读完这篇，你能做什么
能编写接受输入并有明确停止条件的命令行程序，覆盖非法输入与边界。
学习理由、准备要求与知识点
为什么学它
输入校验、分支和循环组成几乎所有程序的基本执行结构。
先读这些内容
知识点清单
- 标准输入与输出
- Scanner token 与整行
- 输入类型和范围验证
- if
/else分支 - for 执行顺序
- while 与 do-while
- break
/continue/return - 零次与末次循环边界
运行前先确认Java 17；源码在本机 Microsoft OpenJDK 17.0.20.1 src.zip 核验，在线链接为上游 jdk-17.0.20-ga。深入模块可在掌握基础后回读。
01先弄懂它是什么
用户在控制台输入 80，程序首先读到的是字符，需要转换后才能把它当成整数计算。新手可以先读取整行，再判断它是数字、命令还是结束信号。Scanner 的 nextInt 按标记读，nextLine 按行读，混用时剩下的换行可能让下一次得到空行；统一按行读取后再解析，更容易看清处理顺序。
if 和 else 根据条件选择一条路径，多个独立 if 则可能分别执行。需要重复处理时再用循环：for 常用于已知次数，while 常用于达到某个状态才停止，do-while 至少执行一次。写循环前先说清从哪里开始、什么时候继续、每一步怎样靠近结束，再填写语法，能减少一直循环或少处理一项的问题。
一个可操作练习是读取多行分数，输入 q 结束；每一行先去除首尾空白，再检查是否为结束命令，再尝试解析，最后校验分数范围。格式错误与范围错误应给出不同反馈。总分与人数只在输入完全通过后更新，避免把无效记录算进平均分。读到输入流末尾也应退出，不应假设用户永远会输入 q。
文中这几个词，先认一认
- 分支
- 根据条件选择执行哪段代码，例如及格走一条路径、不及格走另一条。
- 循环不变量
- 每轮循环的某个固定位置都应成立的规则，用来检查结果是否一直正确。
- 哨兵值
- 事先约定的特殊输入，例如输入 q 表示结束，而不是把它当普通数据处理。
- 输入边界
- 程序接收外部输入时做转换和校验的位置，通过后再交给后面的业务代码使用。
02看看它怎么工作
一次循环应尽量遵守先读、再判、最后更新的顺序。结束信号不参与业务统计；解析失败不推进计数；合法值才更新累计状态。这三个分支若混在一起，很容易出现一个输入被处理两次、错误值影响结果或结束命令触发解析异常。图把这些节点分开，帮助检查每条路径是否最终返回读取或明确退出。
循环终止需要可说明的进展条件。遍历数组时下标逐次增加且上界固定；交互输入时每轮消耗一行，结束依赖命令或输入结束。break 结束最近一层循环，continue 跳过本轮剩余部分；如果更新下标写在 continue 之后，就可能永远停在同一项。嵌套循环还需明确每一层的控制变量，避免内层意外修改外层边界。
检查数字输入时，要先说清接受什么：能不能带符号、能不能留空、允许哪些数字字符、数值范围是多少。不能只让输入通过一个宽松的正则，就认为它一定合法。Integer.parseInt 会拒绝格式不符或超出 int 范围的输入；它接受的字符比下面仅接受 ASCII 的教学模型更广。读取输入时可以先处理首尾空白，解析时明确是否允许正号，最后再检查业务范围，例如零到一百分。
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flowchart TD
A["读取一行"] --> B{"输入结束或为 q"}
B -->|"是"| C["结束并显示统计"]
B -->|"否"| D["解析十进制整数"]
D --> E{"格式和范围合法"}
E -->|"否"| F["显示错误原因"]
F --> A
E -->|"是"| G["更新计数与累计值"]
G --> A按顺序看，每一步做了什么
- 确定输入单位是整行还是标记。
- 定义结束命令和输入结束行为。
- 区分格式校验与业务范围。
- 只在合法分支更新状态。
- 核对每条继续路径都能消耗输入或推进下标。
03对照实现代码
Microsoft OpenJDK 17.0.20.1；java.base/java/lang/Integer.java · java.lang.Integer#parseInt(String,int)
以下为原创 Java 17 教学实现，不是原样 JDK 源码；只保留文中明确讨论的机制，省略优化、兼容及内部接口。
public final class SourceModel {
