Java笔记（一）编程基础与二进制

编程基础与二进制

一、编程基础

函数调用的基本原理：

函数调用中的问题：

1）参数如何传递？

2）函数如何知道返回什么地方？

3）函数结果如何传递给调用方？

解决思路是使用内存来函数调用过程中需要的数据，这种内存叫做栈。栈是一种先进后出的内存，栈底内存地址最高，栈顶最低。

另外，函数返回值一般使用一种特殊的栈--CPU内的存储器来存储。main函数的相关数据放在栈底，每调用一次函数，都会将函数

的相关数据入栈，调用结束就出栈。举个例子：

public class Sum {

    public static int sum(int a, int b) {
        int c = a + b;
        return c;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        int d = Sum.sum(1, 2);
        System.out.println(d);
    }
}

1.调用Sum.sum()方法前栈的情况：

2.在程序执行到sum()函数内部，返回前，栈的情况：

函数的参数和函数内定义的变量，都分配在栈中，这些变量在函数被调用的时候才分配，

而且在调用结束后就被释放了，但这种说法主要针对基本数据类型。

数组和对象的内存分配：

public class ArrayMax {
    public static int max(int min, int[] arr) {
        int max = min;
        for(int a : arr) {
            if (a > max) {
                max = a;
            }
        }
        return max;
    }
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[]{2, 3, 4};
        int ret = max(0, arr);
        System.out.println(ret);
    }
}

在程序执行到max函数调用return语句之前：

当main函数执行结束，栈空间没有变量指向堆中的内容时，Java系统会自动进行垃圾回收，释放该空间。

 二、理解数据背后的二进制

整数的二进制表示：

二进制使用最高位表示符号位，用1表示负数，用0表示正数。但哪个高位？

整数有4种类型byte,short,int,long分别占用1，2，4，8个字节，即分别占用

8，16，32，64位，每种类型的符号位都是最左边的那一位。

但是，负数的表示不是简单的把最高位变为1。而是使用补码表示法来表示。

补码：就是在原码的基础上取反然后加上1。例如：

1）-1：1的原码是0000 0001，取反为1111 1110再加上1后是1111 1111。

2）-2：2的原码是0000 0010，取反为1111 1101再加上1后是1111 1110。

3）-127：127的原码是0111 1111 ，取反为1000 0000再加上1后是1000 0001。

给定一个负数的二进制表示，想要知道它的十进制值，可以采用相同的补码运算。

比如-2，原码为1111 1110，取反为0000 0001，再加上1，得到0000 0010，就是

十进制的2。

思考：为什么会采用补码再加1这种奇怪的方式表示负数？（提示：计算机只能做加法）。

整数的十六进制表示：

为什么要使用十六进制？因为二进制写出来一长串啊，弟弟。

用法：可以使用十六进制直接写数字常量，在数字前加0x就行了。10到15用A到F表示。

注意：Java7以后也可以使用二进制数字常量，在数字前面加0b或者0B就行了。

位运算

1.移位：

1）左移：操作符为<<，向左移动，右边低位补0，高位舍弃。左移1位，相当于该数十进制乘以2（同时适用于正数和负数）。

2）无符号右移：操作符>>>,向右边动，右边舍弃掉，左边补0，相当于十进制除以2（仅适用于正数）。

3）有符号右移：操作符>>,向右边动，右边舍弃掉，左边补什么取决于原来最高位是什么，原来

是1就补1，原来是0就补0，右移1位相当于除以2（适用于正负数）。

2.按位与---&:

先将两个数据转化为二进制数,然后按位进行与运算，同为1结果为1，其它情况结果为0

用途：

1）清零

2）取一个数种的指定位

3）判断奇偶性：任意数与1取位与，结果1的为奇数

3.按位或-----|

先将两个数据转化为二进制数，然后进行按位或运算，只要有一个是1结果为1，不然结果为0；

用途：

4.按位异或----^ 

先将两个数据转化为二进制数，然后进行按位异或运算，只要位不同结果为1，不然结果为0

用途：

二进制、十进制与十六进制之间的转换

1）二进制转十进制

1010 = 0*2⁰ + 1*2¹ + 0*2² + 1*2³

2）二进制转十六进制

从左到右4个数为一个单位，不足4位补0：

0010 1100 ----> 2 2²+2³ ----> 2C

3）十进制转二进制

除以2取余法：

123  -----  1

61   -----  1

30   -----  0

15   -----  1

7    -----  1

3    -----  1

1    -----  1

0   

结果为： 11 1101 

4）十进制转十六进制

除16取余法：

188

11 ---- 12

0  ---- 11

AB

5）十六进制转二进制

十六进制数通过除2取余法，得到二进制数，对每个十六进制为4个二进制，不足时在最左边补零。

6）十六进制转十进制

 AB =  11*16¹ + 12*16⁰

小数的二进制表示：

小数计算为什么会出错？

实际上，不是运算本身会出错而是计算机根本就没办法精确地表示很多数。

比如0.1,其实这跟十进制不能精确表示1/3是一个道理。二进制只能表示

那些可以表述为2的多次方和的数。

字符的编码与乱码：

编码有两大类：一是非Unicode编码，一类是Unicode编码。

非Unicode编码：

1）ASCII：规定了0~127的每个数字代表的意义。

2）其他：ISO 8859-1,Windows-1252,GB2312,GBK,GB18030,Big5

其中ASCII是基础，其他编码方式兼容ASCII。

Unicode编码：

Unicode主要做了一件事，就是给世界上所有字符分配了唯一的数字编号。

但是要注意，它并没有规定这些数字编号怎么对应到具体的二进制表示，这与其他的编码不同，

具体怎么对应是由UTF-32，UTF-16,UTF-8这几种编码方案确定的。具体对应方式：

1）UTF-32:字符编号的整数二进制形式，4个字节。缺点：浪费空间。

2）UTF-16:常用字符集用两个字节表示，增补字符集用4个字节表示。

3）UTF-8:使用变长字节表示，每个字符使用的字节个数与其Unicode编号相关，字节数1-4个不等（小于128的与ASCII一样）。

乱码的原因：

1）解析错误

2）在解析错误的基础上进行了编码转换

char的真正含义：

在Java内部进行字符处理时，采用的是UTF-16BE。

char本质上是一个固定占用两个字节的无符号正整数，这个正整数对应Unicode编号，

用于表示那个Unicode编号表示的字符。char的赋值方式：

char a = \'A\';
char b = \'唐\';
char c = 23235;
char d = 0x66;
char e = \'\u9a6c\';

直接写字符常量的时候应该注意文件的编码，比如，GBK编码的源码文件

按UTF-8打开，字符会变成乱码，赋值的时候是按照当前的编码解读方式

，将这个字符形式对应的Unicode编号赋值给变量。