項(xiàng)目5 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)

Java程序設(shè)計(jì)案例教程

主編魏衍君

興趣是最好的老師知識有限創(chuàng)意無限歡迎大家學(xué)習(xí)Java程序設(shè)計(jì)案例教程

項(xiàng)目5面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)5.1【任務(wù)9】設(shè)計(jì)學(xué)生類Students5.2【任務(wù)10】設(shè)計(jì)本科生類和研究生類

5.3【任務(wù)11】設(shè)計(jì)抽象類Book5.1【任務(wù)9】設(shè)計(jì)學(xué)生類Students

任務(wù)描述：

編寫一個(gè)程序StudentsDemo，設(shè)計(jì)一個(gè)學(xué)生類，其屬性有姓名、年齡、學(xué)位，其方法有各種屬性的get和set方法，還要有相關(guān)數(shù)據(jù)的輸出方法，并創(chuàng)建一個(gè)學(xué)生類的對象。通過該任務(wù)的學(xué)習(xí)，可以初步了解類和對象的基本概念，掌握和創(chuàng)建使用類生成對象的方法以及面向?qū)ο蟮木幊趟枷牒皖惖姆庋b特性。

設(shè)計(jì)過程：

（1）在“記事本”中輸入如下程序：

classStudents{//下面是Students類的成員變量和方法

publicStringname；

publicintage；

publicStringdegree；

publicStudents(Stringname1，intage1，Stringdegree1)//構(gòu)造方法用于初始化類

{name=name1；age=age1；degree=degree1；this.getName()；this.getAge()；this.getDegree()；}publicvoidsetName(Stringn){name=n；}//設(shè)置學(xué)生姓名publicvoidsetAge(inta){age=a；}//設(shè)置學(xué)生年齡

publicvoidsetDegree(Stringd){degree=d；}//設(shè)置學(xué)生的學(xué)位

publicStringgetName(){returnname；}//獲取學(xué)生姓名

publicintgetAge(){returnage；}//獲取學(xué)生成績

publicStringgetDegree(){returndegree；}//獲取學(xué)生學(xué)位publicvoidshow(){System.out.println("學(xué)生的姓名是："+name)；System.out.println("學(xué)生的年齡是："+age)；System.out.println("學(xué)生的學(xué)位是："+degree+"\\n")；}}publicclassStudentsDemo{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Studentss1=newStudents("張三"，20，"大專")；System.out.println("修改前張三個(gè)人信息：")；s1.show()；s1.setAge(28)；s1.setDegree("博士")；System.out.println("修改后張三個(gè)人信息：")；s1.show()；}}

（2）將文件保存在“D：\\myprogram”文件夾中，文件名為StudentsDemo.java。

（3）在“命令提示符”窗口內(nèi)的“D：\\myprogram”提示符下，輸入“javacStudentsDemo.java”命令，然后在新的命令行中，輸入“javaStudentsDemo”命令，運(yùn)行字節(jié)碼程序，輸出程序的運(yùn)行結(jié)果，如圖5-1-1所示。圖5-1-1

程序StudentsDemo的運(yùn)行結(jié)果

相關(guān)知識

5.1.1類

類是對一個(gè)或幾個(gè)相似對象的描述，它把不同對象具有的共性抽象出來，定義為某類對象共有的變量和方法，從而使程序員實(shí)現(xiàn)代碼的復(fù)用，所以說，類是同一類對象的原型。創(chuàng)建一個(gè)類，相當(dāng)于構(gòu)造一個(gè)新的數(shù)據(jù)類型，而實(shí)例化一個(gè)類就得到一個(gè)對象。Java為我們提供了大量的類庫，如果從已知類庫入手來構(gòu)造自己的程序，不僅能有效地簡化程序設(shè)計(jì)，而且能很好地學(xué)習(xí)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法。

類的聲明

類聲明包括關(guān)鍵字class﹑類名及類的屬性。類名必須是合法的標(biāo)識符，類的屬性為一些可選的關(guān)鍵字。其聲明格式如下：

[public|private|friendly|protected][abstract]

[final]classclassName[extendssuperclassName][implementsinterfaceNameList]

{…}

其中，第一項(xiàng)屬于訪問控制字符，它不僅針對于類，類的變量、方法的訪問也有該項(xiàng)的限制，我們后面作專門的介紹。其他的修飾符說明如下：

abstract：聲明該類不能被實(shí)例化。

final：聲明該類不能被繼承，即沒有子類。

classclassName：關(guān)鍵字class告訴編譯器表示類的聲明以及類名是className。

extendssuperclassName：extends語句擴(kuò)展superclassName為該類的父類。

implementsinterfaceNameList：聲明類可實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)接口，可以使用關(guān)鍵字implements并且在其后面給出由類實(shí)現(xiàn)的多個(gè)接口名字列表，各接口之間以逗號分隔。

類的實(shí)體

實(shí)體是類的主要部分，包括變量的說明及該類所支持的方法，我們習(xí)慣稱之為成員變量和成員方法。需要注意的是，除了實(shí)體中定義的變量與方法外，該類還繼承了其父類的變量與方法。當(dāng)然，對父類變量和方法的訪問要受到訪問控制條件的限制。實(shí)體說明的格式為：

classclassName{

variableDeclaration

methodDeclaration

}

1.變量

Java中變量的說明可以分為兩種：類成員變量的說明和方法變量的說明。其變量聲明格式為：

[public|protected|private][static][final]typevariableName

上述聲明格式中，第一項(xiàng)指的是訪問控制格式（后面介紹），另外的幾項(xiàng)說明如下：

static：成員控制修飾符，說明該類型的變量為靜態(tài)變量，或者稱之為類變量。說明靜態(tài)變量類型后，則該類的所有實(shí)例對象都可以對其共享，而且訪問靜態(tài)變量無須事先初始化它所在的類。

