跨進Java的門票 – 執行個體詳解classpath及package (zz matrix)

Java很誘人，但對於剛跨入Java門檻的初學者來說，編譯並運行一個無比簡單的Java程式簡直就是一個惡夢。明明程式沒錯，但各種各樣讓人摸不著頭腦的錯誤資訊真的讓你百思不得其解，許多在Java門口徘徊了很久的初學者就這樣放棄了學習Java的機會，很是可惜。筆者也經曆過這個無比痛苦的階段，感覺到編譯難的問題就出在classpath的設定及對package的理解之上。本文以執行個體的方式，逐一解決在編譯過程中所出現的各種classpath的設定問題。本文執行個體啟動並執行環境是在Windows XP + JDK 1.5.0。對其他的環境，讀者應該很容易進行相應的轉換。

1. 下載並安裝JDK1.5.0，並按預設路徑，安裝到C:/Program Files/Java/jdk1.5.0中。

2. 用按一下滑鼠WindowsXP的“開始”->“運行”，在彈出的運行視窗中輸入cmd，按確定或斷行符號，開啟一個命令列視窗。

3. 在命令列中輸入：

java

有一列長長的洋文滾了出來，這是JDK告訴我們java這個命令的使用方法。其中隱含了一個重要訊息，即JDK安裝成功，可以在命令列中使用java此命令了。

4. 在命令列中輸入

javac

螢幕顯示：

'javac' 不是內部或外部命令，也不是可啟動並執行程式或批次檔。

這是由於windows找不到javac這個命令的原因。這就不明白了，java與javac都是JDK在同一個子目錄裡面的兩個檔案，為什麼可以直接運行java而不能直接運行javac呢？原來，Sun公司為了方便大家在安裝完JDK後馬上就可以運行Java類檔案，在後台悄悄地將java命令加入了Path的搜尋路徑中，因此我們可以直接運行java命令(但我們是看不到它到底是在哪設定的，無論是在使用者的Path或系統的Path設定中均找不到這個java存放的路徑)。但Sun所做的到此為止，其他JDK的命令，一概不管，需要由使用者自己添加到搜尋路徑中。

5. 既然如此，那我們自己添加Path的搜尋路徑吧。對“我的電腦”按右鍵，選“屬性”，在“系統屬性”視窗中選“進階”標籤，再按“環境變數”按鈕，彈出一個“環境變數”的視窗，在使用者變數中建立一個變數，變數名為“Path”，變數值為"C:/Program Files/Java/jdk1.5.0/bin;%PATH%"。最後的%PATH%的意思是說，保留原有的Path設定，且將目前的Path設定新加到其前面。一路按“確定”退出(共有3次)。關掉原來的命令列視窗，依照第2步，重新開啟一個新的命令列視窗。在此視窗中輸入

javac

長長的洋文又出現了，這回是介紹javac的用法。設定成功。

6. So far so good. 到目前為止，我們已經可以編程了。但是，這不是一個好辦法。因為隨著以後我們深入學習Java，我們就會用到JUnit、Ant或NetBeans等應用工具，這些工具在安裝時，都需要一個名為指向JDK路徑的“JAVA_HOME”的環境變數，否則就安裝不了。因此，我們需要改進第5步，為以後作好準備。依照第5步，彈出“環境變數”的視窗，在使用者變數中建立一個變數，變數名為“JAVA_HOME”，變數值為"C:/Program Files/Java/jdk1.5.0"。注意，這裡的變數值只到jdk1.5.0，不能延伸到bin中。確定後，返回“環境變數”的視窗，雙擊我們原先設定的Path變數，將其值修改為“%JAVA_HOME%/bin;%PATH%”。這種效果與第5步是完全一樣的，只不過多了一個JAVA_HOME的變數。這樣，以後當我們需要指向JDK的路徑時，只需要加入“%JAVA_HOME%”就行了。至此，Path路徑全部設定完畢。一路確定退出，開啟新的命令列視窗，輸入

javac

如果長長的洋文出現，Path已經設定正確，一切正常。如果不是，請仔細檢查本步驟是否完全設定正確。

7. 開始編程。在C盤的根目錄中建立一個子目錄，名為“JavaTest”，以作為存放Java原始碼的地方。開啟XP中的記事本，先將其儲存到JavaTest檔案夾中，在“檔案名稱”文字框中輸入"Hello.java"。注意，在檔案名稱的前後各加上一個雙引號，否則，記事本就會將其存為"Hello.java.txt"的文字檔。然後輸入以下代碼：

public class Hello {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello, world");
}
}

