第 4 周：常用类 + 异常 + 集合

本周目标

本周从“能写”变成“写现代 Java”。完成后，应能够：

• 使用 String 和 StringBuilder 完成字符串处理
• 使用异常体系处理可预期和不可预期的错误，并定义业务异常
• 使用 ArrayList 保存和操作有序数据
• 使用 HashMap 完成按学号、按姓名等键值查找
• 使用泛型和增强 for 循环编写类型安全的集合代码
• 把数组版的管理系统升级为集合版

学习资料与范围

• 主课程：Java 零基础视频教程（上部）
• 视频范围：P131-P170（String、StringBuilder、异常、ArrayList、HashMap）

分 P 范围为参考区间，实际以课程章节标题为准。

需要掌握的知识点

字符串

• 字符串常量与 new String() 创建对象的区别
• == 比较地址与 equals() 比较内容的区别
• length()、charAt()、substring()、indexOf()、contains()、replace()、split()、trim()、toUpperCase() 等常用方法
• 字符串遍历和字符统计
• 字符串不可变的特点，以及大量拼接时的性能问题
• 格式化输出与字符串转换

StringBuilder 与包装类

• StringBuilder 的创建、追加、插入、删除和反转
• 循环拼接场景下 StringBuilder 与 + 的差异
• StringBuilder 与 StringBuffer 的区别（了解即可）
• 八种基本类型对应的包装类
• 自动装箱和自动拆箱，以及空指针风险
• Integer.parseInt()、Integer.valueOf() 等常用转换方法

异常

• Throwable、Error、Exception、RuntimeException 的层次关系
• 编译时异常和运行时异常的区别
• try...catch、多个 catch、finally 的执行顺序
• throws 声明异常和 throw 抛出异常的区别
• 异常信息、调用栈和报错定位
• 自定义业务异常，例如 StudentNotFoundException、DuplicateStudentIdException
• 异常处理原则：不吞异常、不滥用捕获、给用户可读的提示
• try...finally 释放资源的写法，为第 5 周的 try-with-resources 做准备

集合

• 集合与数组的区别及选择依据
• Collection、List、Set、Map 的层次结构
• ArrayList 的增删改查、按索引访问、遍历和排序
• 集合的遍历方式：普通 for、增强 for、迭代器
• 在遍历过程中删除元素时的并发修改异常
• 泛型的作用、泛型集合的声明和类型安全
• Set 的去重特点和基础使用
• HashMap 的键值结构、常用方法、遍历方式
• 使用 HashMap 实现按学号查学生、统计数量和分组
• 集合元素的排序，Comparable 与 Comparator 的基础使用

必做练习

1. 字符串基础：录入一个字符串，统计字符个数、数字个数、大小写字母个数。
2. 字符串处理：实现手机号中间四位脱敏、字符串反转判断回文。
3. 字符串比较：分别使用 == 和 equals() 比较两个字符串，输出结果并解释差异。
4. 字符串拆分：把 "张三,100,90,80" 解析为学生姓名和三门课成绩。
5. 拼接性能：分别使用 + 和 StringBuilder 拼接 10000 次字符串，记录耗时差异。
6. 包装类转换：把字符串 "100" 转为整数并计算；把非法字符串 "abc" 转为整数，捕获并处理 NumberFormatException。
7. 异常捕获：分别制造数组越界、空指针和数字格式异常，输出异常类名和异常信息。
8. 自定义异常：定义 StudentNotFoundException，在查询不到学生时抛出并在 main 中捕获输出友好提示。
9. 集合基础：使用 ArrayList 保存学生姓名，实现添加、删除、修改、查询和遍历。
10. 集合去重：把包含重复学号的列表使用 Set 去重，输出去重前后的数量。
11. 键值查找：使用 HashMap<String, Student> 按学号保存学生，实现按学号查找和删除。
12. 集合排序：使用 Comparator 按总分对学生列表降序排序，总分相同时按学号升序。

本周综合任务：内存版学生信息管理系统

把第 3 周的模型接入集合，完成一个可交互的内存版管理系统。

要求：

• 使用 ArrayList<Student> 作为学生数据容器，替换此前的对象数组
• 使用 HashMap<String, Student> 建立学号到学生对象的索引，提高查找效率
• 使用控制台菜单实现：新增学生、按学号删除、修改信息、按学号查询、按姓名模糊查询、查看全部、成绩统计
• 新增重复学号时抛出 DuplicateStudentIdException，查询不到时抛出 StudentNotFoundException
• 对输入的数字格式、空输入和越界选择进行处理，程序不因异常直接退出
• 使用增强 for 或迭代器完成遍历，说明遍历中删除元素的正确做法
• 使用泛型声明集合，不出现强制类型转换的集合代码
• 菜单、输入输出与业务逻辑分方法组织，main 方法保持简短

本周产出

• 字符串与 StringBuilder 练习代码
• 异常捕获和自定义异常练习代码
• 集合操作练习代码
• 内存版学生信息管理系统
• 一份字符串、异常和集合的常用方法速查笔记

完成检查

• 能够使用 String 常用方法完成查找、截取、替换和拆分
• 能够说明 == 与 equals() 在字符串比较中的区别
• 能够使用 StringBuilder 处理大量字符串拼接
• 能够使用 try...catch、throws 和自定义异常处理错误
• 能够使用 ArrayList 完成增删改查和遍历
• 能够使用 HashMap 完成按学号查找和数量统计
• 能够使用泛型和方法避免集合中的强制类型转换
• 能够使用 Comparator 对集合排序
• 已完成内存版学生信息管理系统，异常不会导致程序直接崩溃