final：常量聲明修飾符，與C/類似，用該符號聲明后，在程序的運(yùn)行過程中不能再改變它的值。實(shí)際使用中，final往往與static結(jié)合在一起使用。比如：

finalintINDEX=1000；

staticfinalintLOOP=10；

總之，從變量定義的不同位置及所使用的限定詞來看，變量可以分為三類：實(shí)例變量、局部變量和靜態(tài)變量。

（1）實(shí)例變量。如果在類的方法代碼段之外聲明且沒有限定詞static，則為實(shí)例變量。從它的定義我們可以看出，實(shí)例變量與類緊密相關(guān)，如果一個(gè)類有多個(gè)實(shí)例對象，那么每個(gè)實(shí)例對象都有自己的實(shí)例變量，之間并不影響。

（2）局部變量。如果在類的方法體之中聲明，則為局部變量，這有點(diǎn)與C語言函數(shù)中定義的局部變量相似。由于局部變量是在方法體內(nèi)所定義，因而只能在本方法中使用，無所謂訪問控制，也不能用static修飾符加以說明。另外，需要注意的是，局部變量使用前必須初始化，這也是它與實(shí)例變量及后面要介紹的靜態(tài)變量之間的不同之處。局部變量可以與實(shí)例變量同名而相互不影響。

（3）靜態(tài)變量。如果將一個(gè)實(shí)例變量聲明為static，則為靜態(tài)變量，或稱之為類變量。靜態(tài)變量在類聲明后就可以直接引用，但實(shí)例變量則不能，必須在實(shí)例化對象后才可以使用。

下面我們對實(shí)例變量與類變量加以詳細(xì)說明，以加深讀者的理解。比如可以如下來聲明一個(gè)成員變量：

classMyClass{

publicfloatvariable1；

publicstaticintvariable2；

}

該例中聲明了一個(gè)實(shí)例變量variable1和一個(gè)類變量variable2。今后當(dāng)創(chuàng)建類的實(shí)例的時(shí)候，系統(tǒng)就會為該實(shí)例創(chuàng)建一個(gè)類實(shí)例的副本，但系統(tǒng)為每個(gè)類分配類變量僅僅只有一次，而不管類創(chuàng)建的實(shí)例有多少。當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用類的時(shí)候，系統(tǒng)為類變量分配內(nèi)存。所有的實(shí)例共享了類的類變量的相同副本。在程序中可通過一個(gè)實(shí)例或者類本身來訪問類變量。例如：

…

MyClassA=newMyClass()；

MyClassB=newMyClass()；

A.variable1=100；

A.variable2=200；

B.variable1=300；

B.varable2=400；System.out.println("A.variable1="+A.variable1)；System.out.println("A.variable2="+A.variable2)；System.out.println("B.variable1="+B.variable1)；System.out.println("B.variable2="+B.variable2)；

…

當(dāng)從類實(shí)例化新對象的時(shí)候，就得到了類實(shí)例變量的一個(gè)副本。這些副本跟新對象是聯(lián)系在一起的。因此每實(shí)例化一個(gè)新MyClass對象的時(shí)候，就得到了一個(gè)和MyClass對象有聯(lián)系的variable1的新副本。當(dāng)一個(gè)成員變量用關(guān)鍵字static指定為類變量之后，其第一次調(diào)用的時(shí)候，系統(tǒng)就會為它創(chuàng)建一個(gè)副本，之后，類的所有實(shí)例均共享了該類變量的相同副本。所以上述程序段的輸出結(jié)果為：

A.variable1=100

A.variable2=400

B.variable1=300

B.variable2=400

2.方法

Java程序通過方法完成對類和對象屬性的操作。方法定義了在類成員變量上的一系列操作，它只能在類的內(nèi)部聲明并加以實(shí)現(xiàn)，其他的對象通過調(diào)用對象的方法得到該對象的服務(wù)。方法的定義包含了兩部分內(nèi)容：方法聲明和方法體。

（1）方法聲明。方法聲明的一般格式如下：

[public|protected|private][static][final]

[abstract]

returnTypemethodName([paramList])[throwsexceptionList]

{…}

在方法聲明中應(yīng)包括方法名、方法的返回值類型、方法的修飾詞、參數(shù)的數(shù)目和類型及方法可能產(chǎn)生的例外。從其聲明格式中可以發(fā)現(xiàn)，不一定要全部顯示并指明所有的信息，方法最基本的聲明格式為：

returnTypemethodName()

{…}

一般聲明格式中的第一項(xiàng)是訪問控制屬性，后面會有介紹。對其他幾個(gè)修飾詞說明如下：

static：說明該方法為靜態(tài)方法。與變量的定義類似，靜態(tài)方法也稱作類方法，與之對應(yīng)，其他的方法就稱之為實(shí)例方法。靜態(tài)方法屬于類，所以只要對類作了聲明，就可以調(diào)用該類的類方法，即使用時(shí)無須類的初始化。當(dāng)然，實(shí)例方法只能在類的實(shí)例或子類的實(shí)例中調(diào)用。類方法只能操作類變量而不能訪問定義在類中的實(shí)例變量，這是實(shí)際使用過程中經(jīng)常出錯的地方。例如：classA{intx；staticpublicintx(){returnx；}staticpublicvoidsetX(intnewX){x=newX()；}}

…AmyX=newA()；AanotherX=newA()；myX.setX(1)；anotherX.x=2；System.out.println("myX.x="+myX.x())；System.out.println("anotherX.x="+anotherX.x())；…