public static int parseAscii(String text) {
if (text == null || text.isEmpty())
throw new NumberFormatException("empty");
int i = 0, sign = 1;
if (text.charAt(0) == '-' || text.charAt(0) == '+') {
sign = text.charAt(0) == '-' ? -1 : 1;
i++;
}
if (i == text.length()) throw new NumberFormatException("sign only");
long value = 0;
long limit = sign < 0 ? 2147483648L : 2147483647L;
for (; i < text.length(); i++) {
char c = text.charAt(i);
if (c < '0' || c > '9') throw new NumberFormatException("digit");
// 先确认下一次乘十加位不会超过约定上界。
int digit = c - '0';
if (value > (limit - digit) / 10)
throw new NumberFormatException("overflow");
value = value * 10 + digit;
}
return (int) (sign * value);
}
}真实 parseInt(String,int) 先校验输入与进制，再处理可选符号和数字。源码采用负数累积，以应对 int 最小值的绝对值不能放入正 int 的不对称范围。模型选择 long 保存非负幅度，目的相同但实现路线不同；同时只支持 ASCII 十进制，不能用它替代真实 API 的全部字符和进制语义。
每读一位，计算就是旧值乘以进制，再加新数字。范围必须提前检查，等有限位数的整数已经溢出再看结果，就丢失了原来的数学值。模型先用“上界减当前位，再除以十”判断旧值是否还能安全推进，所以即使输入很长，也不会先让中间 long 溢出再报错。
只有符号而没有数字不是合法整数。空串、null 和非法字符也都应走明确失败路径，不能默认返回零。零是业务上常见的合法输入，若错误也返回零，调用者就无法知道用户真的输入了零还是解析失败。交互层可以捕获格式异常后继续读取，但不应修改成功计数。
实际 parseInt 的异常信息、进制支持和字符转换比模型更多。阅读源码时要关注校验顺序和范围推导，并通过公开 API 文档确认契约；不要根据教学代码推断 Unicode 数字是否全部被支持。把格式解析从业务范围校验分开，也能让单元测试分别覆盖两类错误。
代码先调用谁，再调用谁
parseInt验证输入与 radix- 读取可选正负号
- 转换每个数字并检查累积边界
- 返回有符号结果或抛格式异常
04动手写一个例子
单次扫描统计有效分数并在哨兵处停止
输入 int 数组，-1 表示停止；零到一百为有效分数，其余值计入无效数。返回有效数量、总分和无效数量，哨兵后数据不再处理。
- 输入 1
[80,101,60,-1,100]- 输出 1
[2,140,1]
- 输入 2
[]- 输出 2
[0,0,0]
- 输入 3
[-1,80]- 输出 3
[0,0,0]
状态只有有效数量、总分与无效数量。遍历到一项时先判断是否为哨兵，再区分合法范围和无效范围。哨兵检查放在范围检查之前，避免把结束标记计为错误。数组只代表已经完成解析的输入，字符格式错误属于上一层，不混进本算法。
在每轮开始时，三个计数恰好描述已处理前缀，且前缀中不包含哨兵。遇到有效值只更新有效数和总分，遇到无效值只更新错误数；因此每个普通元素恰好贡献到一种类别。空数组与哨兵在开头都返回全零，不需要特判平均分。
总分使用 long，是因为数组元素数量增长时 int 总分可能不够；即使单个分数最大只有一百，也不能只根据单个值的范围选择累计类型。平均值可以在外层判断有效数非零后计算。本题返回原始统计，避免把没有数据和平均零分混为一谈。
为什么这样写是对的每轮开始时，统计结果准确覆盖当前下标之前、首个哨兵之前的全部元素。
每个已读元素仅做常数次判断与加法，固定三个 long 状态和长度为三的结果数组。
保存为 Main.java，运行 javac --release 17 -encoding UTF-8 Main.java，再运行 java Main。程序包含固定输入自测，断言失败时会抛出错误。
