 491
14.11.1 Text 492
14.11.2 Line 493
14.11.3 Rectangle 494
14.11.4 Circle和Ellipse 496
14.11.5 Arc 498
14.11.6 Polygon和Polyline 501
14.12 示例学习:ClockPane类 503
关键术语 508
本章小结 508
测试题 509
编程练习题 509
第15章 事件驱动编程和动画 514
15.1 引言 514
15.2 事件和事件源 516
15.3 注册处理器和处理事件 517
15.4 内部类 521
15.5 匿名内部类处理器 522
15.6 使用lambda表达式简化事件处理 525
15.7 示例学习:贷款计算器 528
15.8 鼠标事件 530
15.9 键盘事件 531
15.10 可观察对象的监听器 535
15.11 动画 536
15.11.1 PathTransition 537
15.11.2 FadeTransition 540
15.11.3 Timeline 541
15.12 示例学习:弹球 544
15.13 示例学习:美国地图 547
关键术语 550
本章小结 550
测试题 551
编程练习题 551
第16章 JavaFX UI组件和多媒体 557
16.1 引言 557
16.2 Labeled和Label 558
16.3 Button 560
16.4 CheckBox 562
16.5 RadioButton 564
16.6 TextField 567
16.7 TextArea 569
16.8 ComboBox 572
16.9 ListView 575
16.10 ScrollBar 578
16.11 Slider 580
16.12 示例学习:开发一个井字游戏 583
16.13 视频和音频 588
16.14 示例学习:国旗和国歌 591
本章小结 593
测试题 593
编程练习题 593
第17章 二进制 I/O 600
17.1 引言 600
17.2 在Java中如何处理文本I/O 600
17.3 文本I/O与二进制I/O 601
17.4 二进制I/O类 603
17.4.1 FileInputStream和FileOutputStream 604
17.4.2 FilterInputStream和FilterOutputStream 606
17.4.3 DataInputStream和DataOutputStream 606
17.4.4 BufferedInputStream和BufferedOutputStream 609
17.5 示例学习:复制文件 612
17.6 对象I/O 614
17.6.1 Serializable接口 616
17.6.2 序列化数组 617
17.7 随机访问文件 618
关键术语 621
本章小结 621
测试题 622
编程练习题 622
第18章 递归 625
18.1 引言 625
18.2 示例学习:计算阶乘 626
18.3 示例学习:计算斐波那契数 629
18.4 使用递归解决问题 631
18.5 递归辅助方法 633
18.5.1 递归选择排序 634
18.5.2 递归二分查找 634
18.6 示例学习:获取目录的大小 635
18.7 示例学习:汉诺塔 637
18.8 示例学习:分形 640
18.9 递归与迭代 643
18.10 尾递归 644
关键术语 645
本章小结 645
测试题 646
编程练习题 646
附录A Java关键字 653
附录B ASCII字符集 654
附录C  操作符优先级表 655
附录D Java修饰符 656
附录E 特殊浮点值 657
附录F 数系 658
附录G 位操作符 662
附录H 正则表达式 663
附录I 枚举类型 667

译者序: Java是一门伟大的程序设计语言,同时,它还指基于Java语言的从嵌入式开发到企业级开发的平台。从20世纪90年代诞生至今,Java凭借其优秀的语言和平台设计,以及适合互联网应用的“一次编译,到处运行”的跨平台特性,在Web应用、移动计算、云计算、大数据、物联网、可穿戴设备等新兴技术领域,得到了极其广泛的应用。除此之外,Java还是一门设计优秀的教学语言。它是一门经典的面向对象编程语言,拥有优雅和尽量简明的语法,体现了很多程序设计方面的理念和智慧,让程序设计人员可以尽可能地将精力集中在业务领域的设计上。在版本迭代中,Java还吸纳了其他程序设计语言的优点来进行完善,比如Java 8中lambda表达式的引入体现了函数式编程的特色。Java还具有许多丰富实用的类库。许多开源项目和科学研究的原型系统都是采用Java实现的。在针对编程语言流行趋势指标的TIOBE编程语言社区排行榜上,Java多年来都居于前列。采用实际应用广泛的优秀程序设计语言进行教学,对学生今后进一步的科研和工作都有直接帮助。我曾经对美国计算机专业排名靠前的几十所大学的相关课程进行调研,这些著名大学的编程课程中绝大部分选用了Java语言进行程序设计或者面向对象教学。
在10年前机械工业出版社举办的一次教学研讨会上,我有幸认识了原书的作者梁勇(Y. Daniel Liang)教授并进行了交流。从那时起我开始在主讲的程序设计课程中采用本书英文版作为教材,取得了很好的教学效果。本书知识点全面,体系结构清晰,重点突出,文字准确,内容组织循序渐进,并有大量精选的示例和配套素材,比如精心设计的大量练习题,甚至在配套网站中还有支持教学的大量动画演示。本书采用基础优先的方式,从编程基础开始,逐步引入面向对象思想,最后介绍应用框架。教学实践证明,这种方式很适合程序设计初学者。另外,强调问题求解和计算思维也是本书特色,这也是我在教授程序设计过程中遵循的教学理念。本书通过数学、经济、游戏等应用领域的生动实用的案例来引导学生学习程序设计,避免了单纯语法学习的枯燥,也让学生可以学以致用。程序设计教学中最重要的是要培养学生的计算思维,这对学生综合素质的培养并且将所学知识应用于生活中,都是很有裨益的。通识教育和新工科建设背景下的教学理念,非常重视计算思维。本书基于Java版本8进行介绍,这是Java语言变动非常大的一个版本,比如对JavaFX的支持Web的富GUI编程的引入,以及对函数式编程和并行计算的支持等,都反映了这个时代的计算特色。之前我翻译了本书第10版,得到了许多读者的好评。时隔1年,我很荣幸再次成为本书第11版的译者,在上一版译文的基础上更加字斟句酌,修订了之前的一些问题,希望能对广大程序设计学习者有所帮助。