當(dāng)編譯的時(shí)候，編譯器會給出以下的錯誤信息：

A.Java：4：Can’tmakeastaticreferncetononstaticvariablexinclassA.returnx；^

出現(xiàn)這個(gè)錯誤的原因是類方法不能訪問實(shí)例變量。

實(shí)例成員和類成員之間不同點(diǎn)是類成員可以在類本身中訪問，而不必實(shí)例化一個(gè)類來訪問類成員。

下面再對上面的代碼進(jìn)行修改：

…

A.setX(1)；System.out.println(″A.x=″+A.x())；…

這里我們不用實(shí)例化類對象myX和anotherX就可以直接從類A中設(shè)置x并輸出。這樣同樣可以得到類變量x的值。

abstract：說明一個(gè)方法是抽象方法，即該方法只有方法說明而沒有方法體。抽象方法的實(shí)現(xiàn)須由該方法所在類的子類來實(shí)現(xiàn)。如果一個(gè)類包含一個(gè)或多個(gè)抽象方法，則該類必須為抽象類。抽象類不能被實(shí)例化。例如：classShape{abstractvoiddraw()；}

該例中的說明方法draw()為抽象方法。

final：final方法類似于常量的定義，它說明了一個(gè)方法為終極方法，即它不能被子類重載。說明為final的方法往往與關(guān)鍵字private一起使用，避免出錯。例如：

…

privatefinalmeth_final()

{…}Java

針對任何一個(gè)方法，返回類型是必需的，如果方法沒有返回值，則返回類型為void。否則返回類型可以是各種數(shù)據(jù)類型，如int、float、String等。對于有返回值的方法，其方法體中至少有一條return語句，形式為：

return（表達(dá)式）

當(dāng)調(diào)用該方法時(shí)，方法的返回值即為此表達(dá)式的值。

（2）方法重載。Java中方法的重載指的是多個(gè)方法共用一個(gè)名字（這樣可實(shí)現(xiàn)對象的多態(tài)），同時(shí)，不同的方法要么參數(shù)個(gè)數(shù)不相同，要么參數(shù)類型不同。Java提供的標(biāo)準(zhǔn)類中包含了許多構(gòu)造函數(shù)，并且每個(gè)構(gòu)造函數(shù)允許調(diào)用者為新對象的不同實(shí)例變量提供不同的初始數(shù)值。比如，Java.awt.Rectangle就有三個(gè)構(gòu)造函數(shù)：

Rectangle(){}；

Rectangle(intwidth，intheight){}；

Rectangle(intx，inty，intwidth，intheight){}；

當(dāng)傳遞不同的參數(shù)時(shí)，構(gòu)造出來的對象的實(shí)例具有不同的屬性。

（3）參數(shù)傳遞。在調(diào)用一個(gè)帶有形式參數(shù)的方法時(shí)，必須為方法提供實(shí)際參數(shù)，完成實(shí)際參數(shù)與形式參數(shù)的結(jié)合，稱為參數(shù)傳遞，然后用實(shí)際參數(shù)執(zhí)行所調(diào)用的方法體。在Java中參數(shù)的傳遞是以傳值的方式進(jìn)行，即將實(shí)際參數(shù)的值傳遞給形式參數(shù)，而不是將實(shí)際參數(shù)的地址傳遞給形式參數(shù)。由于被調(diào)用方法沒有訪問實(shí)際參數(shù)，因而在改變形式參數(shù)值時(shí)，并沒有改變實(shí)際參數(shù)的值?！纠?-1】參數(shù)傳遞舉例。publicclassExa1{staticvoidsum(Stringx，Stringy){Stringtemp；System.out.println(″形參改變之前″)；System.out.println（″x=″+x+″″+″y=″+y）；temp=x；x=y；y=temp；System.out.println(″形參改變之后″)；System.out.println（″x=″+x+″″+″y=″+y）；}publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Stringa=″10″，b=″20″；System.out.println(″方法調(diào)用之前″)；System.out.println（″a=″+a+″″+″b=″+b）；Sum(″10″，″20″)；System.out.println(″方法調(diào)用之后″)；System.out.println（″a=″+a+″″+″b=″+b）；}}運(yùn)行結(jié)果：方法調(diào)用之前a=10b=20形參改變之前x=10y=20形參改變之后x=20y=10方法調(diào)用之后a=10b=20

【程序解析】

通過程序的運(yùn)行結(jié)果可以看出：實(shí)際參數(shù)即a、b的值不受形式參數(shù)x、y的值的影響，即使形式參數(shù)的值改變了，實(shí)際參數(shù)的值也不會改變。

（4）構(gòu)造方法。構(gòu)造方法用來初始化新創(chuàng)建的對象。類可以包含一個(gè)或者多個(gè)構(gòu)造方法，不同的構(gòu)造方法根據(jù)參數(shù)的不同來決定要初始化的新對象的狀態(tài)。所有的Java類都有構(gòu)造方法，它用來對新的對象進(jìn)行初始化。構(gòu)造方法與類的名字是相同的。比如Stack類的構(gòu)造方法的名字為Stack，而Rectangle類的構(gòu)造方法的名字為Rectangle，Thread類的構(gòu)造方法的名字為Thread。下面給出Stack類的構(gòu)造方法：

publicStack(){items=newVector(10)；}

Java支持對構(gòu)造方法的重載，這樣一個(gè)類就可以有多個(gè)構(gòu)造方法，所有的構(gòu)造方法的名字是相同的，只是所帶參數(shù)的個(gè)數(shù)和類型相異而已。下面是類Stack的另一個(gè)構(gòu)造方法，這個(gè)構(gòu)造方法根據(jù)它的參數(shù)來初始化對象的大小。publicStack(intinitialSize){items=newVector(initialSize)；}