再次儲存檔案。

8. 在命令列視窗中輸入

cd C:/JavaTest

將當前路徑轉入JavaTest中。然後，輸入

javac Hello.java

JDK就在JavaTest檔案夾中編譯產生一個Hello.class的類檔案。如果出現“1 error”或“XX errors”的字樣，說明是原始碼的輸入有誤，請根據出錯提示，仔細地按第7步的代碼找出並修正錯誤。請讀者注意甄別代碼輸入有誤的問題與classpath設定有誤的問題。因為本文是關於如何正確設定classpath及package的，因此，這裡假設讀者輸入的代碼準確無誤。到目前為此，由於我們是在原始碼的當前路徑下編譯，因此，不會出現classpath設定有誤的問題。

9. 在命令列視窗中輸入

java Hello

螢幕出現了

Hello world

成功了，我們已經順利地編譯及運行了第一個Java程式。
但是，第8步及第9步是不完美的，因為我們是在JavaTest這個存放源碼的檔案夾中進行編譯及啟動並執行，因此，一些非常重要的問題並沒有暴露出來。實際上，第8步的“javac Hello.java”及第9步的“java Hello”涉及到兩個問題，一是作業系統如何尋找“javac”及“java”等命令，二是作業系統如何尋找“Hello.java”及“Hello.class”這些使用者自己建立的檔案。對於“javac”及“java”等命令，由於它們均是可執行檔，作業系統就會依據我們在第6步中設定好的Path路徑中去尋找。而對於“Hello.java”及“Hello.class”這些檔案，Path的設定不起作用。由於我們是在當前工作路徑中工作，java及javac會在當前工作路徑中尋找相應的java檔案(class檔案的尋找比較特殊，詳見第11步)，
因此一切正常。下面我們開始人為地將問題複雜化，在非當前工作路徑中編譯及運行，看看結果如何。

10. 在命令列視窗中輸入

cd C:
轉入到C盤根目錄上，當前路徑離開了存放源碼的工作區。輸入

javac Hello.java

螢幕出現：

error: cannot read: Hello.java
1 error

找不到Hello.java了。我們要給它指定一個路徑，告訴它到C:/JavaTest去找Hello.java檔案。輸入

javac C:/JavaTest/Hello.java

OK，這回不報錯了，編譯成功。

11. 輸入

java C:/JavaTest/Hello

這回螢幕出現：

Exception in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: C:/JavaTest/Hello

意思為在“C:/JavaTest/Hello”找不到類的定義。明明C:/JavaTest/Hello是一個.class檔案，為什麼就找不到呢？原來，Java對待.java檔案與.class檔案是有區別的。對.java檔案可以直接指定路徑給它，而java命令所需的.class檔案不能出現副檔名，也不能指定額外的路徑給它。

那麼，如何指定路徑呢？對於Java所需的.class檔案，必須通過classpath來指定。

12. 依照第5步，彈出“環境變數”視窗，在使用者變數中建立一個變數，變數名為“classpath”，變數值為"C:/JavaTest"。一路按“確定”退出。關閉原命令列視窗，開啟新的命令列視窗，輸入

java Hello

“Hello world”出來了。由此可見，在“環境變數”視窗中設定classpath的目的就是告訴JDK，到哪裡去尋找.class檔案。這種方法一旦設定好，以後每次運行java或javac時，在需要調用.class檔案時，JDK都會自動地來到這裡尋找。因此，這是一個全域性的設定。

13. 除了這種在環境變數”視窗中設定classpath的方法之外，還有另一種方法，即在java命令後面加上一個選項classpath，緊跟著不帶副檔名的class檔案名稱。例如，

java -classpath C:/JavaTest Hello

JDK遇到這種情況時，先根據命令列中的classpath選項中指定的路徑去尋找.class檔案，找不到時再到全域的classpath環境變數中去尋找。這種情況下，即使是沒有設定全域的classpath環境變數，由於已經在命令列中正確地指定類路徑，也可以運行。

