作业布置¶

请按照作业流程指南开始本次作业。本次作业名称为 hw0b。

MOLI：本次实验你将会学到什么

Java 数据结构使用（数组、列表、集合、映射）
类与对象的定义与实现
泛型编程与引用类型
异常处理机制
Java 编码风格与最佳实践

代码风格¶

从这次作业开始，我们将 严格要求代码风格 。你必须遵循代码风格指南，否则自动评分时会被扣分。

你应该使用 CS 61B 插件在本地检查代码风格。

语言结构¶

类型¶

Java是一种静态类型语言，这意味着每个变量在编译时就已知的类型，也就是说你必须在代码中指定它。相比之下，Python是一种动态类型语言，这意味着变量的类型通常仅在运行时才可知，也就是说你无需在代码中指定它们。

在Java中，有两种类型：基本类型和引用类型。基本类型是小写的，我们在A部分列出了需要关注的类型：boolean、int、char、double 。几乎所有其他类型都是引用类型，比如String 。如果一个类型以大写字母开头，它很可能是引用类型。

在第4讲中你会更深入地学习基本类型和引用类型的区别，但对于这次作业，你需要知道每种基本类型都有对应的引用类型（Boolean、Integer、Character、Double ）。如果你使用“泛型”来声明一个数据结构，就必须使用引用类型。基本类型和其对应的引用类型之间通常可以无缝转换。

null¶

Java中也有null ，它大类似于Python中的None 。任何引用类型都可以被赋予null 值。如果我们尝试从一个值为null 的对象访问实例成员或调用实例方法，就会遇到名为NullPointerException（空指针异常）的错误。

Arrays（固定大小）¶

Java数组与Python列表有很多相似之处。但是，Java数组的大小是固定的，所以我们不能新增或删除元素（即没有append、remove 等操作）。

Python Java

zeroedLst = [0, 0, 0]
lst = [4, 7, 10]
lst[0] = 5
print(lst[0])
print(lst)
print(len(lst))

int[] zeroedArray = new int[3];
int[] array = {4, 7, 10};
array[0] = 5;
System.out.println(array[0]);
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println(array.length);

在new int[3] 中，int 是数组中的元素类型，3 是数组的长度。使用这种语法时，所有元素都采用其“默认值”。对于int 类型，默认值是0。
数组不能以理想的格式直接打印，这超出了作业0的范畴。要打印数组，可以调用Arrays.toString(array) 。
数组没有length 方法。length 是一个实例变量，所以它后面没有括号。
Java不支持负索引或切片操作。

Foreach 循环/增强型For循环¶

Python	Java
`lst = [1, 2, 3] for i in lst: print(i)`	`int[] array = {1, 2, 3}; for (int i : array) { System.out.println(i); }`

注意迭代变量的类型声明，以及使用: 而非in 。
我们也可以在某些其他类型（如List 和Set ）上使用这种语法。

List（可调整大小）¶

Python Java

lst = []
lst.append("zero")
lst.append("one")
lst[0] = "zed"
print(lst[0])
print(len(lst))
if "one" in lst:
    print("one in lst")

for elem in lst:
    print(elem)

List<String> lst = new ArrayList<>();
lst.add("zero");
lst.add("one");
lst.set(0, "zed");
System.out.println(lst.get(0));
System.out.println(lst.size());
if (lst.contains("one")) {
    System.out.println("one in lst");}

for (String elem : lst) {
    System.out.println(elem);
}

Java有List 接口。我们大多使用ArrayList 实现。
List 接口通过尖括号<> 来指定其所存储元素的类型。
List 同样不支持切片或负索引。

Set¶

Python Java

s = set()
s.add(1)
s.add(1)
s.add(2)
s.remove(2)
print(len(s))
if 1 in s:
    print("1 in s")

for elem in s:
    print(elem)

Set<Integer> set = new HashSet<>();
set.add(1);
set.add(1);
set.add(2);
set.remove(2);
System.out.println(set.size());
if (set.contains(1)) {
    System.out.println("1 in set");}

for (int elem : set) {
    System.out.println(elem);
}

Java有Set 接口，主要有两种实现：TreeSet 和HashSet 。TreeSet 会将元素按顺序保存，且速度较快。与之相比，HashSet 没有定义的“顺序”，但（通常）速度极快。
- 在后续课程中学习渐近分析时，我们会正式明确这些关于“速度快”的概念。
- Set 不能包含重复元素。如果尝试添加已在集合中的元素，不会产生任何效果。
Dictionaries / Maps¶