從上面可以看出，兩個(gè)構(gòu)造方法都有相同的名字，但是它們有不同的參數(shù)列表。編譯器會根據(jù)參數(shù)列表的數(shù)目以及類型來區(qū)分這些構(gòu)造方法。所以，當(dāng)創(chuàng)建對象的時(shí)候，要根據(jù)它的參數(shù)是否與初始化的新對象相匹配來選擇構(gòu)造方法。根據(jù)傳遞給構(gòu)造方法參數(shù)的數(shù)目和類型，編譯器可以決定要使用哪個(gè)構(gòu)造方法。如對于下面的代碼，編譯器就可以知道應(yīng)該使用單一的整型參數(shù)來初始化對象：

newStack(10)；

與此相同，當(dāng)給出下面代碼的時(shí)候，編譯器選擇沒有參數(shù)的構(gòu)造方法或者缺省的構(gòu)造方法進(jìn)行初始化：

newStack()；

另外，如果生成的類不為它提供構(gòu)造方法，系統(tǒng)會自動提供缺省的構(gòu)造方法。這個(gè)缺省的構(gòu)造方法不會完成任何事情。下例給出類AnimationThread的構(gòu)造方法，在其初始化過程中設(shè)置了一些缺省的數(shù)值，比如幀速度、圖片的數(shù)目等。classAnimationThreadextendsThread{intframesPerSecond；intnumImages；Image[]images；AnimationThread(intfps，intnum){super("AnimationThread")；this.framesPerSecond=fps；this.numImages=num；this.images=newImage[numImages]；for(inti=0；i<=numImages；i++){…}

}…}

從該例來看，構(gòu)造方法的實(shí)體跟一般方法的實(shí)體是相似的，均包含局部變量聲明、循環(huán)以及其他的語句。該例的構(gòu)造方法中出現(xiàn)了以下一條語句：

super(″AnimationThread″)；

與關(guān)鍵字this相似（this表示當(dāng)前對象），關(guān)鍵字super表示當(dāng)前對象的父對象，所以使用super可以引用父類被隱藏的變量和方法。本例中調(diào)用了父類Thread的構(gòu)造方法。使用中須注意的是，父類的構(gòu)造方法必須是子類構(gòu)造方法的第一條語句，因?yàn)閷ο蟊仨毷紫葓?zhí)行高層次的初始化。構(gòu)造方法說明中只能帶訪問控制修飾符，即只能使用public、protected及private中的任一個(gè)。

（5）變量和方法的訪問控制。前面多次提到過對類、變量及方法的訪問控制屬性，比如有private、friendly、protected及public。Java中最低級的訪問控制范圍是類的級別，分為四種：同一個(gè)類、同一個(gè)包、不同包的子類及不同包的非子類。

類的訪問控制權(quán)限只能為public和friendly，變量和方法的訪問控制可以為上面四種中的任何一種。關(guān)于訪問控制權(quán)限修飾符的作用，在5.1.3節(jié)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

5.1.2對象

本項(xiàng)目開始的時(shí)候就討論過類與對象的關(guān)系，大家知道，類是一個(gè)抽象的概念，而對象是實(shí)實(shí)在在存在的東西，是一個(gè)具體的概念，所以對象的使用就是某個(gè)類的實(shí)例化操作。與此對應(yīng)，本節(jié)分兩部分來介紹對象：對象的創(chuàng)建及對象的使用。

對象的創(chuàng)建

Java中創(chuàng)建新的對象必須使用new語句，其一般格式為：

classNameobjectName=new

className(parameterList)；

此表達(dá)式隱含了三個(gè)部分，即：對象說明、實(shí)例化和初始化。

對象說明：上面的聲明格式中，classNameobjectName是對象的說明；className是某個(gè)類名，用來說明對象所屬的類；objectName為對象名。例如：

IntegeriVariable；

該語句說明iVariable為Integer類型。

實(shí)例化：new是Java實(shí)例化對象的運(yùn)算符。使用命令new可以創(chuàng)建新的對象并且為對象分配內(nèi)存空間。一旦初始化，所有的實(shí)例變量也將被初始化，即算術(shù)類型初始化為0，布爾邏輯型初始化為false，復(fù)合類型初始化為null。例如：

IntegeriVariable=newInteger(100)；

此句實(shí)現(xiàn)將Integer類型的對象iVariable初始值設(shè)為100的功能。

初始化：new運(yùn)算符后緊跟著一個(gè)構(gòu)造方法的調(diào)用。前面介紹過，Java中的構(gòu)造方法可以重構(gòu)，因而通過給出不同的參數(shù)類型或個(gè)數(shù)就可以進(jìn)行不同初始化工作。如例5-2，類Rectangle定義了一個(gè)矩形類，它有多個(gè)不同的構(gòu)造方法，可以通過調(diào)用不同的構(gòu)造方法來進(jìn)行初始化?！纠?-2】對象的初始化舉例。importjava.util.*；importjavax.swing.*；importjava.awt.*；publicclassRectangle{publicintwidth=0；publicintheight=0；publicPointorigin；

publicstaticvoidmain(Stringargs[]){

Pointp=newPoint(20，20)；

Rectangler1=newRectangle()；

Rectangler2=newRectangle(p，80，40)；

System.out.println("TheareaofRectangleis："+r1.area())；

System.out.println("TheareaofRectangleis："+r2.area())；

}publicRectangle(){origin=newPoint(0，0)；}publicRectangle(Pointp){origin=p；}publicRectangle(intw，inth){this(newPoint(0，0)，w，h)；}publicRectangle(Pointp，intw，inth){origin=p；width=w；height=h；}publicvoidmove(intx，inty){origin.x=x；origin.y=y；}publicintarea(){returnwidth*height；}}classPoint{publicintx=0；publicinty=0；publicPoint(intx，inty){this.x=x；this.y=y；}}