為了在下面的例子中更好地示範classpath的問題，我們先將全域的classpath環境變數刪除，而在必要時代之以命令列選項-classpath。彈出“環境變數”視窗，選中“classpath”的變數名，按“刪除”鍵。

此外，java命令中還可以用cp，即classpath的縮寫來代替classpath，如java -cp C:/JavaTest Hello。特別注意的是，JDK 1.5.0之前，javac命令不能用cp來代替classpath，而只能用classpath。而在JDK 1.5.0中，java及javac都可以使用cp及classpath。因此，為保持一致，建議一概使用classpath作為選項名稱。

14. 我們再次人為地複雜化問題。關閉正在編輯Hello.java的記事本，然後將JavaTest檔案夾名稱改為帶空格的“Java Test”。在命令列中輸入

javac C:/Java Test/Hello.java

長長的洋文又出來了，但這回卻是報錯了：

javac: invalid flag: C:/Java

JDK將帶有空格的C:/Java Test分隔為兩部分"C:/Java"及"Test/Hello.java"，並將C:/Java視作為一個無效的選項了。這種情況下，我們需要將整個路徑都加上雙引號，即

javac "C:/Java Test/Hello.java"

這回JDK知道，引號裡面的是一個完整的路徑，因此就不會報錯了。同樣，對java命令也需要如此，即

java -classpath "C:/Java Test" Hello

對於長檔名及中文的檔案夾，XP下面可以不加雙引號。但一般來說，加雙引號不容易出錯，也容易理解，因此，建議在classpath選項中使用雙引號。

15. 我們再來看.java檔案使用了其他類的情況。在C:/Java Test中建立一個Person.java檔案，內容如下：

public class Person {
private String name;

public Person(String name) {
this.name = name;
}

public String getName() {
return name;
}
}

然後，修改Hello.java，內容如下：

public class Hello {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person("Mike");
System.out.println(person.getName());
}
}

在命令列輸入

javac "C:/Java Test/Hello.java"

錯誤來了：

C:/Java Test/Hello.java:3: cannot find symbol
symbol: class Person

JDK提示找不到Person類。為什麼javac "C:/Java Test/Hello.java"在第14步中可行，而在這裡卻不行了呢？第14步中的Hello.java檔案並沒有用來其他類，因此，JDK不需要去尋找其他類，而到了這裡，我們修改了Hello.java，讓其使用了一個Person類。根據第11步，我們需要告訴JDK，到哪裡去找所用到的類，即使這個被使用的類就與Hello.java一起，同在C:/Java Test下面！輸入

javac -classpath "C:/Java Test" "C:/Java Test/Hello.java"

編譯通過，JDK在C:/Java Test檔案夾下同時產生了Hello.class及Person.class兩個檔案。實際上，由於Hello.java使用了Person.java類，JDK先編譯產生了Person.class，然後再編譯產生Hello.class。因此，不管Hello.java這個主類使用了多少個其他類，只要編譯這個類，JDK就會自動編譯其他類，很方便。輸入

java -classpath "C:/Java Test" Hello

螢幕出現了

Mike

成功。

16. 第15步說明了在Hello.java中如何使用一個我們自己建立的Person.java，而且這個類與Hello.java是同在一個檔案夾下。在這一步中，我們將考查Person.java如果放在不同檔案夾下面的情況。

先將C:/Java Test檔案夾下的Person.class檔案刪除，然後在C:/Java Test檔案夾下建立一個名為DF的檔案夾，並將C:/Java Test檔案夾下的Person.java移動到其下面。在命令列輸入

javac -classpath "C:/Java Test/DF" "C:/Java Test/Hello.java"

編譯通過。這時javac命令沒有什麼不同，只需將classpath改成C:/Java Test/DF就行了。

在命令列輸入

java -classpath "C:/Java Test" Hello

這時由於Java需要找在不同檔案夾下的兩個.class檔案，而命令列中只告訴JDK一個路徑，即C:/Java Test，在此檔案夾下，只能找到Hello.class，找不到Person.class檔案，因此，錯誤是可以預料得到的：