展开收起代码 · Main.java · 完整可运行程序
长行可在代码区域内左右滚动，按 Tab 可把焦点移入代码区。
import java.util.Arrays;
public class Main {
static long[] summarize(int[] scores) {
if (scores == null) throw new IllegalArgumentException("scores");
long valid = 0, sum = 0, invalid = 0;
for (int score : scores) {
// 哨兵必须在范围判断前处理，不计入任何统计。
if (score == -1) break;
if (score >= 0 && score <= 100) {
// 只有范围合法的分数进入有效统计。
valid++;
sum += score;
} else invalid++;
}
return new long[]{valid, sum, invalid};
}
static void check(long[] wanted, int... input) {
if (!Arrays.equals(wanted, summarize(input)))
throw new AssertionError(Arrays.toString(input));
}
public static void main(String[] args) {
// 正常、空、立即停止、边界分数与无效负值。
check(new long[]{2,140,1}, 80,101,60,-1,100);
check(new long[]{0,0,0});
check(new long[]{0,0,0}, -1,80);
check(new long[]{2,100,0}, 0,100);
check(new long[]{0,0,2}, -2,101);
boolean rejected = false;
try { summarize(null); } catch (IllegalArgumentException e) { rejected = true; }
if (!rejected) throw new AssertionError("null");
System.out.println("PASS 6");
}
}这些特殊情况也要试一试
- 结束标记不计入无效数量。
- 哨兵后所有数据忽略。
- 零与一百都是合法分数。
null参数拒绝，空数组合法。
进阶选读 · 可选深入：流式输入与背压
场景输入记录持续产生，不能一次全部装进数组。
做法保留同样累计状态，按记录逐步处理，并给队列设置容量和取消信号；如果统计窗口有时限，再加入窗口淘汰规则。
复杂度累计每条 O(1)；滚动窗口可能额外保存 O(w) 记录。
好处与代价流式处理节省整批内存，但需要明确中断、重试、重复记录和部分结果语义。
05项目里怎么用
命令行工具需要把正常输出与错误诊断分开，方便调用者重定向和自动解析。对用户输入的错误可说明哪一行、哪种格式不对，但不要把整个内部异常栈作为日常交互提示。对程序缺陷则保留足够诊断；两类失败的处理目标不同，不能统一吞掉后继续输出一个貌似正确的结果。
无限等待输入有时是正常交互，有时是批处理挂起。应定义输入结束、取消和超大记录的处理方式，对来自文件或管道的数据尤其如此。关闭 Scanner 会关闭其底层输入源，封装方法若接收调用者提供的 System.in 包装对象，应明确由谁负责关闭，避免一个小功能结束了整个进程的后续输入。
统计逻辑与控制台读写分离后，可以用固定数组测试业务状态，不需要在自动测试中人工键盘输入。实际整行解析还应额外测试空白、符号、超长文本和换行差异。算法自测验证的是数组统计契约，不能替代交互层的输入解析与退出行为检查。
容易踩的坑
- 混用
nextInt与nextLine却忽略剩余换行。 - continue 跳过了推进下标的语句。
- 结束标记参与计数或求和。
- 无有效记录时直接计算平均分。
几种做法，怎么选
表格有四列，窄屏可左右滑动查看代价和适用条件。
| 方案 | 优势 | 代价与限制 | 适用条件 |
|---|---|---|---|
| 整行读取后解析 | 格式边界清楚且便于反馈 | 需要显式处理解析异常 | 交互命令与文本记录 |
| 按标记读取 | 简单空白分隔数据方便 | 混用行读取容易出错 | 规则稳定的小型输入 |