在本书的翻译过程中,我得到了原书作者梁勇教授的大力支持。非常感谢他不仅对我邮件中的一些问题进行快速回复和详细解答,还拨冗写了中文版序,其一丝不苟的精神让人感动。感谢机械工业出版社的张梦玲等编辑,她们在本书的整个翻译过程中提供了许多帮助。还要谢谢曹佳颖帮忙初步翻译了第30章。最后要感谢我的家人在翻译过程中给予的支持和鼓励。限于水平,书中一定还会存在许多问题,敬请大家指正。
戴开宇
kydai@fudan.edu.cn
2018年4月

前言: 许多读者就本书之前的版本给出了很多反馈。这些评论和建议极大地改进了本书。这一版在表述、组织、示例、练习题以及附录方面都有大幅提高。
本书采用基础优先的方法,在设计用户自定义类之前,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整合在一起,采用一种实用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,学生可以深入理解数据结构的效率,以及如何和何时使用某种数据结构。最后,我们设计和实现了针对树和图的用户自定义数据结构。
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,本书还有一个AP版本,适合学习AP计算机科学(AP Computer Science)课程的高中生使用。
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讲解,并提供了大量不同难度的练习题供学生进行练习。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,请给我发邮件。
Y. Daniel Liang
y.daniel.liang@gmail.com
www.cs.armstrong.edu/liang
www.pearsonhighered.com/liang
ACM/IEEE课程体系2013版和ABET课程评价
新的ACM/IEEE课程体系2013版将知识体系组织成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。作为一个常规的定制示例,示例教学大纲用于三学期的课程系列。示例教学大纲可以从教师资源配套网站获取。
许多读者来自ABET认证计划。ABET认证的一个关键组成部分是,通过针对课程效果的持续的课程评价确定薄弱环节。我们在教师资源配套网站中提供了课程效果示例,以及用于衡量课程效果的示例考试。
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、示例和练习题。本版主要的改进如下:
书名改为了“Java语言程序设计与数据结构”,以体现在数据结构方面的增强。本书使用一种实用的方式来介绍、实现和使用数据结构,并涵盖了一门典型的数据结构课程中的所有主题。另外,还提供了额外的奖励章节来介绍高级的数据结构,比如2-4树、B树以及红黑树等。
针对最新的Java技术进行了更新。使用Java 8版本中的新特征对示例和练习进行了改进和简化。
在第13章的接口介绍中,引入了默认方法和静态方法。
GUI相关章节都更新到JavaFX 8。改写了所有示例。示例和练习中的用户界面现在都是可以改变尺寸并且居中显示的。
在第15章的示例中,涵盖了内部类、匿名内部类以及lambda表达式的内容。
数据结构相关章节中,更多的示例和练习采用了lambda表达式来简化编程。方法引用在20.6节介绍Comparator接口时进行了介绍。
在第20章中介绍了forEach方法,作为对集合中每个元素应用一个动作而进行的循环的简单替代方法。
在第24~29章中,使用了Java 8中接口的默认方法重新设计和简化了MyList、MyArrayList、MyLinkedList、Tree、BST、AVLTree、MyMap、MyHashMap、MySet、MyHashSet、Graph、UnweightedGraph和WeightedGraph的实现。
第30章为全新章节,介绍集合流的聚合操作。
第31章介绍了FXML和Scene Builder可视化工具。
重新设计了配套网站,增加了新的交互式测试题、复习题、动画以及现场编程。
在教师资源网站上为教师额外提供了200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。
可以访问www.pearsonhighered.com/liang,获得和前一版本的关联以及新特征的完整列表。
教学特色
本书使用以下要素组织素材:
教学目标:在每章开始列出学生学习本章应该掌握的内容,学完这章后,学生能够判断自己是否达到这个目标。
引言:提出引发思考的问题以展开讨论,激发读者深入探讨该章内容。
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:可以在线访问,按照章节组织,让学生可以就编程概念和技术进行自我测试。
编程练习题:按章节组织,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)、适度(*)、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。另外,在教师资源网站上为教师提供了200多道带有答案的编程练习题。
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GUI、异常处理、递归、泛型和Java集合框架等内容可以或早或晚地讲解。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。书中知识是循序渐进的,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引导学生;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。附录包含数系、位操作、正则表达式以及枚举类型等多种主题。
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和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(第9和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)进行程序设计。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31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。这一部分在第14~16章介绍使用JavaFX进行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31章涵盖JavaFX的高级特性。
