5.1 包:库单元

我们用import关键字导入一个完整的库时,就会获得“包”(Package)。例如:

import java.util.*;

它的作用是导入完整的实用工具(Utility)库,该库属于标准Java开发工具包的一部分。由于Vector位于java.util里,所以现在要么指定完整名称“java.util.Vector”(可省略import语句),要么简单地指定一个“Vector”(因为import是默认的)。

若想导入单独一个类,可在import语句里指定那个类的名字:

import java.util.Vector;

现在,我们可以自由地使用Vector。然而,java.util中的其他任何类仍是不可使用的。

之所以要进行这样的导入,是为了提供一种特殊的机制,以便管理“命名空间”(Name Space)。我们所有类成员的名字相互间都会隔离起来。位于类A内的一个方法f()不会与位于类B内的、拥有相同“签名”(自变量列表)的f()发生冲突。但类名会不会冲突呢?假设创建一个stack类,将它安装到已有一个stack类(由其他人编写)的机器上,这时会出现什么情况呢?对于因特网中的Java应用,这种情况会在用户毫不知晓的时候发生,因为类会在运行一个Java程序的时候自动下载。

正是由于存在名字潜在的冲突,所以特别有必要对Java中的命名空间进行完整的控制,而且需要创建一个完全独一无二的名字,无论因特网存在什么样的限制。

迄今为止,本书的大多数例子都仅存在于单个文件中,而且设计成局部(本地)使用,没有同包名发生冲突(在这种情况下,类名置于“默认包”内)。这是一种有效的做法,而且考虑到问题的简化,本书剩下的部分也将尽可能地采用它。然而,若计划创建一个“对因特网友好”或者说“适合在因特网使用”的程序,必须考虑如何防止类名的重复。 为Java创建一个源码文件的时候,它通常叫作一个“编辑单元”(有时也叫作“翻译单元”)。每个编译单元都必须有一个以.java结尾的名字。而且在编译单元的内部,可以有一个公共(public)类,它必须拥有与文件相同的名字(包括大小写形式,但排除.java文件扩展名)。如果不这样做,编译器就会报告出错。每个编译单元内都只能有一个public类(同样地,否则编译器会报告出错)。那个编译单元剩下的类(如果有的话)可在那个包外面的世界面前隐藏起来,因为它们并非“公共”的(非public),而且它们由用于主public类的“支撑”类组成。

编译一个.java文件时,我们会获得一个名字完全相同的输出文件;但对于.java文件中的每个类,它们都有一个.class扩展名。因此,我们最终从少量的.java文件里有可能获得数量众多的.class文件。如以前用一种汇编语言写过程序,那么可能已习惯编译器先分割出一种过渡形式(通常是一个.obj文件),再用一个链接器将其与其他东西封装到一起(生成一个可执行文件),或者与一个库封装到一起(生成一个库)。但那并不是Java的工作方式。一个有效的程序就是一系列.class文件,它们可以封装和压缩到一个JAR文件里(使用Java 1.1提供的jar工具)。Java解释器负责对这些文件的寻找、装载和解释(注释①)。

①:Java并没有强制一定要使用解释器。一些固有代码的Java编译器可生成单独的可执行文件。

“库”也由一系列类文件构成。每个文件都有一个public类(并没强迫使用一个public类,但这种情况最很典型的),所以每个文件都有一个组件。如果想将所有这些组件(它们在各自独立的.java和.class文件里)都归纳到一起,那么package关键字就可以发挥作用)。

若在一个文件的开头使用下述代码:

package mypackage;

那么package语句必须作为文件的第一个非注释语句出现。该语句的作用是指出这个编译单元属于名为mypackage的一个库的一部分。或者换句话说,它表明这个编译单元内的public类名位于mypackage这个名字的下面。如果其他人想使用这个名字,要么指出完整的名字,要么与mypackage联合使用import关键字(使用前面给出的选项)。注意根据Java包(封装)的约定,名字内的所有字母都应小写,甚至那些中间单词亦要如此。

例如,假定文件名是MyClass.java。它意味着在那个文件有一个、而且只能有一个public类。而且那个类的名字必须是MyClass(包括大小写形式):

package mypackage;
public class MyClass {
// . . .