Python Java

d = {}
d["hello"] = "hi"
d["hello"] = "goodbye"
print(d["hello"])
print(len(d))
if "hello" in d:
    print('"hello" in d')

for key in d.keys():
    print(key)

Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("hello", "hi");
map.put("hello", "goodbye");
System.out.println(map.get("hello"));
System.out.println(map.size());
if (map.containsKey("hello")) {
    System.out.println('"hello" in map');}

for (String key : map.keySet()) {
    System.out.println(key);
}

Java有Map 接口，主要有两种实现：TreeMap 和HashMap 。与集合类似，TreeMap 会对键进行排序且速度较快；HashMap 没有定义的顺序，且（通常）速度极快。
Map 不能包含重复的键。如果尝试添加已存在于映射中的键，其对应的值会被覆盖。
在尖括号中，我们首先指定“键类型”，然后是“值类型”。
Map 不能直接使用:进行for 循环。通常，我们调用keySet 来遍历键，然后使用这些键来检索值。也可以遍历entrySet 来同时获取键和值。

类¶

Python Java

class Point:
    def init(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def distanceTo(self, other):
        return math.sqrt(
            (self.x - other.x) ** 2 +
            (self.y - other.y) ** 2
        )

    def translate(self, dx, dy):
        self.x += dx
        self.y += dy

public class Point {
    public int x;
    public int y;
    public Point(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
    public Point() {
        this(0, 0);
    }
    public double distanceTo(Point other) {
        return Math.sqrt(
            Math.pow(this.x - other.x, 2) +
            Math.pow(this.y - other.y, 2)
        )
    }
    public void translate(int dx, int dy) {
        this.x += dx;
        this.y += dy;
    }
}

我们可以按如下方式使用这些类：

Python Java

p1 = Point(5, 9)
p2 = Point(-3, 3)
print(f"Point 1: ({p1.x}, {p1.y})")
print("Distance:", p1.distanceTo(p2))
p1.translate(2, 2)
print(f"Point 1: ({p1.x}, {p1.y})")

Point p1 = new Point(5, 9);
Point p2 = new Point(-3, 3);
System.out.println("Point 1: ( " + p1.x + ", " + p1.y + ")" );
System.out.println("Distance: " + p1.distanceTo(p2));
p1.translate(2, 2);
System.out.println("Point 1: ( " + p1.x + ", " + p1.y + ")" );

Main¶

Java程序中也可能有一个名为main 的特殊方法。当你执行一个程序时，main 方法会被调用。main 方法会运行它内部的代码，这些代码可能会调用程序中定义的其他方法。

我们用public static void main(String[] args) 这个签名来定义main 方法。在后续课程中你会学习这个签名中每一部分的含义。目前，你可以把main 方法当作你所编写代码的运行按钮。

为了运行上一个例子中的代码，我们可以在Point 类中创建一个main 方法，如下所示：

Python Java

class Point:
    # other methods...
    # end of Point class

if name == 'main':
    p1 = Point(5, 9)
    p2 = Point(-3, 3)
    print(f"Point 1: ({p1.x}, {p1.y})")
    print("Distance:", p1.distanceTo(p2))
    p1.translate(2, 2)
    print(f"Point 1: ({p1.x}, {p1.y})")

public class Point {
    // other methods...

    public static void main(String[] args) {
        Point p1 = new Point(5, 9);
        Point p2 = new Point(-3, 3);
        System.out.println("Point 1: ( " + p1.x + ", " + p1.y + ")" );
        System.out.println("Distance: " + p1.distanceTo(p2));
        p1.translate(2, 2);
        System.out.println("Point 1: ( " + p1.x + ", " + p1.y + ")" );
    }

    // end of Point class
}

注意，在Java中，main 方法是在类中定义的。

如果你在IntelliJ中进行编码，实际上可以“运行”main 方法！IntelliJ会在main 方法签名的左侧显示一个绿色的运行按钮。点击它即可运行其中的代码。

