計算機程序的思惟邏輯 (22) - 代碼的組織機制

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使用任何語言進行編程都有一個相似的問題，那就是如何組織代碼，具體來講，如何避免命名衝突？如何合理組織各類源文件？如何使用第三方庫？各類代碼和依賴庫如何編譯鏈接爲一個完整的程序？

本節就來討論Java中的解決機制，具體包括包、jar包、程序的編譯與鏈接，從包開始。

包的概念

使用任何語言進行編程都有一個相同的問題，就是命名衝突，程序通常不全是一我的寫的，會調用系統提供的代碼、第三方庫中的代碼、項目中其餘人寫的代碼等，不一樣的人就不一樣的目的可能定義一樣的類名/接口名，Java中解決這個問題的方法就是包。

即便代碼都是一我的寫的，將不少個關係不太大的類和接口都放在一塊兒，也不便於理解和維護，Java中組織類和接口的方式也是包。

包是一個比較容易理解的概念，相似於電腦中的文件夾，正如咱們在電腦中管理文件，文件放在文件夾中同樣，類和接口放在包中，爲便於組織，文件夾通常是一個層次結構，包也相似。

包有包名，這個名稱以頓號(.)分隔表示層次結構。好比說，咱們以前經常使用的String類，就位於包java.lang下，其中java是上層包名, lang是下層包名，帶完整包名的類名稱爲其徹底限定名，好比String類的徹底限定名爲java.lang.String。Java API中全部的類和接口都位於包java或javax下，java是標準包，javax是擴展包。

接下來，咱們討論包的細節，從聲明類所在的包開始。

聲明類所在的包

語法

咱們以前定義類的時候沒有定義其所在的包，默認狀況下，類位於默認包下，使用默認包是不建議的，文章中使用默認包只是簡單起見。

定義類的時候，應該先使用關鍵字package，聲明其包名，以下所示：

package shuo.laoma;

public class Hello {
    //類的定義
}
複製代碼

以上聲明類Hello的包名爲shuo.laoma，包聲明語句應該位於源代碼的最前面，前面不能有註釋外的其餘語句。

包名和文件目錄結構必須匹配，若是源文件的根目錄爲 E:\src\，則上面的Hello類對應的文件Hello.java，其全路徑就應該是E:\src\shuo\laoma\Hello.java。若是不匹配，Java會提示編譯錯誤。

命名衝突

爲避免命名衝突，Java中命名包名的一個慣例是使用域名做爲前綴，由於域名是惟一的，通常按照域名的反序來定義包名，好比，域名是：apache.org，包名就以org.apache開頭。

沒有域名的，也不要緊，使用一個其餘代碼不太會用的包名便可，好比本文使用的"shuo.laoma"，表示"老馬說編程"中的例子。

若是代碼須要公開給其餘人用，最好有一個域名以確保惟一性，若是隻是內部使用，則確保內部沒有其餘代碼使用該包名便可。

組織代碼

除了避免命名衝突，包也是一種方便組織代碼的機制，通常而言，同一個項目下的全部代碼，都有一個相同的包前綴，這個前綴是惟一的，不會與其餘代碼重名，在項目內部，根據不一樣目的再細分爲子包，子包可能又會分爲子包，造成層次結構，內部實現通常位於比較底層的包。

包能夠方便模塊化開發，不一樣功能能夠位於不一樣包內，不一樣開發人員負責不一樣的包。包也能夠方便封裝，供外部使用的類能夠放在包的上層，而內部的實現細節則能夠放在比較底層的子包內。

經過包使用類

同一個包下的類之間互相引用是不須要包名的，能夠直接使用。但若是類不在同一個包內，則必需要知道其所在的包，使用有兩種方式，一種是經過類的徹底限定名，另一種是將用到的類引入到當前類。

只有一個例外，java.lang包下的類能夠直接使用，不須要引入，也不須要使用徹底限定名，好比String類，System類，其餘包內的類則不行。

好比說，使用Arrays類中的sort方法，經過徹底限定名，能夠這樣使用：

int[] arr = new int[]{1,4,2,3};
java.util.Arrays.sort(arr);
System.out.println(java.util.Arrays.toString(arr));
複製代碼

顯然，這樣比較囉嗦，另一種就是將該類引入到當前類，引入的關鍵字是import，import須要放在package定義以後，類定義以前，以下所示：

package shuo.laoma;
import java.util.Arrays;

public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[]{1,4,2,3};
        Arrays.sort(arr);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}
複製代碼

import時，能夠一次將某個包下的全部類引入，語法是使用.*，好比，將java.util包下的全部類引入，語法是：import java.util.*，須要注意的是，這個引入不能遞歸，它只會引入java.util包下的直接類，而不會引入java.util下嵌套包內的類，好比，不會引入包java.util.zip下面的類。試圖嵌套引入的形式也是無效的，如import java.util.*.*。