现在,如果有人想使用MyClass,或者想使用mypackage内的其他任何public类,他们必须用import关键字激活mypackage内的名字,使它们能够使用。另一个办法则是指定完整的名称:

mypackage.MyClass m = new mypackage.MyClass();

import关键字则可将其变得简洁得多:

import mypackage.*;
// . . .
MyClass m = new MyClass();

作为一名库设计者,一定要记住package和import关键字允许我们做的事情就是分割单个全局命名空间,保证我们不会遇到名字的冲突——无论有多少人使用因特网,也无论多少人用Java编写自己的类。

5.1.1 创建独一无二的包名

大家或许已注意到这样一个事实:由于一个包永远不会真的“封装”到单独一个文件里面,它可由多个.class文件构成,所以局面可能稍微有些混乱。为避免这个问题,最合理的一种做法就是将某个特定包使用的所有.class文件都置入单个目录里。也就是说,我们要利用操作系统的分级文件结构避免出现混乱局面。这正是Java所采取的方法。 它同时也解决了另两个问题:创建独一无二的包名以及找出那些可能深藏于目录结构某处的类。正如我们在第2章讲述的那样,为达到这个目的,需要将.class文件的位置路径编码到package的名字里。但根据约定,编译器强迫package名的第一部分是类创建者的因特网域名。由于因特网域名肯定是独一无二的(由InterNIC保证——注释②,它控制着域名的分配),所以假如按这一约定行事,package的名称就肯定不会重复,所以永远不会遇到名称冲突的问题。换句话说,除非将自己的域名转让给其他人,而且对方也按照相同的路径名编写Java代码,否则名字的冲突是永远不会出现的。当然,如果你没有自己的域名,那么必须创造一个非常生僻的包名(例如自己的英文姓名),以便尽最大可能创建一个独一无二的包名。如决定发行自己的Java代码,那么强烈推荐去申请自己的域名,它所需的费用是非常低廉的。

②:ftp://ftp.internic.net

这个技巧的另一部分是将package名解析成自己机器上的一个目录。这样一来,Java程序运行并需要装载.class文件的时候(这是动态进行的,在程序需要创建属于那个类的一个对象,或者首次访问那个类的一个static成员时),它就可以找到.class文件驻留的那个目录。

Java解释器的工作程序如下:首先,它找到环境变量CLASSPATH(将Java或者具有Java解释能力的工具——如浏览器——安装到机器中时,通过操作系统进行设定)。CLASSPATH包含了一个或多个目录,它们作为一种特殊的“根”使用,从这里展开对.class文件的搜索。从那个根开始,解释器会寻找包名,并将每个点号(句点)替换成一个斜杠,从而生成从CLASSPATH根开始的一个路径名(所以package foo.bar.baz会变成foo\bar\baz或者foo/bar/baz;具体是正斜杠还是反斜杠由操作系统决定)。随后将它们连接到一起,成为CLASSPATH内的各个条目(入口)。以后搜索.class文件时,就可从这些地方开始查找与准备创建的类名对应的名字。此外,它也会搜索一些标准目录——这些目录与Java解释器驻留的地方有关。

为进一步理解这个问题,下面以我自己的域名为例,它是bruceeckel.com。将其反转过来后,com.bruceeckel就为我的类创建了独一无二的全局名称(com,edu,org,net等扩展名以前在Java包中都是大写的,但自Java 1.2以来,这种情况已发生了变化。现在整个包名都是小写的)。由于决定创建一个名为util的库,我可以进一步地分割它,所以最后得到的包名如下:

package com.bruceeckel.util;

现在,可将这个包名作为下述两个文件的“命名空间”使用:

//: Vector.java
// Creating a package
package com.bruceeckel.util;

public class Vector {
  public Vector() {
    System.out.println(
      "com.bruceeckel.util.Vector");
  }
} ///:~

创建自己的包时,要求package语句必须是文件中的第一个“非注释”代码。第二个文件表面看起来是类似的:

//: List.java
// Creating a package 
package com.bruceeckel.util;

public class List {
  public List() {
    System.out.println(
      "com.bruceeckel.util.List");
  }
} ///:~

这两个文件都置于我自己系统的一个子目录中:

C:\DOC\JavaT\com\bruceeckel\util

若通过它往回走,就会发现包名com.bruceeckel.util,但路径的第一部分又是什么呢?这是由CLASSPATH环境变量决定的。在我的机器上,它是:

CLASSPATH=.;D:\JAVA\LIB;C:\DOC\JavaT

可以看出,CLASSPATH里能包含大量备用的搜索路径。然而,使用JAR文件时要注意一个问题:必须将JAR文件的名字置于类路径里,而不仅仅是它所在的路径。所以对一个名为grape.jar的JAR文件来说,我们的类路径需要包括:

CLASSPATH=.;D:\JAVA\LIB;C:\flavors\grape.jar

正确设置好类路径后,可将下面这个文件置于任何目录里(若在执行该程序时遇到麻烦,请参见第3章的3.1.2小节“赋值”):

//: LibTest.java
// Uses the library
package c05;
import com.bruceeckel.util.*;

public class LibTest {
  public static void main(String[] args) {
    Vector v = new Vector();
    List l = new List();
  }
} ///:~