該例中，我們定義了兩個(gè)類Rectangle、Point，并調(diào)用了類Rectangle中的area()方法來求矩形的面積。方法Rectangle()不帶參數(shù)，因而只是初始化原點(diǎn)坐標(biāo)為（0，0），矩形的長、寬均為0；方法Rectangle(p，80，40)不僅初始化原點(diǎn)由類型Point()指定，同時(shí)還限定矩形的長、寬分別為80，40。

對象的使用

前面花了很大的篇幅介紹類，其目的就是為了掌握如何使用它。類是通過實(shí)例化為對象來使用的，而對象的使用是通過引用對象變量或調(diào)用對象的方法來實(shí)現(xiàn)的。與相類似，對象變量和方法是通過運(yùn)算符“.”來實(shí)現(xiàn)的。1.變量的引用對象變量引用的一般格式為objectName.variableName；例如：classexample{intx；}examplea=newexample()；a.x=100；

變量的引用在Java中還有一種很特殊的情況，即可以使用表達(dá)式指定變量所在的對象，例如：

intz=newexample().x；

這個(gè)語句創(chuàng)建了一個(gè)新的example對象，并且得到了它的成員變量x。需要注意的是，在這條語句被執(zhí)行后，程序不再保留對象expmple的引用。這樣，對象example就被取消引用，因而通過上述語句并不能達(dá)到初始化對象的目的。

2.對象方法的引用

與對象變量一樣，對象方法的引用的一般格式為：

objectName.methodName([argumentList])；

例如在例5-2中調(diào)用對象Rectangle中的area()方法計(jì)算矩形的面積：System.out.println(“TheareaofRectangle1is：”+r1.area())；System.out.println(“TheareaofRectangle1is：”+r2.area())；

雖然通過直接引用對象變量可以改變對象的屬性，但是它沒有任何意義（比如，在例5-2中，使用Rectangle類的構(gòu)造方法，可以創(chuàng)建不同的矩形，如果設(shè)置其高為height、寬width是負(fù)值，程序并不認(rèn)為其非法）。所以，較好的做法是：不直接對變量進(jìn)行操作，而由類提供一些方法，對變量的引用可以通過這些方法來進(jìn)行，以確保給定變量的數(shù)值是有意義的。這樣一來，Rectangle類將提供setWidth、setHeight、getWidth以及getHeight方法來設(shè)置或者獲得寬度和高度。設(shè)置變量的方法將在調(diào)用者試圖將width和height設(shè)置為負(fù)數(shù)的時(shí)候給出一個(gè)錯誤提示。這樣能夠更好地體現(xiàn)數(shù)據(jù)的封裝和隱蔽。例如，加上上述的幾個(gè)方法后，例5-2變?yōu)閜ublicclassRectangle{……publicvoidsetWidth(intwidth){if(width<0)System.out.println(″illegalnumber!″)；elsethis.width=width；}publicvoidsetHeight(intheight){……}publicintgetWidth(){returnwidth；}publicintgetHeight(){returnheight；}publicvoidmove(intx，inty){origin.x=x；origin.y=y；}publicintarea(){

returnwidth*height；

}}

5.1.3類的封裝

Java是一個(gè)面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言，面向?qū)ο缶幊痰幕締卧穷?。我們說類是對對象的一個(gè)抽象，同時(shí)類也為對象進(jìn)行了封裝。所謂封裝也就是說類的設(shè)計(jì)者只是為使用者提供類對象可以訪問的部分（包含類的成員變量和方法），而對于類中其他成員變量和方法隱藏起來，用戶不能訪問。這種數(shù)據(jù)隱藏機(jī)制和封裝機(jī)制為程序的編制和系統(tǒng)的維護(hù)提供了方便，我們不必知道程序?qū)崿F(xiàn)的細(xì)節(jié)，而只要知道類可以訪問的部分，排除錯誤更為方便。

所謂封裝，指以下幾個(gè)方面：

（1）在類的定義中設(shè)置對對象中的成員變量和方法進(jìn)行訪問的權(quán)限。

（2）提供一個(gè)統(tǒng)一供其他類引用的方法。

（3）其他對象不能直接修改本對象所擁有的屬性和方法。

隱藏和封裝機(jī)制是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的特性，那么如何進(jìn)行數(shù)據(jù)的隱藏和封裝呢？Java為對象變量提供4種訪問權(quán)限：public、protected、private和friendly。

對象的可見性和作用域

對于類而言，它有成員變量和方法。對于類中的成員變量，它是屬于整個(gè)類的，在創(chuàng)建對象時(shí)，自動在內(nèi)存區(qū)域分配一塊空間作為對象的屬性出現(xiàn)。同樣，類的方法中也有變量，這些變量的運(yùn)行范圍只是在方法體內(nèi)，如果出了方法體，那么這些變量就不起作用。

屬于類中的成員變量或方法是否就可以被其他類訪問呢？前面給出的例子中為類、方法和成員變量的定義中常常要用到“public”這個(gè)關(guān)鍵字，它的意思是允許其他類對其所定義的類、方法和成員變量進(jìn)行訪問，如果不想讓其他類對其進(jìn)行訪問，或者是只允許類中的方法來訪問當(dāng)前類的成員變量和方法，那么就可使用private來定義。