第四部分 数据结构和算法(第18~30章以及奖励章节第42和43章)
这一部分介绍一门典型的数据结构和算法课程中的主题。第18章介绍递归以编写解决本身具有递归特性的问题的方法。第19章介绍泛型是如何提高软件的可靠性的。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为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,如线性表、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。第30章介绍用于集合流的聚合操作。2-4树、B树以及红黑树在奖励章节第42和43章中介绍。
第五部分 高级Java程序设计(奖励章节第32~41章和第44章)
这一部分介绍高级Java程序设计。第32章介绍使用多线程使程序具有更好的响应性和交互性,并介绍并行编程。第33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34章介绍使用Java来开发数据库项目。第35章深入探讨高级Java数据库编程。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章介绍使用JSF进行现代Web应用开发。第40章介绍远程方法调用,而第41章讨论Web服务。第44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修饰符及其使用。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介绍位操作符。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。这些工具是支持快速开发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,参见本书配套网站。
学生资源
学生资源包括:
复习题的答案。
绝大部分偶数编号编程练习题的答案。
本书例子的源代码。
交互式的自测题(依章节组织)。
补充材料。
调试技巧。
视频注解。
算法动画。
勘误表。
补充内容
教材涵盖了核心内容。补充部分扩展教材内容,介绍了读者可能感兴趣的其他内容。补充内容可以从配套网站上获得。
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、语法项高亮显示的源代码,并可以不离开幻灯片运行程序。
绝大部分奇数编号的编程练习题答案。
按章节组织的200多道补充编程练习题和300道测试题。这些练习题和测试题仅对教师开放,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超过2000道题的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。
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。
使用MyProgrammingLab进行在线练习和评价
MyProgrammingLab帮助学生充分掌握编程的逻辑、语义和语法。通过实践性编程练习以及及时、个性化的反馈,MyProgrammingLab提高了入门学生的编程能力。这些学生经常受困于流行的高级编程语言的基本概念和范式。
作为一个自我学习和作业工具,MyProgrammingLab课程由成百道小练习题组成,这些练习题是围绕本教材的结构进行组织的。对于学生,这套系统自动检查他们提交代码的逻辑和语法错误,并给出帮助学生理解哪里错了以及为何错了的针对性提示。对于教师,系统提供一个综合的分数册,跟踪正确和非正确的答案,并且保存了学生输入的代码,以用于复习。
MyProgrammingLab是和Turing’s Craft合作提供给本书读者的。Turing’s Craft是CodeLab交互性编程练习系统的制作者。要得到该系统的完整演示,或者看到教师和学生的反馈,或者开始在你的课堂中使用MyProgrammingLab,请访问www.myprogramminglab.com。
算法动画
我们提供了大量的算法演示动画,它们对于演示算法的机制是非常有价值的教学工具。可以从配套网站上获取算法的动画演示。
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。特别感谢拉玛尔大学的Stefan Andrei、科罗拉多大学科罗拉多泉分校的William Bahn,他们为改进本书数据结构部分的内容提供了帮助。
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),Aaron Braskin(Mira Costa High School),David Champion(DeVry Institute),James Chegwidden(Tarrant County College),Anup Dargar(University of North Dakota),Daryl Detrick(Warren Hills Regional High School),Charles Dierbach(Towson University),Frank Ducrest(University of Louisiana at Lafayette),Erica Eddy(University of Wisconsin at Parkside),Summer Ehresman(Center Grove High School),Deena Engel(New Youk 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),Deborah Kabura Kariuki(Stony Point High School),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(Kutz-town 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(Georage 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、Demetrius Hall、Yvonne Vannatta、Kristy Alaura、Carole Snyder、Scott Disanno、Bob Engelhardt、Shylaja Gattupalli,感谢他们组织、开展和积极促进本项目。