编译器遇到import语句后,它会搜索由CLASSPATH指定的目录,查找子目录com\bruceeckel\util,然后查找名称适当的已编译文件(对于Vector是Vector.class,对于List则是List.class)。注意Vector和List内无论类还是需要的方法都必须设为public。

  1. 自动编译

为导入的类首次创建一个对象时(或者访问一个类的static成员时),编译器会在适当的目录里寻找同名的.class文件(所以如果创建类X的一个对象,就应该是X.class)。若只发现X.class,它就是必须使用的那一个类。然而,如果它在相同的目录中还发现了一个X.java,编译器就会比较两个文件的日期标记。如果X.java比X.class新,就会自动编译X.java,生成一个最新的X.class。 对于一个特定的类,或在与它同名的.java文件中没有找到它,就会对那个类采取上述的处理。

  1. 冲突

若通过 * 导入了两个库,而且它们包括相同的名字,这时会出现什么情况呢?例如,假定一个程序使用了下述导入语句:

import com.bruceeckel.util.*;
import java.util.*;

由于 java.util.* 也包含了一个Vector类,所以这会造成潜在的冲突。然而,只要冲突并不真的发生,那么就不会产生任何问题——这当然是最理想的情况,因为否则的话,就需要进行大量编程工作,防范那些可能可能永远也不会发生的冲突。

如现在试着生成一个Vector,就肯定会发生冲突。如下所示:

Vector v = new Vector();

它引用的到底是哪个Vector类呢?编译器对这个问题没有答案,读者也不可能知道。所以编译器会报告一个错误,强迫我们进行明确的说明。例如,假设我想使用标准的Java Vector,那么必须象下面这样编程:

java.util.Vector v = new java.util.Vector();

由于它(与CLASSPATH一起)完整指定了那个Vector的位置,所以不再需要 import java.util.* 语句,除非还想使用来自java.util的其他东西。

5.1.2 自定义工具库

掌握前述的知识后,接下来就可以开始创建自己的工具库,以便减少或者完全消除重复的代码。例如,可为System.out.println()创建一个别名,减少重复键入的代码量。它可以是名为tools的一个包(package)的一部分:

//: P.java
// The P.rint & P.rintln shorthand
package com.bruceeckel.tools;

public class P {
  public static void rint(Object obj) {
    System.out.print(obj);
  }
  public static void rint(String s) {
    System.out.print(s);
  }
  public static void rint(char[] s) {
    System.out.print(s);
  }
  public static void rint(char c) {
    System.out.print(c);
  }
  public static void rint(int i) {
    System.out.print(i);
  }
  public static void rint(long l) {
    System.out.print(l);
  }
  public static void rint(float f) {
    System.out.print(f);
  }
  public static void rint(double d) {
    System.out.print(d);
  }
  public static void rint(boolean b) {
    System.out.print(b);
  }
  public static void rintln() {
    System.out.println();
  }
  public static void rintln(Object obj) {
    System.out.println(obj);
  }
  public static void rintln(String s) {
    System.out.println(s);
  }
  public static void rintln(char[] s) {
    System.out.println(s);
  }
  public static void rintln(char c) {
    System.out.println(c);
  }
  public static void rintln(int i) {
    System.out.println(i);
  }
  public static void rintln(long l) {
    System.out.println(l);
  }
  public static void rintln(float f) {
    System.out.println(f);
  }
  public static void rintln(double d) {
    System.out.println(d);
  }
  public static void rintln(boolean b) {
    System.out.println(b);
  }
} ///:~

所有不同的数据类型现在都可以在一个新行输出(P.rintln()),或者不在一个新行输出(P.rint())。 大家可能会猜想这个文件所在的目录必须从某个CLASSPATH位置开始,然后继续com/bruceeckel/tools。编译完毕后,利用一个import语句,即可在自己系统的任何地方使用P.class文件。如下所示:

ToolTest.java

所以从现在开始,无论什么时候只要做出了一个有用的新工具,就可将其加入tools目录(或者自己的个人util或tools目录)。

  1. CLASSPATH的陷阱

P.java文件存在一个非常有趣的陷阱。特别是对于早期的Java实现方案来说,类路径的正确设定通常都是很困难的一项工作。编写这本书的时候,我引入了P.java文件,它最初看起来似乎工作很正常。但在某些情况下,却开始出现中断。在很长的时间里,我都确信这是Java或其他什么在实现时一个错误。但最后,我终于发现在一个地方引入了一个程序(即第17章要说明的CodePackager.java),它使用了一个不同的类P。由于它作为一个工具使用,所以有时候会进入类路径里;另一些时候则不会这样。但只要它进入类路径,那么假若执行的程序需要寻找com.bruceeckel.tools中的类,Java首先发现的就是CodePackager.java中的P。此时,编译器会报告一个特定的方法没有找到。这当然是非常令人头疼的,因为我们在前面的类P里明明看到了这个方法,而且根本没有更多的诊断报告可为我们提供一条线索,让我们知道找到的是一个完全不同的类(那甚至不是public的)。

