扳手亿维科创中心

外观

第 1 章 程序入门：和机器人说的第一句话 ​

阅读目标

  1. 了解为什么 Java 是 FTC 控制系统的首选语言。
  2. 能够独立编写、编译并运行一个最简单的 Java 程序。
  3. 理解 Java 程序的编译和执行流程。
  4. 掌握最常用的算术运算符。

欢迎来到 FTC Java 编程的世界！

你可能想问，我们为什么要学习 Java 呢？

想象一下，你想让机器人前进、后退、举起手臂，你该怎么告诉它呢？你不能直接对它说中文，因为它听不懂。机器人和它内部的计算机，只懂一种由“0”和“1”组成的语言。

而 Java，就是一种我们和计算机（以及机器人）之间沟通的“桥梁语言”。它既像我们平时说话的逻辑，容易理解，又可以被“翻译”成计算机能懂的指令。学习 Java，就是学习如何精确、无歧义地给机器人下达指令，让它成为你可靠的伙伴！

IMPORTANT

在 FTC 竞赛中，Java 是官方指定的编程语言，从机器人主控到我们编写的控制程序，整个体系都构建在 Java 之上。所以，掌握 Java 是我们迈向成功的第一步！

1.1 你的第一个 Java 程序：Hello, FTC! ​

在学习任何编程语言时，传统上我们做的第一件事，都是让电脑在屏幕上显示 “Hello, World!”。这就像是和这个新世界打的第一个招呼。今天，我们来跟 FTC 世界打个招呼！

1.1.1 编写你的第一个指令 ​

下面就是一个最简单的 Java 程序。它的唯一任务，就是在控制台（一个用来显示程序输出信息的窗口）打印出 "Hello, FTC!"。

java
/**
 * 这是一个 HelloWorld 程序，是每个程序员的起点。
 * public class HelloWorld 定义了一个“类”，你可以把它想象成是这个程序蓝图的名字。
 * 在 Java 中，所有的代码都必须放在一个类(class)里面。
 * 重要：这个类名 HelloWorld 必须和你的文件名 HelloWorld.java 完全一样！
 */
public class HelloWorld {

    /**
     * 这是程序的主方法(main method)，也是程序的唯一入口。
     * 就像一个建筑的正门，程序会从这里开始执行里面的代码。
     * public static void main(String[] args) 是固定写法，目前你只需要记住它。
     */
    public static void main(String[] args) {
        // 这行代码是真正执行动作的指令。
        // System.out.println(...) 的作用就是在控制台打印出括号里用双引号括起来的文字，
        // 然后移动到下一行，为下一次打印做准备。
        System.out.println("Hello, FTC!");
    }
}

1.1.2 程序是如何运行的？ ​

你可能会好奇，我们写的 HelloWorld.java 文件，计算机是如何把它变成屏幕上的一行字的？这个过程分为两步：编译和运行。

  1. 编译 (Compile)

    • 我们写的 .java 文件（称为源文件）充满了人类可读的文字和符号。但是，计算机的中央处理器（CPU）并不直接认识这些。
    • 我们需要一个叫做“编译器”(Compiler)的工具，它会把我们的 HelloWorld.java 文件翻译成一种叫做“字节码”(Bytecode)的东西，并存为一个新的文件 HelloWorld.class。
    • 字节码不是给 CPU 看的，而是专门给 Java 虚拟机（JVM）看的。你可以把它想象成一种只有 JVM 能看懂的“中间语言”。

  2. 运行 (Run)

    • Java 最强大的地方在于它的“一次编译，到处运行”特性。这就要归功于 Java 虚拟机 (JVM)。
    • JVM 是一个虚拟的电脑，它安装在我们的操作系统（比如 Windows、Android）之上。当我们运行程序时，实际上是启动了 JVM。
    • JVM 会加载 .class 字节码文件，然后把它解释成当前操作系统（比如机器人主控里的 Android 系统）的 CPU 能够理解的机器指令。
    • 最后，JVM 会找到我们程序里约定的入口——main 方法，从这里开始执行里面的代码，于是 System.out.println("Hello, FTC!"); 就被执行了，你在控制台上就看到了结果。

总结一下

整个流程是：程序员编写 .java 文件 -> 编译器编译成 .class 字节码文件 -> JVM 解释 .class 文件 -> 操作系统执行指令。

常见错误

  1. 文件名和类名不匹配: 如果你的文件保存为 MyProgram.java，那么代码里必须是 public class MyProgram。两者大小写也必须完全一致！
  2. 大小写搞混: Java 是一个对大小写非常敏感的语言。System 不能写成 system，String 也不能写成 string。
  3. 遗漏分号;: 在 Java 中，每个独立的指令结束时，都必须有一个英文分号。这就像我们写完一句话要加句号一样。
  4. 使用中文符号: 代码中所有的括号 ()、花括号 {}、双引号 "" 和分号 ; 都必须是英文半角符号。输入法一定要切换到英文状态！

想一想

  • 问: println 和 print 有什么区别？
  • 答: println 是 "print line"（打印一行）的缩写，它会在打印完指定内容后自动换行。而 print 只会打印内容，光标会停留在内容的末尾，不会换行。你可以把上面代码中的 println 改成 print 试试看，观察一下有什么不同！

📝 小练习 1

题目: 请你创建一个新的 Java 程序，修改代码，让它在控制台打印出 “我的第一个FTC程序!”。

提示:

  1. 新建一个 Java 文件，例如 MyFirstFtcProgram.java。
  2. 记得把类名也改成 MyFirstFtcProgram。
  3. 修改 System.out.println() 括号里的文字。