在一個類內，對其餘類的引用必須是惟一肯定的，不能有重名的類，若是有，則經過import只能引入其中的一個類，其餘同名的類則必需要使用徹底限定名。

引入類是一個比較繁瑣的工做，不過，大多數Java開發環境都提供工具自動作這件事，好比，在Eclipse中，經過菜單"Source->Organize Imports"或對應的快捷鍵ctrl+shift+O就能夠自動管理引入類。

包範圍可見性

前面幾節咱們介紹過，對於類、變量和方法，均可以有一個可見性修飾符，public/private/protected，而上節，咱們提到能夠不寫修飾符。若是什麼修飾符都不寫，它的可見性範圍就是同一個包內，同一個包內的其餘類能夠訪問，而其餘包內的類則不能夠訪問。

須要說明的是，同一個包指的是同一個直接包，子包下的類並不能訪問，好比說，類shuo.laoma.Hello和shuo.laoma.inner.Test，其所在的包shuo.laoma和shuo.laoma.inner是兩個徹底獨立的包，並無邏輯上的聯繫，Hello類和Test類不能互相訪問對方的包可見性方法和屬性。

另外，須要說明的是protected修飾符，protected可見性包括包可見性，也就是說，聲明爲protected，不只代表子類能夠訪問，還代表同一個包內的其餘類能夠訪問，即便這些類不是子類也能夠。

總結來講，可見性範圍從小到大是：

private < 默認(包) < protected < public

jar包

爲方便使用第三方代碼，也爲了方便咱們寫的代碼給其餘人使用，各類程序語言大多有打包的概念，打包的通常不是源代碼，而是編譯後的代碼，打包將多個編譯後的文件打包爲一個文件，方便其餘程序調用。

在Java中，編譯後的一個或多個包的Java class文件能夠打包爲一個文件，Java中打包命令爲jar，打包後的文件後綴爲.jar，通常稱之爲jar包。

可使用以下方式打包，首先到編譯後的java class文件根目錄，而後運行以下命令打包：

jar -cvf <包名>.jar <最上層包名>

好比，對前面介紹的類打包，若是Hello.class位於E:\bin\shuo\laoma\Hello.class，則能夠到目錄 E:\bin下，而後運行：

jar -cvf hello.jar shuo

hello.jar就是jar包，jar包其實就是一個壓縮文件，可使用解壓縮工具打開。

Java類庫、第三方類庫都是以jar包形式提供的。如何使用jar包呢？將其加入到類路徑(classpath)中便可。類路徑是什麼呢？

程序的編譯與鏈接

從Java源代碼到運行的程序，有編譯和鏈接兩個步驟。編譯是將源代碼文件變成一種字節碼，後綴是.class的文件，這個工做通常是由javac這個命令完成的。鏈接是在運行時動態執行的，.class文件不能直接運行，運行的是Java虛擬機，虛擬機聽起來比較抽象，執行的就是java這個命令，這個命令解析.class文件，轉換爲機器能識別的二進制代碼，而後運行，所謂鏈接就是根據引用到的類加載相應的字節碼並執行。

Java編譯和運行時，都須要以參數指定一個classpath，即類路徑。類路徑能夠有多個，對於直接的class文件，路徑是class文件的根目錄，對於jar包，路徑是jar包的完整名稱（包括路徑和jar包名），在Windows系統中，多個路徑用分號;分隔，在其餘系統中，以冒號:分隔。

在Java源代碼編譯時，Java編譯器會肯定引用的每一個類的徹底限定名，肯定的方式是根據import語句和classpath。若是import的是徹底限定類名，則能夠直接比較並肯定。若是是模糊導入(import帶.*)，則根據classpath找對應父包，再在父包下尋找是否有對應的類。若是多個模糊導入的包下都有一樣的類名，則Java會提示編譯錯誤，此時應該明確指定import哪一個類。

Java運行時，會根據類的徹底限定名尋找並加載類，尋找的方式就是在類路徑中尋找，若是是class文件的根目錄，則直接查看是否有對應的子目錄及文件，若是是jar文件，則首先在內存中解壓文件，而後再查看是否有對應的類。

總結來講，import是編譯時概念，用於肯定徹底限定名，在運行時，只根據徹底限定名尋找並加載類，編譯和運行時都依賴類路徑，類路徑中的jar文件會被解壓縮用於尋找和加載類。

小結

本節介紹了Java中代碼組織的機制，包和jar包，以及程序的編譯和鏈接。將類和接口放在合適的具備層次結構的包內，避免命名衝突，代碼能夠更爲清晰，便於實現封裝和模塊化開發，經過jar包使用第三方代碼，將自身代碼打包爲jar包供其餘程序使用，這些都是解決複雜問題所必需的。

咱們一直在說，程序主要就是對數據的操做，爲表示和操做數據，咱們介紹了基本類型，類以及接口，下節，咱們介紹Java中表示和操做一種特殊數據的機制 - 枚舉。

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