程序¶

让我们来看一些使用数据结构和类的Java程序。这里有一些简单的示例，当你忘记如何做某些事情时，可能会用到它们来参考。

数字列表的最小值索引¶

Python Java

def min_index(numbers):
    # Assume len(numbers) >= 1
    m = numbers[0]
    idx = 0
    for i in range(len(numbers)):
        if numbers[i] < m:
            m = numbers[i]
            idx = i
    return idx

public static int minIndex(int[] numbers) {
    // Assume numbers.length >= 1
    int m = numbers[0];
    int idx = 0;
    for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
        if (numbers[i] < m) {
            m = numbers[i];
            idx = i;
        }
    }
    return idx;
}

Exceptions¶

最后，让我们结合前面的例子，看看与Python相比，在Java中如何抛出异常。

Python
`def minIndex(numbers): if len(numbers) == 0: raise Exception("There are no elements in the list!") m = numbers[0] idx = 0 ... return m`

Java

public static int minIndex(int[] numbers) throws Exception {
    if (numbers.length == 0) {
        throw new IllegalArgumentException("There are no elements in the array!");
    }
    int m = numbers[0];
    int idx = 0;
    
    ...
    
    return m;
}

编程练习¶

为了让你更熟悉Java语法和测试，这里有几道练习题需要你解答！在你完成函数编写后，我们提供了一些测试用例。尽管我们已提供测试，但也欢迎你自行编写！编写测试不仅在本课程中至关重要，还是一项通用的重要技能。它能强化我们对特定方法功能的理解，还能帮我们发现边界情况！在后续课程中你会有更多测试练习，我们希望你能尽早接触。

请先完成实验01，并参考此处（更改链接）了解如何开始本次作业。

在完成作业时，你可能需要使用不同的数据结构，如ArrayList 和TreeMap 。要导入这些类，如果你将鼠标悬停在使用数据结构的地方，IntelliJ会提供导入选项，或者你也可以手动添加以下代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.TreeMap;

任务 1：Java 练习¶

在JavaExercises.java 中有4个不同的方法需要你完成：

makeDice：该方法需返回一个新的整数数组[1, 2, 3, 4, 5, 6]。
takeOrder：此方法接收一个String 类型参数，返回一个包含顾客订单的新数组。如果顾客是Ergun，你应按顺序返回字符串数组["beyti", "pizza", "hamburger", "tea"] ；如果顾客是Erik，你应返回字符串数组["sushi", "pasta", "avocado", "coffee"] 。在其他情况下，返回一个长度为3且每个元素都为null 的字符串数组。
- 注意：== 对字符串的判断表现很奇怪,我们将在后续课程中讲解原因，。在Java中，你应该使用s1.equals(s2) 来检查字符串s1 和s2 是否相等。另外，在初始化的string[] 中，元素的默认值是null。
findMinMax：该方法接收一个int[] 数组，返回给定数组中最大元素与最小元素的差值（取正值）。你可以假定输入数组非空。
hailstone：此方法接收一个int 类型的n 作为输入，返回其冰雹序列（以整数列表形式）。冰雹序列的定义过程如下：选取一个正整数n 作为起始值。如果n 是偶数，将n 除以2；如果n 是奇数，将n 乘以3 再加1。重复此过程，直到n 等于1。
- 你应该使用提供的辅助方法hailstoneHelper 通过递归计算该序列。

在这部分内容中，你可以导入List 和ArrayList 。

任务 2：List 练习¶

在ListExercises.java 中有4个不同的方法需要你完成： - sum：该方法接收一个List<Integer> 类型的列表L ，返回列表中元素的总和。如果列表为空，该方法应返回0。

evens：此方法接收一个List<Integer> 类型的列表L ，返回一个新列表，其中包含给定列表中的偶数。如果没有偶数元素，应返回一个空列表。
common：该方法接收两个List<Integer> 类型的列表L1 和L2 ，返回一个新列表，包含在 L1 L2 中都出现的元素。如果没有共同元素，应返回一个空列表。
countOccurrencesOfc：此方法接收一个列表和一个字符List<String> 类型的words 以及char 类型的c ，返回c在words中出现的次数。如果该字符在任何单词中都未出现，应返回0。

在这部分内容中，你可以导入ArrayList 。

任务 3：Map 练习¶

在MapExercises.java 中有3个不同的方法需要你完成： - letterToNum：该方法返回一个映射，将每个小写字母对应到其在字母表中的序号，其中'a' 对应1，'z' 对应26。

squares：此方法接收一个List<Integer> 类型的列表nums ，返回一个map，将列表中的整数映射到其平方值。如果给定列表为空，应返回一个空map。
countWords：该方法接收一个List<String> 类型的列表words ，返回一个map，将列表中的单词映射到其出现的次数。如果给定列表为空，应返回一个空map。