一如既往,感谢妻子Samantha的爱、支持和鼓励。

序言: Introduction to Java Programming and Data Structures, Comprehensive Version, Eleventh Edition
Welcome to the Chinese translation of Introduction to Java Programming and Data Structure,
Comprehension Version, Eleventh Edition. The first edition of the English version was published in 1998. Since then eleven editions of the book have been published in the last nineteen years. Each new edition substantially improved the book in contents, presentation, organization, examples, and exercises. This book is now the #1 selling computer science textbook in the US. Hundreds and thousands of students around the world have learned programming and problem solving using this book.
I thank Dr. Kaiyu Dai of Fudan University for translating this latest edition. It is a great honor to reconnect with Fudan through this book. I personally benefited from teachings of many great professors at Fudan. Professor Meng Bin made Calculus easy with many insightful examples. Professor Liu Guangqi introduced multidimensional mathematic modeling in the Linear Algebra class. Professor Zhang Aizhu laid a solid mathematical foundation for computer science in the discrete mathematics class. Professor Xia Kuanli paid a great attention to small details in the PASCAL course. Professor Shi Bole showed many interesting sort algorithms in the data structures course. Professor Zhu Hong required an English text for the algorithm design and analysis course. Professor Lou Rongsheng taught the database course and later supervised my master’s thesis.
My study at Fudan and teaching in the US prepared me to write the textbook. The Chinese teaching emphasizes on the fundamental concepts and basic skills, which is exactly I used to write this book. The book is fundamentals first by introducing basic programming concepts and techniques before designing custom classes. The fundamental-first approach is now widely adopted by the universities in the US. With the excellent translation from Dr. Dai, I hope more students will benefit from this book and excel in programming and problem solving.
欢迎阅读本书第11版的中文版。本书英文版的第1版于1998年出版。自那之后的19年中,本书共出版了11个版本。每个新的版本都在内容、表述、组织、示例以及练习题等方面进行了大量的改进。本书目前在美国计算机科学类教材中销量排名前列。全世界无数的学生通过本书学习程序设计以及问题求解。
感谢复旦大学的戴开宇博士翻译了这一最新版本。非常荣幸通过这本书和复旦大学重建联系,我本人曾经受益于复旦大学的许多杰出教授:孟斌教授采用许多富有洞察力的示例将微积分变得清晰易懂;刘光奇教授在线性代数课堂上介绍了多维度数学建模;张霭珠教授的离散数学课程为计算机科学的学习打下了坚实的数学基础;夏宽理教授在Pascal课程中对许多小的细节给予了极大的关注;施伯乐教授在数据结构课程中演示了许多有趣的排序算法;朱洪教授在算法设计和分析课程中使用了英文教材;楼荣生教授讲授了数据库课程,并且指导了我的硕士论文。
我在复旦大学的学习经历以及美国的授课经验为撰写本书奠定了基础。中国的教学重视基本概念和基础技能,这也是我写这本书所采用的方法。本书采用基础为先的方法,在介绍设计自定义类之前首先介绍了基本的程序设计概念和方法。目前,基础为先的方法也被美国的大学广泛采用。我希望通过戴博士的优秀翻译,让更多的学生从中受益,并在程序设计和问题求解方面出类拔萃。
梁勇
y.daniel.liang@gmail.com
www.cs.armstrong.edu/liang