這里就涉及方法和成員變量的生存期問題，也就是說這些變量在程序中的哪些區(qū)域有定義。

【例5-3】引用私有方法和修改私有成員變量。

classdef{

privateintx，y，z=0；//定義私有變量

privatevoidmethod1(){//定義私有方法

intx=3，y=4，z；

z=x*y；

System.out.println(″z=″+z)；

}publicvoidshow(){System.out.println(″z=″+z)；

}}publicclassChange1{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){defss=newdef()；ss.method1()；//直接引用私有方法出現(xiàn)錯誤ss.z=12；//直接修改私有變量是不允許的ss.show()；}}程序編譯結(jié)果：>JavacChange1.javaChange1.java：15：method1()hasprivateaccessindefss.method1()；//直接調(diào)用私有方法出現(xiàn)錯誤^Chnage1.java：16：zhasprivateaccessindefss.z=12；//直接修改私有變量是不允許的^

2個(gè)錯誤

【程序解析】程序要直接修改私有變量是不允許的，只有類本身和方法可以對私有變量進(jìn)行訪問，這也就是我們常說的，數(shù)據(jù)封裝后，類外的方法是不能訪問私有變量的，達(dá)到數(shù)據(jù)安全的目的。

【例5-4】修改例5-3，使其能夠引用方法并修改成員變量。

classdef{

privateintx，y，z=0；

publicvoidmethod1(){

intx=3，y=4，z；

z=x*y；

System.out.println(″z=″+z)；

}publicvoidshow(){System.out.println(″z=″+z)；}}publicclassChange2{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){intz=20；defss=newdef()；ss.method1()；//引用ss對象的method1()方法ss.show()；}}程序運(yùn)行結(jié)果：z=12z=0

【程序解析】程序中將method1()方法的訪問權(quán)限由private改為public，然后引用method1()方法，通過method1()方法對def類中的私有成員變量z進(jìn)行訪問。

通過這個(gè)例子可以看出，對于類中的成員變量和方法，如果允許其他類對其進(jìn)行訪問，可以將其訪問權(quán)限設(shè)置為public；如果要防止其他類對其進(jìn)行訪問，可以盡量設(shè)置為private。

下面分別講述訪問權(quán)限修飾符的作用。

public

public顧名思義是公開的、公眾的，也就是說如果一個(gè)類被修飾為public，那么這個(gè)類就是公共類。公共類不但可供它所在包中的其他類使用，也可供其他包中的類使用，在程序中可以用import語句引入其他包中的public類。那些被public定義的類中成員變量或方法可以供其他類進(jìn)行訪問，這些類、方法和成員變量可以用來供其他類訪問。

在Java中，一個(gè)程序文件只能定義一個(gè)public類，其他類可以是沒有修飾的類。

【例5-5】使用import引入已經(jīng)定義的、屬性為public的Account類，引用其方法。

publicclassAccount{//定義公共類Account

Stringname；

Stringaddress；

publicdoublebalance；//定義該成員變量是公共的

publicvoiddisplay(){//定義公共方法display

System.out.println(″name：″)；System.out.print(name)；System.out.println(″Address：″)；System.out.print(address)；System.out.println(″balance：″)；System.out.print(balance)；}}

定義了公共類Account以及公共成員變量balance和方法display()，將此文件保存為Account.java。

引入Account類并引用Account類定義的方法

importAccount；//引入公共類Account

publicclassUseraccount{

publicstaticvoidmain(Stringargs[]){

Accountmyaccount=newAccount()；//成績類對象myaccount

=″張三″；

myaccount.address=″鄭州市黃河路19號″；

myaccount.balance=123.40；//引用myaccount對象的balance成員變量

myaccount.display()；//引用display()方法，顯示輸入內(nèi)容

}

}

程序運(yùn)行結(jié)果：

name：張三

address：鄭州市黃河路19號

balance：123.4

private

如果不想讓其他類進(jìn)行訪問，采取什么方法呢？就是對其設(shè)置private訪問權(quán)限。

【例5-6】定義Scope類的私有方法，使用類外的方法來引用此私有方法，查看程序運(yùn)行情況。

classScope{

privateintx=10；

Scope(){

intx=1000；

}privatevoida(){//設(shè)置為私有方法

intx=200；

x*=4；

System.out.println(″Aofamethodis″+x)；}privatevoidb(){//設(shè)置為私有方法

x*=2；

System.out.println(″Bofamethodis″+x)；}}publicclassSamp2{

publicstaticvoidmain(Stringargs[]){

intx=100；

System.out.println(″xofmainmethodis″+x)；Scopeb1=newScope()；b1.a()；b1.b()；System.out.println(″xofmainmethodis″+x)；}}程序編譯結(jié)果：>javacSamp2.java

Samp2.java：22：a()hasprivateaccessinScope

b1.a()；

^

Samp2.java：23：b()hasprivateaccessinScope

b1.b()；

^

2個(gè)錯誤

【程序解析】在這里對Scope類的a()方法和b()方法設(shè)置為私有屬性，所以不能對其方法進(jìn)行訪問，而如果要訪問，只能通過類本身所定義的方法。

例如修改Scope類中定義的構(gòu)造方法，在構(gòu)造方法中引用方法a()和方法b()，修改程序如下：

classScope{

privateintx=10；

Scope(){

intx=1000；

a()；//調(diào)用a()方法

b()；//調(diào)用b()方法}privatevoida(){//設(shè)置為私有方法

intx=200；

x*=4；

System.out.println(″Aofamethodis″+x)；}

privatevoidb(){//設(shè)置為私有方法

x*=2；

System.out.println(″Bofamethodis″+x)；

}

}

【程序解析】當(dāng)創(chuàng)建對象時(shí)，系統(tǒng)自動引用構(gòu)造方法，而在構(gòu)造方法中添加調(diào)用a()和b()方法，這樣就可以使用類中的方法來訪問類中的私有成員變量和方法。