Exception in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: Person
at Hello.main(Hello.java:3)

果真找不到Person.class。在設定兩個以上的classpath時，先將每個路徑以雙引號引起來，再將這些路徑以“;”號隔開，並且每個路徑與“;”之間不能帶有空格。因此，我們在命令列重新輸入：

java -classpath "C:/Java Test";"C:/Java Test/DF" Hello

編譯成功。但也暴露出一個問題，如果我們需要用到許多分處於不同檔案夾下的類，那這個classpath的設定豈不是很長！有沒有辦法，對於一個檔案夾下的所有.class檔案，只指定這個檔案夾的classpath，然後讓JDK自動搜尋此檔案夾下面所有相應的路徑？有，只要使用package。

17. package簡介。Java中引入package的概念，主要是為瞭解決命名衝突的問題。比如說，在我們的例子中，我們設計了一個很簡單的Person類，如果某人開發了一個類庫，其中恰巧也有一個Person類，當我們使用這個類庫時，兩個Person類出現了命名衝突，JDK不知道我們到底要使用哪個Person類。更有甚者，當我們也開發了一個很龐大的類庫，無可避免地，我們的類庫中與其他人開發的類庫中命名衝突的情況就會越來越多。總不能為了避免自己的類名與其他人開發的類名相同，而讓每個編程人員都絞盡腦汁地將一個本應叫Writer的類強行改名為SarkuyaWriter，MikeWriter, SmithWriter吧？

現實生活中也是如此。假如你名叫張三，又假如與你同一單位的人中有好幾個都叫張三，那你的問題就來了。某天單位領導在會上宣布，張三被任命為辦公室主任，你簡直不知道是該哭還是該笑。但如果你的單位中只有你叫張三，你才不會在乎全國叫張三的人有多少個，因為其他張三都分布在全國各地、其他城市，你看不見他們，摸不著他們，自然不會擔心。

Sun從這個“張三問題”受到了很大的啟發，為解決命名衝突問題，就採取了“眼不見心不煩”的策略：將每個類都歸屬到一個特定的地區中，在同一個地區中的所有類，都不允許同名；而不同地區的類，由於相互看不到，則允許有同名的類存在。這樣，就解決了命名衝突的問題，正如北京的張三與上海的張三畢竟不是同一人。這個地區在Java中就叫package。由於package在Java中非常重要，如果你沒有定義自己的package，JDK將會你的類都歸到一個預設的無名package中。

自訂package的名稱可以由各個程式員自由建立。作為避免命名衝突的手段，package的名稱最好足以與其他程式員的區別開來。在互連網上，每個網域名稱都是唯一的，因此，Sun推薦將你自己的網域名稱倒寫後作為package的名稱。如果你沒有自己的網域名稱，很可能只是因為囊中羞澀而不去申請罷了，並不見得你假想的網域名稱與其他網域名稱發生衝突。例如，筆者假想的網域名稱是sarkuya.com，目前就是唯一的，因此我的package就可以定名為com.sarkuya。謝謝Java給了我們一個免費使用我們自己網域名稱的機會，唯一的前提是倒著寫。當然，每個package下面還可以帶有不同的子package，如com.sarkuya.util，com.sarkuya.swing，等等。

定義package的方式是在相應的.java檔案的第一行加上“package packagename;”的字樣，而且每個.java檔案只能有一個package。實際上，Java中的package的實現是與電腦檔案系統相結合的，即你有什麼樣的package，在硬碟上就有什麼樣的存放路徑。例如，某個類的package名為com.sarkuya.util，那麼，這個類就應該必須存放在com/sarkuya/util的路徑下面。至於這個com/sarkuya/util又是哪個檔案夾的子路徑，第18步會談到。

package除了有避免命名衝突的問題外，還引申出一個保護當前package下所有類檔案的功能，主要通過為類定義幾種可視度不同的修飾符來實現：public, protected, private, 另外加上一個並不真實存在的friendly類型。

