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語言的開發環境 1-4 建立Java語言的開發環境

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 低階語言 1-1-4 高階語言 1-1-5 程式是如何執行

1-1 程式語言的基礎 「程式語言」（Programming Languages）如同人與人之間溝通的語言，它是人類告訴電腦如何工作的一種語言，即人類與電腦之間進行溝通的語言。 以技術角度來說，程式語言是一種將執行指令傳達給電腦的標準通訊技術。

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。

1-1-2 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，使用發展世代來區分可以分為五世代，如下表所示： 世代 程式語言 第一世代 機器語言（Machine Languages） 第二世代 組合語言（Assembly Languages） 第三世代 高階語言（High Level Languages） 第四世代 應用程式產生的語言（Application-Generation Languages）或查詢語言（Query Languages） 第五世代 邏輯導向語言（Logic-Oriented Languages）

1-1-3 低階語言-說明 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。所以執行效率高，但是使用者並不易學習。主要的低階語言有兩種： 機器語言。 組合語言。

1-1-3 低階語言-機器語言 機器語言（Machine Language） 機器語言的程式是使用0和1二進位來表示的程式碼，電腦可以直接執行機器語言的程式碼，所以執行效率最高，如下所示： 0111 0001 0000 1111 1001 1101 1011 0001

1-1-3 低階語言-組合語言 組合語言（Assembly Language） 組合語言是使用簡單符號的指令集來代表機器語言0和1表示的二進位程式碼。其建立的程式碼只需使用「組譯程式」（Assemblers）就可以轉換成機器語言，然後在電腦上執行。組合語言是一種十分接近機器語言的程式語言，如下所示： MOV AX 01 MOV BX 02 ADD AX BX

1-1-4 高階語言-說明 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。

1-1-4 高階語言-編譯語言 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。

1-1-4 高階語言-直譯語言 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。 直譯程式在處理程式碼時，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，但是非常適合在系統開發階段的程式除錯。

1-1-5 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。

1-1-5 程式是如何執行-圖例

1-1-5 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。

1-1-5 程式是如何執行-中央處理器 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。

1-1-5 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，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。

1-1-5 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。

1-1-5 程式是如何執行-輸入/輸出裝置 電腦的輸入/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。

1-1-5 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，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 Java的基礎 「Java」（爪哇）比起傳統程式語言C/C++、PASCAL和BASIC語言來說，算是一種很新的電腦語言，它是一種類似C++語言的編譯式語言，不過並不完全相同，因為它是結合編譯和直譯優點的程式語言。

1-2-1 Java平台-說明 「平台」（Platform）是一種結合硬體和軟體的執行環境，簡單的說，Java程式是在平台上執行，因為Java屬於一種與硬體無關和跨平台的程式語言，所以Java平台是一種軟體平台，主要是由JVM和Java API兩個元件所組成。

1-2-1 Java平台-JVM虛擬機器(說明) 「JVM」（Java Virtual Machine）虛擬機器是一台軟體的虛擬電腦，Java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虛擬機器(圖例) Java原始程式碼（副檔名.java）在編譯成位元組碼（副檔名.class）後，即可在Windows、UNIX或Machintosh的Mac OS作業系統上執行。

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++語言所謂的函數庫，提供集合物件、GUI元件、檔案處理、資料庫存取和網路等相關的類別和介面，稱為「套件」（Packages）。

1-2-2 Java語言的版本-標準版演進 版本 日期 說明 1.0 1996/1 Java Development Kit 1.0版（JDK 1.0） 1.1 1997/2 Java Development Kit 1.1版（JDK 1.1） 1.2 1998/12 Software Development Kit 1.2版（SDK 1.2），開始稱為Java 2平台 1.3 2000/5 平台名稱J2SE（Java 2 Platform, Stardard Edition），產品名稱是Software Development Kit 1.3版（SDK 1.3），也稱為Java 2 1.3版 1.4 2002/2 平台名稱J2SE，產品名稱是SDK 1.4，也稱為Java 2 1.4版 5.0 2004/9 平台名稱J2SE 5.0，產品名稱是J2SE Development Kit 5.0版（JDK 5.0），其開發版號為JDK 1.5.0 SE 6 2006/12 平台名稱Java SE 6，產品名稱是Java SE Development Kit 6（JDK 6），其開發版號為1.6.0 SE 7 2011/07 平台名稱Java SE 7，產品名稱是Java SE Development Kit 7（JDK 7），其開發版號為1.7.0