| 纯函数统计加外部 IO | 逻辑容易测试与复用 | 需要拆分接口 | 可维护的批处理和命令行工具 |
06检验是否读懂了
先自己想、自己写，再展开答案核对。场景题是假设的练习情境；遇到还没学过的内容，可以做完基础后再回来。
先用自己的话解释
01多个 if 与 if-else 有什么差别？
展开参考答案与推导
多个独立 if 会逐个判断，可能执行多个分支；if-else 链选择其中一条路径。判断有效、无效与结束时应明确互斥关系，避免一个输入同时更新多个统计。
02循环为什么需要不变量？
展开参考答案与推导
它把复杂执行过程压缩成每轮都成立的陈述。只要初始成立、每次更新保持它，并在结束时推出目标，就能解释结果正确；测试只能检查选定样本，不能替代这个推理。
03为什么解析失败不直接返回零？
展开参考答案与推导
零是合法数值。错误也返回零会丢失失败信息，使调用者无法决定重试还是统计；应以异常或明确结果类型表示失败，再由输入层决定提示和继续方式。
换个情况，还会处理吗
01用户输入 q 后总人数增加了一，哪里可能错？
展开参考答案与推导
检查计数更新是否发生在结束命令判断之前。结束标记应直接退出读取循环，不参与任何业务状态；用哨兵在首项和中间两种测试固定这一行为。
02循环遇到无效值后一直打印同一行，怎么定位？
展开参考答案与推导
检查 continue 是否跳过了读取下一行或下标递增。每条继续路径都必须推进输入状态；可以在读取处与 continue 前观察当前行标识，确认是否消费了新输入。
03分数都合法但总分溢出，为什么？
展开参考答案与推导
累计值范围取决于记录数量乘以单项上限，不只是单项范围。先推导最大记录数与总分，再选择 long 或精确累积；对无限输入仍需考虑长期增长边界。
写代码试一试
01增加平均分结果
- 输入 / 条件
[0,100]- 输出 / 预期
50.0
提示 先判断有效数量。
展开参考答案与推导
在 valid 非零时以 (double)sum / valid 计算平均，零记录时返回单独的缺失状态。不要把无记录返回零，否则会与确有记录且全部零分混淆。
02让无效输入立即失败
- 输入 / 条件
[80,101,60]- 输出 / 预期
在位置 2 报错
提示 为遍历保存下标。
展开参考答案与推导
把无效分支改为抛带下标的参数异常，或返回包含错误位置的结果。该变更改变原先“累计无效数并继续”的契约，必须同步修改测试和调用者预期。
03验证重复哨兵
- 输入 / 条件
[80,-1,-1]- 输出 / 预期
[1,80,0]
提示 首个哨兵已经终止。
展开参考答案与推导
加入 check(new long[]{1,80,0},80,-1,-1)。后续哨兵根本不会被读取，不能增加错误数；这能检查循环使用的是 break 而非仅跳过当前项的 continue。
读完之后，独立完成
课后作业：自己做一遍
本篇共 10 道作业，先完成 8 道基础与综合任务，再按前置知识挑战进阶题。其中包含 1 道思维拓展，试着换个条件，看看原来的办法是否还管用。不附参考答案。
能编写接受输入并有明确停止条件的命令行程序，覆盖非法输入与边界。
本篇重点加练
重点加练输入校验与循环首尾边界，检查程序面对未按预期结束的输入是否仍可控。
- 输入类型和范围验证
- 零次与末次循环边界
重点内容会多练几次。先说清楚怎么做，再试试空数据、出错或条件改变时会发生什么。
先自己做，卡住时记下问题，再回来查。问答题写清“为什么、什么时候适用”；动手题留下输入、输出和运行步骤，方便下次重做。
基础必做
- 作业 01排错实验
读取“年龄＋一整行昵称”的控制台输入，样本包含 18 后换行再输入“清 欢”、非法年龄文本及空昵称。记录每次读取实际消费的内容并制定重试合同。
- 提交内容
- Java 小实验、自写输入样本与运行记录。
- 怎样算完成
- token 与整行边界明确
- 非法输入不造成无限循环
练到的知识点标准输入与输出 · Scanner token 与整行 · 输入类型和范围验证
- 作业 02代码推演
写出三档成绩分支以及从 1 到 n 的 for 循环，对 n=0、1、4 逐轮列出初始化、条件、循环体、更新；自行核对等号边界。
- 提交内容
- 分支覆盖表和循环轨迹。
- 怎样算完成
- 每个边界分支被覆盖
- 循环执行顺序完整
练到的知识点if/else 分支 · for 执行顺序
- 作业 03原理问答
为“至少询问一次密码”和“输入可能立即结束”分别选择循环合同，说明 break、continue、return 在嵌套方法与循环中结束的范围。
- 提交内容
