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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。