對於冠以public的類、類屬變數及方法，包內及包外的任何類均可以訪問；
protected的類、類屬變數及方法，包內的任何類，及包外的那些繼承了此類的子類才能訪問；
private的類、類屬變數及方法，包內包外的任何類均不能訪問；
如果一個類、類屬變數及方法不以這三種修飾符來修飾，它就是friendly類型的，那麼包內的任何類都可以訪問它，而包外的任何類都不能訪問它(包括包外繼承了此類的子類)，因此，這種類、類屬變數及方法對包內的其他類是友好的，開放的，而對包外的其他類是關閉的。

前面說過，package主要是為瞭解決命名衝突的問題，因此，處在不同的包裡面的類根本不用擔心與其他包的類名發生衝突，因為JDK在預設情況下只使用本包下面的類，對於其他包，JDK一概視而不見：“眼不見心不煩”。如果要引用其他包的類，就必須通過import來引入其他包中相應的類。只有在這時，JDK才會進行進一步的審查，即根據其他包中的這些類、類屬變數及方法的可視度來審查是否符合使用要求。如果此審查通不過，編譯就此卡住，直至你放棄使用這些類、類屬變數及方法，或者將被引入的類、類屬變數及方法的修飾符改為符合要求為止。如果此審查通過，JDK最後進行命名是否衝突的審查。如果發現命名衝突，你可以通過在代碼中引用全名的方式來顯式地引用相應的類，如使用

java.util.Date = new java.util.Date()

或是

java.sql.Date = new java.sql.Date()。

package的第三大作用是簡化classpath的設定。還記得第16步中的障礙嗎？這裡重新引用其java命令：

java -classpath "C:/Java Test";"C:/Java Test/DF" Hello

我們必須將所有的.class檔案的路徑一一告訴JDK，而不管DF其實就是C:/Java Test的子目錄。如果要用到100個不同路徑的.class檔案，我們就得將classpath設定為一個特別長的字串，很累。package的引入，很好地解決了這個問題。package的與classpath相結合，通過import指令為中介，將原來必須由classpath完成的類路徑搜尋功能，很巧妙地轉移到import的身上，從而使classpath的設定簡潔明了。我們先看下面的例子。

18. 先在Hello.java中匯入DF.Person。代碼修改如下：

import DF.Person;

public class Hello {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person("Mike");
System.out.println(person.getName());
}
}

再將DF子檔案夾中的Person.java設定一個DF包。代碼修改如下：

package DF;

public class Person {
private String name;
public Person(String name) {
this.name = name;
}

public String getName() {
return name;
}
}

好了，神奇的命令列出現了：

javac -classpath "C:/Java Test" "C:/Java Test/Hello.java"
java -classpath "C:/Java Test" Hello

儘管這次我們只設定了C:/Java Test的classpath，但編譯及運行居然都通過了！事實上，Java在搜尋.class檔案時，共有三種方法：
一是全域性的設定，詳見第12步，其優點是一次設定，每次使用；
二是在每次的javac及java命令列中自行設定classpath，這也是本文使用最多的一種方式，其優點是不加重系統內容變數的負擔；
三是根據import指令，將其內容在後台轉換為classpath。JDK將讀取全域的環境變數classpath及命令列中的classpath選項資訊，然後將每條classpath與經過轉換為路徑形式的import的內容相合并，從而形成最終的classpath. 在我們的例子中，JDK讀取全域的環境變數classpath及命令列中的classpath選項資訊，得到C:/Java Test。接著，將import DF.Person中的內容，即DF.Person轉換為DF/Person, 然後將C:/Java Test與其合并，成為C:/Java Test/DF/Person，這就是我們所需要的Person.class的路徑。在Hello.java中有多少條import語句，就自動進行多少次這樣的轉換。而我們在命令列中只需告訴JDK最頂層的classpath就行了，剩下的則由各個類中的import指令代為操勞了。這種移花接木的作法為我們在命令列中手工地設定classpath提供了極大的便利。

應注意的一點是，import指令是與package配套使用的，只有在某類通過“package pacakgename;”設定了包名後，才能給其他類通過import指令匯入。如果import試圖匯入一個尚未設定包的類，JVM就會報錯。