在这部分内容中，你可以导入TreeMap 。

任务 4：Dessert.java¶

INFO
与你之前上过的课程相比，61B 课程在作业方面可能会给你更多的发挥空间。

例如，这次练习没有提供框架代码，但是别担心！

创建一个名为Dessert 的类（你需要创建一个新文件，并将其添加到src/ 文件夹下并且添加到Git中）。这个类应具备以下特性： - 两个实例变量：int flavor（口味）和int price（价格）。

一个构造函数，接收两个参数int flavor 和int price ，并相应地设置实例变量。
一个静态变量int numDesserts ，用于追踪到目前为止创建的甜点数量。
一个方法public void printDessert() ，用于打印甜点的口味、价格，以及到目前为止创建的甜点总数，各项之间用空格隔开。
- 例如，如果我们创建一个口味为1、价格为2的甜点，然后调用它的printDessert() 方法，应该打印1 2 1 。
- 如果我们再创建一个口味为3、价格为4的甜点，然后调用它的printDessert() 方法，应该打印3 4 2 。
- 最后，方法public static void main(String[] args) ，执行时仅打印I love dessert!（我喜欢甜点！）这一行内容。

务必准确实现上述功能，否则可能无法通过测试！

完成Dessert.java 后，取消注释tests/DessertTest 中相应的代码并运行测试。

如何在 IntelliJ 中创建类

1. 在屏幕左侧的`src/ `文件夹上右键点击，然后选择 `New` > `Java Class` ![alt text](hw0b_img/image0.png) 2. 你应该会看到一个弹出窗口。在`Name`字段中，输入`Dessert`，然后按回车键。 ![alt text](hw0b_img/image1.png) 3. 如果你看到类似下面这样询问是否将文件添加到Git的弹出窗口，选择“添加” 。 ![alt text](hw0b_img/image2.png) 4. 你应该会在`src/` 文件夹中看到一个名为`Dessert.java` 的新文件。它应该是下面这样的，之后你可以对其进行修改以满足上述要求： ![alt text](hw0b_img/image3.png)

`Dessert`类在python中的实现

class Dessert:
    numDesserts = 0

    def __init__(self, flavor, price):
        self.flavor = flavor
        self.price = price
        Dessert.numDesserts += 1

    def printDessert(self):
        print(self.flavor, self.price, Dessert.numDesserts)

if __name__ == "__main__":
    print("I love dessert!")

测试和调式¶

如果你在运行代码时遇到问题，请在向课程工作人员求助前，先通读本节中的常见错误！

语法错误¶

如果你的代码包含语法错误，IntelliJ 将无法运行你的代码（绿色运行按钮不会出现）。

如果你的代码存在语法错误，你会在右上角看到一个红色感叹号，并且代码中会出现红色波浪线。你可以点击红色感叹号来查看语法错误在哪里。

alt text

如果你在尚未修改的代码部分看到语法错误，可能是代码前面存在语法错误（例如括号不匹配），导致后面的代码无法编译。

例如，在上面的图片中，takeOrder 方法在第19行缺少右括号。这就导致了第23行出现语法错误。

作业提交¶

JavaExercises.java
ListExercises.java
MapExercises.java
Dessert.java

对于本次作业，你需要完成JavaExercises、ListExercises 和MapExercises 中的方法。你还需要创建一个新文件Dessert.java ，并按照要求进行实现。在将代码提交到Gradescope之前，务必进行测试。虽然本次作业没有提交次数限制，但在未来，建议在将代码提交给自动评分系统之前，使用现有的测试用例并自行编写测试，以检查方法是否正常工作，因为提交次数可能会有限制。

本次作业满分为10分，截止日期为9月3日晚上11点59分。

作业布置¶

代码风格¶

语言结构¶

类型¶

null¶

Arrays（固定大小）¶

Foreach 循环/增强型For循环¶

List（可调整大小）¶

Set¶

Dictionaries / Maps¶

类¶

Main¶

程序¶

数字列表的最小值索引¶

Exceptions¶

编程练习¶

任务 1：Java 练习¶

任务 2：List 练习¶

任务 3：Map 练习¶

任务 4：Dessert.java¶

测试和调式¶

语法错误¶

作业提交¶