- 两份伪代码与控制流图。
- 怎样算完成
- 停止条件可达
- 三种控制语句作用范围准确
练到的知识点while 与 do-while · break/continue/return
- 作业 04代码推演
为 while 与 do-while 各设计“初始条件不满足”和“最后一轮恰好达到边界”的输入，逐轮写出条件与状态，不使用旧题的分数统计。
- 提交内容
- 两类循环轨迹和边界表。
- 怎样算完成
- 零轮与至少一轮分别观察
- 末轮状态和停止理由明确
练到的知识点零次与末次循环边界
综合应用
- 作业 05编程实践
实现最多接收五个有效分数的统计程序，分数范围 0 到 100，可输入 quit 结束；非法输入不计入有效数量，未输入有效值时单独处理。
- 提交内容
- 完整 Java 代码、自写零项/五项/非法输入/提前结束测试和运行证据。
- 怎样算完成
- 有效计数与读取次数分开
- 退出条件均可测试
- 空数据无未定义计算
练到的知识点标准输入与输出 · 输入类型和范围验证 · if/else 分支 · 零次与末次循环边界
- 作业 06面试场景
程序要求处理十条记录却只处理九条，加入 continue 后又可能不结束。设计两个最小失败循环并逐轮定位，修复后保留证明边界的测试。
- 提交内容
- 失败与修复代码、轨迹表及测试记录。
- 怎样算完成
- 推进变量在各路径得到审查
- 首轮末轮与零轮均考虑
练到的知识点for 执行顺序 · while 与 do-while · break/continue/return · 零次与末次循环边界
- 作业 07编程实践
实现最多三次机会输入 1 到 9 之间整数的程序，合法即结束；输入流可能提前结束，非法文本与越界数字分别记录，不使用数组或集合。
- 提交内容
- Java 程序、自写首次成功/最后成功/提前结束测试和运行证据。
- 怎样算完成
- 尝试次数有独立计数
- 所有退出入口可检查
练到的知识点输入类型和范围验证 · 零次与末次循环边界
- 作业 08设计评审
命令行容量输入允许前后空白，但不允许负数、小数或超范围值。制定读取、解析与范围检查的合同，以及每类失败后是否继续。
- 提交内容
- 输入语法与交互失败表。
- 怎样算完成
- 文本有效与数值合法分开
- 输入失败不产生未定义状态
练到的知识点输入类型和范围验证
进阶挑战 · 掌握前置后选做
- 作业 09编程实践
完成方法后：编写菜单式学习记录器，只支持新增次数、显示次数和退出，非法选项最多连续三次后终止；明确成功操作是否重置错误计数。
- 提交内容
- Java 程序、交互规则、自写状态序列测试与运行证据。
- 怎样算完成
- 正常与错误输入状态可追踪
- 无无限等待或无界输入存储
练到的知识点输入类型和范围验证 · if/else 分支 · while 与 do-while · 零次与末次循环边界
思维拓展
先写出你的猜想，再用例子或实验验证。答案可以不同，但要说清依据、适用情况，以及还有什么没弄懂。
- 作业 10思维拓展 · 条件变化
交互程序改为从预先准备的有限文本读取，不能再次询问用户。重新审查输入失败、提前结束与最大次数的合同，比较两种模式。
- 提交内容
- 两模式状态图与相同样本对照。
- 怎样算完成
- 交互前提变化清楚
- 终止性与结果完整性均有判据
练到的知识点输入类型和范围验证 · 零次与末次循环边界
完成后，再检验一次
给每题标记“独立完成 / 查阅后完成 / 尚未完成”。查过资料或没做出的题，记下卡在哪里。隔一天换一组输入再试，能解释结果和出错原因，再把这个知识点标为掌握。
继续阅读
先看能帮你完成当前练习的部分。例子跑通后，再读更深入的解释。
- 必读参考文档英文
Java 17 API：Scanner （新标签页）↗
阅读 token 分隔、
hasNextInt、nextInt/nextLine和关闭底层输入的行为。 - 实践规范英文
Java 17 语言规范：语句与控制流 （新标签页）↗
阅读块、if、for、while、break、return 和资源管理语句的执行顺序。
- 深入教程英文
Dev.java：语言基础 （新标签页）↗
依次阅读变量、运算符、表达式与控制流入口，建立语法概念地图。
- 深入参考文档英文
OpenJDK 17u java.lang.Integer （新标签页）↗
定位
parseInt的符号处理、负数累积与乘法边界检查。 - 深入参考文档英文
Java17 Integer API （新标签页）↗
核对
parseInt输入格式、进制和异常约定。