19. 我們接下來看，當使用JDK類庫時，classpath如何設定。

20. 修改Hello.java，內容如下：

import DF.Person;
import java.util.Date;

public class Hello {
public static void main(String[] args) {
Date date = new Date();
System.out.println(date);

Person person = new Person("Mike");
System.out.println(person.getName());
}
}

21. JDK類庫存放於C:/Program Files/Java/jdk1.5.0/jre/lib/rt.jar檔案中。關於jar檔案的介紹，已經超出了本文的範圍，感興趣的讀者可以閱讀Horstmann寫的Core Java一書。

jar檔案可以用WinRar開啟。用WinRar開啟後，可以看到裡面有一些檔案夾，雙擊其中的java檔案夾，再雙擊util的檔案夾，可以在看到Date.class檔案就在其中。如果你看過Data.java或其他JDK類庫的源碼(在C:/Program Files/Java/jdk1.5.0/src.zip檔案中)，你就會發現，像java、util這些檔案夾均是package。這也是Hello.java第2行中使用了import指令的原因。

我們可以通過WinRar的尋找功能來定位某個類所在的包。在“尋找檔案”的視窗中的“要尋找的檔案名稱”文字框中輸入Date.class，就會尋找出在rt.jar檔案中存在兩個Date.class檔案，一個是java/sql/Date.class，另一個是java/util/Date.class。其中，sql下面的Date.class檔案與資料庫有關，並非我們這裡所需，java/util/Date.class才是我們所要的。

rt.jar檔案就像本文中的C:/Java Test中一樣，是JDK類庫的唯一入口。我們可以在命令列的classpath選項指定.jar檔案。需要注意，.jar檔案的classpath設定有些特珠。在以前的例子中，我們設定classpath時都是設定了路徑就行了，而對於.jar檔案，我們必須將.jar檔案名稱直接加到classpath中。

22. 在命令列輸入

javac -classpath "C:/Program Files/Java/jdk1.5.0/jre/lib/rt.jar";"C:/Java Test" "C:/Java Test/Hello.java"
java -classpath "C:/Program Files/Java/jdk1.5.0/jre/lib/rt.jar";"C:/Java Test" Hello

這樣當然沒有問題，因為我們指定了rt.jar檔案及C:/Java Test兩個classpath。但且慢，在命令列輸入：

javac -classpath "C:/Java Test" "C:/Java Test/Hello.java"
java -classpath "C:/Java Test" Hello

不可思議的是，編譯及運行成功了！令人驚訝的是在我們將classspath只設定為C:/Java Test的情況下，JDK如何得出java.util.Date的classpath？

原因在於，就像java的Path路徑已經悄悄在後台設定好一樣，rt.jar的classpath路徑也悄悄地在後台設定了。因此，我們不必多此一舉手工設定其classpath了。

23. 最後一點需要談到的是，如果主類恰好也在一個package中(在大型的開發中，其實這才是一種最常見的現象)，那麼java命令列的類名前面就必須加上包名。

在C:/Java Test下面建立一個檔案夾，名為NF。將C:/Java Test下面的Hello.class刪除，將Hello.java移到NF檔案夾下。開啟NF檔案夾下的Hello.java，為其設定package屬性。

package NF;

import DF.Person;
import java.util.Date;

public class Hello {
public static void main(String[] args) {
Date date = new Date();
System.out.println(date);

Person person = new Person("Mike");
System.out.println(person.getName());
}
}

編譯與以前沒啥區別，只不過是修正一下改過之後的路徑。

javac -classpath "C:/Java Test" "C:/Java Test/NF/Hello.java"

而java命令列卻有了變化

java -classpath "C:/Java Test" NF.Hello

上面命令列語句中，NF.Hello告訴JDK，Hello.class在NF的package下面。

至此，本文有關classpath及package的問題的討論已經全部結束。由此可見，Java的入門的確非常不易。如果初學Java的程式員一見到Java的編譯竟是如此的複雜，多半就會抽身而退。因此，筆者認為，Sun在J2SE的Tutorial中故意將編譯的問題盡量簡單化，以吸引更多的Java初學者。一旦品嘗了Java的香醇可口的美味後，就不用擔心他們退出了，因為咖啡是非常容易讓人上癮的。