protected

使用protected定義的成員變量或方法具有二重性，類本身、子類或包中的方法可以訪問它們，而對于其他類沒有訪問權(quán)限。

【例5-7】定義類的protected方法，通過創(chuàng)建對象來引用此方法。

classMax

{

privateintx，y；//定義私有變量

protectedintplay(ints，intt)//定義protected方法{intm；x=s；y=t；m=(x>y)?x/y：y/x；returnm；}}publicclassGetNum{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){

intresult；

Maxss=newMax()；

result=ss.play(5，45)；

System.out.println(″result=″+result)；

}}

程序運(yùn)行結(jié)果：

result=9

【程序解析】對play()方法設(shè)置的protected屬性在程序引用中可以像使用public修飾的權(quán)限方法一樣來引用。

friendly

如果在通常條件下，成員變量或方法名前都沒有設(shè)定如public、private等訪問權(quán)限關(guān)鍵字，則通常稱此成員變量或方法為friendly，這意味著這些成員變量或方法對于包內(nèi)的所有類而言它們是可以訪問的，但對于包外的類，則不能對它們進(jìn)行訪問。

【例5-8】使用方法的默認(rèn)訪問權(quán)限來引用此方法。publicclassX1{X1(){//X1類構(gòu)造器System.out.println(″Thisisaconstruct″)；}voiddoing(){System.out.println(″Couldyoutellme″)；}}//將此文件保存為X1.javaimportX1；//引用X1類publicclassX2{staticvoidstore(){System.out.println(″Thisisastoreprocessing″)；}publicstaticvoidmain(Stringargs[]){X1y=newX1()；y.doing()；store()；}}程序運(yùn)行結(jié)果：ThisisaconstructCouldyoutellmeThisisastoreprocessing

【程序解析】類X1與類X2在編譯后系統(tǒng)自動將它們放在一個(gè)包內(nèi)。對于X1類中的doing()方法而言，如果不進(jìn)行訪問權(quán)限設(shè)定，則通過“importX1”方法引入，使得X1類對象y可以調(diào)用doing()方法，即“y.doing()；”。但是如果在X1類中對doing()方法強(qiáng)加private訪問權(quán)限（如：privatevoiddoing()；），則當(dāng)使用y對象調(diào)用doing()方法時(shí)，編譯會出現(xiàn)錯誤提示信息。

任務(wù)進(jìn)階

【進(jìn)階任務(wù)19】創(chuàng)建并應(yīng)用People類

設(shè)計(jì)過程：

（1）在“記事本”中輸入如下程序：

classPeople

{

floatheight，weight；

Stringhead，ear，hand，foot，mouth；

voidspeak(Strings)

{

System.out.println(s)；}}publicclassPeopleDemo{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Peoplezhubajie，sunwukong；//聲明對象zhubajie=newPeople()；//為對象分配內(nèi)存sunwukong=newPeople()；zhubajie.height=1.80f；//對象給自己的變量賦值zhubajie.head="大頭"；zhubajie.ear="一雙大耳朵"；sunwukong.height=1.62f；//對象給自己的變量賦值sunwukong.weight=1000f；sunwukong.head="金發(fā)飄飄"；System.out.println("zhubajie的身高："+zhubajie.height)；System.out.println("zhubajie的頭："+zhubajie.head)；System.out.println("sunwukong的重量："+sunwukong.weight)；System.out.println("sunwukong的頭："+sunwukong.head)；zhubajie.speak("俺老豬我想娶媳婦")；//對象調(diào)用方法System.out.println("zhubajie現(xiàn)在的頭："+zhubajie.head)；sunwukong.speak("老孫我重1000斤，我想騙八戒背我")；//對象調(diào)用方法System.out.println("sunwukong現(xiàn)在的頭："+sunwukong.head)；}}

（2）將文件保存在“D：\\myprogram”文件夾中，文件名為PeopleDemo.java。

（3）在“命令提示符”窗口內(nèi)的“D：\\myprogram”提示符下，輸入“javacPeopleDemo.java”命令，然后在新的命令行中，輸入“javaPeopleDemo”命令，運(yùn)行字節(jié)碼程序，輸出程序的運(yùn)行結(jié)果，如圖5-1-2所示。圖5-1-2

程序PeopleDemo的運(yùn)行結(jié)果【進(jìn)階任務(wù)20】創(chuàng)建并應(yīng)用梯形類設(shè)計(jì)過程：（1）在“記事本”中輸入如下程序：classLader//梯形類{floatShangDi，Gao；staticfloatXiaDi；Lader(floatx，floaty，floath)//構(gòu)造函數(shù){ShangDi=x；XiaDi=y；Gao=h；}floatGetXiaDi(){returnXiaDi；}//獲取下底voidSetXiaDi(floatb){XiaDi=b；}//修改下底floatGetShangDi(){returnShangDi；}//獲取上底voidSetShangDi(floatb){ShangDi=b；}//設(shè)置上底floatGetGao(){returnGao；}//獲取高voidSetGao(floatb){Gao=b；}//修改高publicfloatarea(){//求梯形的面積floatresult；result=(ShangDi+XiaDi)Gao/2；returnresult；}}publicclassLaderDemo{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){//分別創(chuàng)建2個(gè)梯形類的對象laderOne和laderTwoLaderladerOne=newLader(3.0f，10.0f，20)，laderTwo=newLader(2.0f，3.0f，10)；laderOne.SetXiaDi(100)；//通過對象操作類變量