参考答案:

java
/**
 * 练习题：创建一个程序来打印自定义的中文消息。
 */
public class MyFirstFtcProgram {
    public static void main(String[] args) {
        // 将 "Hello, FTC!" 替换成我们想要打印的任何内容。
        System.out.println("我的第一个FTC程序!");
    }
}

1.2 让机器人学会计算 ​

程序除了能显示文字，更强大的地方在于它能进行计算。我们可以利用 Java 的算术运算符，让机器人为我们处理各种数学问题。

1.2.1 认识基本的算术运算符 ​

类别符号示例说明
加+a + b数值相加或拼接字符串
减-a - b数值相减
乘*a * b数值相乘
除/a / b整数相除，结果只保留整数部分
取模%a % b计算除法的余数

代码示例:

java
/**
 * 这个程序演示了 Java 中基本的算术运算。
 */
public class SimpleCalculator {
    public static void main(String[] args) {
        // 为了方便演示，我们先创建两个整数变量（可以想象成带标签的盒子）
        // int a = 10; 的意思是：创建一个叫 a 的整数盒子，并把 10 放进去。
        int a = 10;
        int b = 3;

        // 使用 "+" 运算符进行加法
        System.out.println("a + b = " + (a + b)); // 输出 a + b = 13

        // 使用 "-" 运算符进行减法
        System.out.println("a - b = " + (a - b)); // 输出 a - b = 7

        // 使用 "*" 运算符进行乘法
        System.out.println("a * b = " + (a * b)); // 输出 a * b = 30

        // 使用 "/" 运算符进行除法
        // 注意！两个整数相除，结果也是整数，小数部分会被直接丢掉！
        System.out.println("a / b = " + (a / b)); // 输出 a / b = 3, 而不是 3.333...

        // 使用 "%" 运算符取模（取余数）
        // 10 除以 3，商是 3，余数是 1
        System.out.println("a % b = " + (a % b)); // 输出 a % b = 1
    }
}

注意整数除法

  1. 整数除法的陷阱: 10 / 3 在数学上约等于 3.33，但在 Java 的整数运算中，结果是 3。小数部分会被无情地舍弃，而不是四舍五入！
  2. 除数不能为零: a / 0 或者 a % 0 是一个严重的数学错误，会导致你的程序立刻崩溃并报错 (ArithmeticException)！在控制机器人时要绝对避免这种情况。
  3. 忘记运算优先级: Java 和数学一样，遵循“先乘除（*, /, %），后加减（+, -）”的规则。如果不确定，就用括号 () 把你希望先计算的部分括起来，例如 (a + b) * c。

`取模 %` 有什么用?

  • 问: 取模 % 运算到底有什么用？看起来好像不常用。
  • 答: a % b 非常有用！最常见的用途是判断奇偶性：一个数 % 2 如果结果是 0，说明它是偶数；如果是 1，说明它是奇数。在FTC中，我们还可以用它来让机器人的动作呈现周期性变化，比如一个舵机在 3 个位置之间循环摆动。

📝 小练习 2

题目: 编写一个程序，让用户可以从键盘输入两个整数，然后程序计算并打印出这两个数字的加、减、乘、除、取模的结果。

如何从键盘读取用户输入?

我们需要一个叫 Scanner 的工具。使用它分为三步：

  1. 在文件的最顶端，public class ... 的上一行，写 import java.util.Scanner; 来导入这个工具。
  2. 在 main 方法里，写 Scanner sc = new Scanner(System.in); 来创建一个 Scanner 的实例。
  3. 当需要读取一个整数时，写 int a = sc.nextInt(); 即可。程序会在这里暂停，等待用户输入一个数字并按回车。 如果是需要读取一个浮点数和字符串呢？则需要使用 double a = sc.nextDouble(); 和 String a = sc.nextLine();。

示例交互:

请输入第一个整数 a:
10
请输入第二个整数 b:
3
10 + 3 = 13
10 - 3 = 7
10 * 3 = 30
10 / 3 = 3
10 % 3 = 1

参考答案:

java
// 1. 导入 Scanner 工具
import java.util.Scanner;

/**
 * 练习题：一个可以接收用户输入的交互式计算器。
 */
public class InteractiveCalculator {
    public main(String[] args) {
        // 2. 创建一个 Scanner 实例，让它可以读取键盘输入
        Scanner sc = new Scanner(System.in);

        System.out.println("请输入第一个整数 a:");
        // 3. 读取用户输入的第一个整数，并存到变量 a 中
        int a = sc.nextInt();

        System.out.println("请输入第二个整数 b:");
        // 4. 读取用户输入的第二个整数，并存到变量 b 中
        int b = sc.nextInt();

        // 打印所有运算结果
        System.out.println(a + " + " + b + " = " + (a + b));
        System.out.println(a + " - " + b + " = " + (a - b));
        System.out.println(a + " * " + b + " = " + (a * b));
        System.out.println(a + " / " + b + " = " + (a / b));
        System.out.println(a + " % " + b + " = " + (a % b));
    }
}

本章小结

  • Java 是我们和 FTC 机器人沟通的官方语言，是编程学习的基础。
  • 所有 Java 程序都有一个 main 方法作为入口；我们使用 System.out.println() 来输出信息。
  • Java 程序经历“编译”和“运行”两个阶段，JVM 是实现跨平台运行的关键。
  • 我们学会了使用 + - * / % 这五个基本的算术运算符，这是所有复杂算法的基石。
  • 通过 Scanner，我们的程序可以和用户进行交互，变得更加灵活。

编程启蒙 · 竞赛培训 · 机器人教育

扳手亿维科创中心 | 管理员 [email protected]