1-2-2 Java語言的版本-Java SE 7版 Java SE 7是Jave語言的最新版本，也是甲骨文（Oracle）併購昇陽（Sun）公司後，首次發表Java平台的最新版本。Java SE 7版包含很多全新功能、增強功能與錯誤修正，可以全方面提昇開發與執行Java程式的效能。 Java SE 7除了修正不少漏洞及提昇整體效能外，更提供Ruby、Python和JavaScript語言的支援，並且針對多核心環境新增全新API，和大幅提升JVM效能，和全新檔案系統API，支援非同步I/O。

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 Handling）

1-2-3 Java程式語言-分散式 分散式（Distributed）

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建立的應用程式。一般來說，我們可以使用兩種Java開發環境來建立Java應用程式。

1-3 Java語言的開發環境–終端機 終端機模式的開發環境 對於傳統MS-DOS或UNIX、Linux系統的使用者，或稱為「終端機」（Terminals）模式，程式執行環境輸入資料和輸出資料都是「命令列模式」（Command-line Interface），即文字模式的鍵盤輸入或單純文字內容的輸出。 在終端機模式的開發環境只需安裝Java開發工具「Java Development Kit」（JDK）和設定好環境參數，然後配合vi、edit或記事本等程式碼編輯工具，就可以開發Java應用程式。

1-3 Java語言的開發環境–整合開發環境 整合開發環境 對於高階程式語言來說，大多擁有「整合開發環境」（Integrated Development Environment，簡稱IDE），可以在同一個應用程式編輯、編譯、執行和除錯特定語言的應用程式。 目前巿面上有相當多套支援Windows作業系統的Java整合開發環境，在搭配JDK後，就可以在同一工具軟體編輯、編譯和除錯Java程式。常見Java整合開發環境，如下所示： Eclipse。 NetBeans IDE。 Borland JBuilder。 JCreator。

1-4 建立Java語言的開發環境 1-4-1 安裝與設定JDK 1-4-2 安裝與啟動Eclipse IDE

1-4-1 安裝與設定JDK-說明 一般來說，有些整合開發環境在安裝時就會一併安裝JDK，例如：JBuilder，不過，大部分整合開發環境需要自行安裝JDK，本書使用的版本是JDK 7（Java SE Development Kit 7），其下載網址為： http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html

1-4-1 安裝與設定JDK-移除舊版JDK 移除舊版JDK 如果在Windows電腦已經安裝舊版JDK，基於安全性考量，建議移除舊版JDK，如下圖所示：

1-4-1 安裝與設定JDK-安裝JDK 7 安裝JDK 7 JDK 7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，以本書為例是使用JDK 7 Update 10，其下載Windows版JDK的檔名為【jdk-7u10-windows-i586.exe】；64位元是【jdk-7u10-windows-x64.exe】後，我們只需執行此檔案就可以安裝JDK 7。

1-4-1 安裝與設定JDK-設定JDK 設定JDK 設定JDK就是在Windows作業系統新增環境變數Path的搜尋路徑「C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_10\bin」，其中「C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_10\」是JDK安裝路徑。

1-4-2 安裝與啟動Eclipse IDE-說明 Eclipse IDE原為IBM公司發起的開發專案，其目的是開發一套免費且開放原始碼的整合開發環境，支援多種程式語言的應用程式開發，例如：Java、JavaScript和C/C++等語言。Eclipse IDE需要安裝JRE才能執行，其下載網址為： http://www.eclipse.org/downloads/ 因為我們是安裝Java SE，請選【Eclipse IDE for Java Developers】後的下載連結【Windows 32 Bit】，即可下載最新版的Eclipse IDE。

1-4-2 安裝與啟動Eclipse IDE-安裝 以本書為例是使用Eclipse JUNO 4.2版SR1，64位元的下載檔名為ZIP格式壓縮檔【eclipse-java-juno-SR1-win32-x86_64.zip】，因為Eclipse IDE並沒有安裝程式，我們只需解壓縮至指定資料夾，例如：「C:\Java_IDE\eclipse」，和建立捷徑即可完成安裝，如右圖所示：

1-4-2 安裝與啟動Eclipse IDE-啟動 在安裝Eclipse IDE和建立桌面捷徑後，我們就可以啟動Eclipse IDE，請按二下上述建立的桌面捷徑來啟動Eclipse IDE，稍等一下，可以看到「Workspace Lanucher」選取工作空間對話方塊。 選擇工作空間（Workspace，這是包含專案和設定檔案的資料夾），請按【Browse】鈕選擇本書預設的範例目錄「C:\JavaEx\Ch02」，按【OK】鈕，稍等一下，可以看到Eclipse IDE整合開發環境，顯示Welcome歡迎頁面。

1-4-2 安裝與啟動Eclipse IDE-圖例