System.out.println("laderOne的XiaDi："+laderOne.GetXiaDi())；

System.out.println("laderTwo的XiaDi："+laderTwo.GetXiaDi())；

laderOne.Gao=30；laderTwo.SetXiaDi(60)；

System.out.println("laderOne的ShangDi："+laderOne.GetShangDi())；

System.out.println("laderOne的XiaDi："+laderOne.GetXiaDi())；

System.out.println("laderOne的Gao："+laderOne.GetGao())；

System.out.println("laderOne的面積："+laderOne.area())；

System.out.println("laderTwo的ShangDi："+laderTwo.GetShangDi())；

System.out.println("laderTwo的XiaDi："+laderTwo.GetXiaDi())；

System.out.println("laderTwo的Gao："+laderTwo.GetGao())；

System.out.println("laderTwo的面積："+laderTwo.area())；}}

（2）將文件保存在“D：\\myprogram”文件夾中，文件名為LaderDemo.java。

（3）在“命令提示符”窗口內(nèi)的“D：\\myprogram”提示符下，輸入“javacLaderDemo.java”命令，然后在新的命令行中，輸入“javaLaderDemo”命令，運(yùn)行字節(jié)碼程序，輸出程序的運(yùn)行結(jié)果，如圖5-1-3所示。圖5-1-3

程序LaderDemo的運(yùn)行結(jié)果第三章624三、分支程序與循環(huán)程序設(shè)計(jì)休息一下，鞏固所學(xué)的知識5.2【任務(wù)10】設(shè)計(jì)本科生類和研究生類

任務(wù)描述：

編寫一個(gè)程序UseStudents，設(shè)計(jì)本科生類（Undergraduate）和研究生類（Graduate），兩個(gè)類都由學(xué)生類派生。在本科生類中增加屬性：選修專業(yè)（Specialty），在研究生類中增加屬性：研究方向（Studydirection）。并分別創(chuàng)建這幾個(gè)類的對象。通過該任務(wù)的學(xué)習(xí)，可以初步了解類的繼承和多態(tài)的基本概念，并掌握類的繼承和類的多態(tài)的使用方法。

設(shè)計(jì)過程：

（1）在“記事本”中輸入如下程序：

classStudents{//下面是Students類的成員變量和方法

publicStringname；publicintage；publicStringdegree；publicStudents(Stringname1，intage1，Stringdegree1)//構(gòu)造方法用于初始化類{name=name1；age=age1；degree=degree1；}publicvoidsetName(Stringn){name=n；}//設(shè)置學(xué)生姓名publicvoidsetAge(inta){age=a；}//設(shè)置學(xué)生年齡

publicvoidsetDegree(Stringd){degree=d；}//設(shè)置學(xué)生的學(xué)位

publicStringgetName(){returnname；}//獲取學(xué)生姓名

publicintgetAge(){returnage；}//獲取學(xué)生成績

publicStringgetDegree(){returndegree；}//獲取學(xué)生學(xué)位

publicvoidshow()

{System.out.println("學(xué)生的姓名是："+name)；System.out.println("學(xué)生的年齡是："+age)；System.out.println("學(xué)生的學(xué)位是："+degree+"\\n")；}}classUndergraduateextendsStudents{

//下面是Undergraduate類的成員變量和方法，是Students父類的一個(gè)子類

publicStringSpecialty；//選修專業(yè)

publicUndergraduate(Stringname1，intage1，Stringdegree1，StringSpecialty1)

{//構(gòu)造方法用于初始化類

super(name1，age1，degree1)；

Specialty=Specialty1；

}

publicvoidsetSpecialty(Strings){Specialty=s；}//設(shè)置學(xué)生的選修專業(yè)

publicStringgetSpecialty(){returnSpecialty；}//獲取選修專業(yè)

publicvoidshow()

{System.out.println("學(xué)生的姓名是："+name)；System.out.println("學(xué)生的年齡是："+age)；System.out.println("學(xué)生的學(xué)位是："+degree)；System.out.println("學(xué)生的選修專業(yè)是："+Specialty+"\\n")；}}

classGraduateextendsStudents{

//下面是Graduate類的成員變量和方法，是Students父類的一個(gè)子類

publicStringStudydirection；//研究方向

publicGraduate(Stringname1，intage1，Stringdegree1，StringStudydirection1)

{//構(gòu)造方法用于初始化類

super(name1，age1，degree1)；

Studydirection=Studydirection1；

}

publicvoidsetStudydirection(Strings){Studydirection=s；}//設(shè)置學(xué)生的研究方向

publicStringgetStudydirection(){returnStudydirection；}//獲取研究方向

publicvoidshow()

{

System.out.println("學(xué)生的姓名是："+name)；

System.out.println("學(xué)生的年齡是："+age)；

System.out.println("學(xué)生的學(xué)位是："+degree)；

System.out.println("學(xué)生的研究方向是："+Studydirection+"\\n")；}}

publicclassUseStudents{

publicstaticvoidmain(Stringargs[]){

Studentss1=newStudents("張三"，18，"大專")；

Undergraduates2=newUndergraduate("李四"，20，"本科"，"學(xué)士")；

Graduates3=newGraduate("王五"，28，"碩士"，"Java程序設(shè)計(jì)")；

s1.show()；

s2.show()；

s3.show()；}}

（2）將文件保存在“D：\\myprogram”文件夾中，文件名為UseStudents.java。

（3）在“命令提示符”窗口內(nèi)的“D：\\myprogram”提示符下，輸入“javacUseStudents.java”命令，然后在新的命令行中，輸入“javaUseStudents”命令，運(yùn)行字節(jié)碼程序，輸出程序的運(yùn)行結(jié)果，如圖5-2-1所示。圖5-2-1

程序UseStudents的運(yùn)行結(jié)果

相關(guān)知識

5.2.1類的繼承

繼承是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的一個(gè)重要特征，它是通過繼承原有類的基礎(chǔ)，派生出新類，進(jìn)而開發(fā)出更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型。新開發(fā)的對象既有新定義的行為特征，又包含有原有類定義的行為特征。

繼承的概念