乍一看来,这似乎是编译器的一个错误,但假若考察import语句,就会发现它只是说:“在这里可能发现了P”。然而,我们假定的是编译器搜索自己类路径的任何地方,所以一旦它发现一个P,就会使用它;若在搜索过程中发现了“错误的”一个,它就会停止搜索。这与我们在前面表述的稍微有些区别,因为存在一些讨厌的类,它们都位于包内。而这里有一个不在包内的P,但仍可在常规的类路径搜索过程中找到。

如果您遇到象这样的情况,请务必保证对于类路径的每个地方,每个名字都仅存在一个类。

5.1.3 利用导入改变行为

Java已取消的一种特性是C的“条件编译”,它允许我们改变参数,获得不同的行为,同时不改变其他任何代码。Java之所以抛弃了这一特性,可能是由于该特性经常在C里用于解决跨平台问题:代码的不同部分根据具体的平台进行编译,否则不能在特定的平台上运行。由于Java的设计思想是成为一种自动跨平台的语言,所以这种特性是没有必要的。

然而,条件编译还有另一些非常有价值的用途。一种很常见的用途就是调试代码。调试特性可在开发过程中使用,但在发行的产品中却无此功能。Alen Holub(www.holub.com)提出了利用包(package)来模仿条件编译的概念。根据这一概念,它创建了C“断定机制”一个非常有用的Java版本。之所以叫作“断定机制”,是由于我们可以说“它应该为真”或者“它应该为假”。如果语句不同意你的断定,就可以发现相关的情况。这种工具在调试过程中是特别有用的。

可用下面这个类进行程序调试:

//: Assert.java
// Assertion tool for debugging
package com.bruceeckel.tools.debug;

public class Assert {
  private static void perr(String msg) {
    System.err.println(msg);
  }
  public final static void is_true(boolean exp) {
    if(!exp) perr("Assertion failed");
  }
  public final static void is_false(boolean exp){
    if(exp) perr("Assertion failed");
  }
  public final static void 
  is_true(boolean exp, String msg) {
    if(!exp) perr("Assertion failed: " + msg);
  }
  public final static void 
  is_false(boolean exp, String msg) {
    if(exp) perr("Assertion failed: " + msg);
  }
} ///:~

这个类只是简单地封装了布尔测试。如果失败,就显示出出错消息。在第9章,大家还会学习一个更高级的错误控制工具,名为“违例控制”。但在目前这种情况下,perr()方法已经可以很好地工作。 如果想使用这个类,可在自己的程序中加入下面这一行:

import com.bruceeckel.tools.debug.*;

如欲清除断定机制,以便自己能发行最终的代码,我们创建了第二个Assert类,但却是在一个不同的包里:

//: Assert.java
// Turning off the assertion output 
// so you can ship the program.
package com.bruceeckel.tools;

public class Assert {
  public final static void is_true(boolean exp){}
  public final static void is_false(boolean exp){}
  public final static void 
  is_true(boolean exp, String msg) {}
  public final static void 
  is_false(boolean exp, String msg) {}
} ///:~

现在,假如将前一个import语句变成下面这个样子:

import com.bruceeckel.tools.*;

程序便不再显示出断言。下面是个例子:

//: TestAssert.java
// Demonstrating the assertion tool
package c05;
// Comment the following, and uncomment the
// subsequent line to change assertion behavior:
import com.bruceeckel.tools.debug.*;
// import com.bruceeckel.tools.*;

public class TestAssert {
  public static void main(String[] args) {
    Assert.is_true((2 + 2) == 5);
    Assert.is_false((1 + 1) == 2);
    Assert.is_true((2 + 2) == 5, "2 + 2 == 5");
    Assert.is_false((1 + 1) == 2, "1 +1 != 2");
  }
} ///:~

通过改变导入的package,我们可将自己的代码从调试版本变成最终的发行版本。这种技术可应用于任何种类的条件代码。

5.1.4 包的停用

大家应注意这样一个问题:每次创建一个包后,都在为包取名时间接地指定了一个目录结构。这个包必须存在(驻留)于由它的名字规定的目录内。而且这个目录必须能从CLASSPATH开始搜索并发现。最开始的时候,package关键字的运用可能会令人迷惑,因为除非坚持遵守根据目录路径指定包名的规则,否则就会在运行期获得大量莫名其妙的消息,指出找不到一个特定的类——即使那个类明明就在相同的目录中。若得到象这样的一条消息,请试着将package语句作为注释标记出去。如果这样做行得通,就可知道问题到底出在哪儿。

Copyright © quanke.name 2016 all right reserved,powered by Gitbook该文件修订时间: 2017-11-13 13:16:03

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