Java基礎(chǔ)實(shí)踐教程-類與對(duì)象

3.1面向過(guò)程與面向?qū)ο蟮母拍?.2類與對(duì)象的定義和使用3.3訪問(wèn)修飾符3.4構(gòu)造方法3.5this關(guān)鍵字3.6static關(guān)鍵字人們?cè)谔剿骺陀^世界的時(shí)候，為了更加方便地描述客觀事物，會(huì)對(duì)事物進(jìn)行分門別類。人們把具有相同屬性、特性或者用途的事物歸為一類，在這個(gè)類中的每個(gè)個(gè)體都具有該類的所有特征。這種思維其實(shí)就是面向?qū)ο蟮乃季S，它能夠清晰明了地描述事物的特點(diǎn)和關(guān)系，同時(shí)便于研究和使用。其實(shí)，面向?qū)ο蟮木幊趟枷刖驮从谌藗儗?duì)客觀世界的認(rèn)知思維。Java語(yǔ)言是一門純面向?qū)ο蟮母呒?jí)編程語(yǔ)言，它具有抽象、封裝、繼承和多態(tài)四大特性。從“面向?qū)ο蟆钡拿种芯涂梢钥吹綄?duì)象在Java語(yǔ)言中的重要性。實(shí)際上，Java語(yǔ)言最核心的概念就是類和對(duì)象，它們是實(shí)現(xiàn)上述四大特性的基石。本章圍繞類和對(duì)象這兩個(gè)概念重點(diǎn)介紹類的抽象和封裝。3.1面向過(guò)程與面向?qū)ο蟮母拍?.1.1面向過(guò)程與面向?qū)ο缶幊趟枷敫呒?jí)編程語(yǔ)言分為面向過(guò)程和面向?qū)ο髢深愓Z(yǔ)言，面向過(guò)程的編程思想是按照事物發(fā)展的先后順序把過(guò)程分成幾個(gè)步驟，每個(gè)步驟執(zhí)行一段相對(duì)獨(dú)立的代碼處理一部分?jǐn)?shù)據(jù)，相當(dāng)于把問(wèn)題的處理過(guò)程拆分成一個(gè)個(gè)的方法和數(shù)據(jù)，然后按照一定的順序執(zhí)行。通俗而言，面向過(guò)程編程就是通過(guò)創(chuàng)建變量和方法，并使用多個(gè)方法協(xié)同處理數(shù)據(jù)的過(guò)程。而面向?qū)ο蟮木幊趟枷胧前芽陀^世界中具有相同屬性的事物抽象成類的概念，在類中描繪該類事物共有的屬性(變量)和行為(方法)。該類事物中的每個(gè)個(gè)體就是一個(gè)對(duì)象，每個(gè)對(duì)象可以有自己的屬性值，同時(shí)可以調(diào)用類中的方法。然后在待處理的問(wèn)題中創(chuàng)建一個(gè)個(gè)的對(duì)象，通過(guò)多個(gè)對(duì)象的相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的功能。面向過(guò)程編程和面向?qū)ο缶幊潭际前凑找欢ǖ倪壿嬳樞蛘{(diào)用預(yù)設(shè)的方法解決問(wèn)題。但不同的是，面向過(guò)程編程的基本單元是方法，面向?qū)ο缶幊痰幕締卧穷?，通過(guò)創(chuàng)建類的對(duì)象來(lái)調(diào)用類中定義的方法。當(dāng)要處理的事務(wù)比較簡(jiǎn)單時(shí)，使用面向過(guò)程編程相對(duì)簡(jiǎn)潔。但如果需要處理的事務(wù)繁雜，那么每個(gè)步驟都要單獨(dú)定義一個(gè)方法，在大多時(shí)候方法還不能通用，此時(shí)使用面向?qū)ο蟮木幊谭椒ň蜁?huì)顯得簡(jiǎn)單明了。此外，在代碼后續(xù)的擴(kuò)展和維護(hù)上，面向?qū)ο蟮木幊谭椒ǜ尤菀?。面向過(guò)程和面向?qū)ο缶幊谭绞降膶?duì)比如表3-1-1所示。3.1.2類與對(duì)象的概念類和對(duì)象是面向?qū)ο缶幊痰暮诵母拍?。其中類是?duì)客觀世界中某一類事物的抽象，在描述這類事物的時(shí)候使用到了屬性和行為。對(duì)象是類的實(shí)例化。類是一個(gè)抽象的概念，是對(duì)象的模板，而對(duì)象是一個(gè)具體的實(shí)例，是類的實(shí)體。在代碼實(shí)現(xiàn)時(shí)，屬性使用變量來(lái)描述，行為使用函數(shù)來(lái)描述。面向?qū)ο缶幊痰倪^(guò)程就是根據(jù)需求創(chuàng)建許多不同的類，然后創(chuàng)建每個(gè)類的對(duì)象，每個(gè)對(duì)象都有各自的數(shù)據(jù)值，通過(guò)調(diào)用類中的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的功能邏輯。在Java編程中“一切事物皆對(duì)象”，客觀世界中的所有事物都可以通過(guò)類來(lái)抽象，通過(guò)對(duì)象來(lái)描述。例如，可以創(chuàng)建天氣類來(lái)描述天氣的屬性和行為，可以創(chuàng)建一個(gè)算法類來(lái)描述算法的屬性和行為。在定義類的時(shí)候，并不是這類事物的屬性和行為都需要寫進(jìn)去，也并不是必須同時(shí)具有屬性和行為，而是根據(jù)編程的需求填寫。當(dāng)類定義好之后，就可以創(chuàng)建該類的對(duì)象了。3.2類與對(duì)象的定義和使用3.2.2對(duì)象的創(chuàng)建和使用類只是聲明了一種自定義的引用數(shù)據(jù)類型，在編程時(shí)只有類是不夠的，還需要?jiǎng)?chuàng)建類的對(duì)象。Java類的對(duì)象和數(shù)組相似，都是引用數(shù)據(jù)類型，因此它也符合數(shù)組定義的步驟，即先聲明后實(shí)例化。在編寫代碼時(shí)可以使用兩行代碼，也可以合并成一行代碼。Java對(duì)象的創(chuàng)建格式有如下三種：這三種形式基本沒(méi)有區(qū)別，其中第三種形式更加簡(jiǎn)潔。只是在某些場(chǎng)合使用第二種形式編程會(huì)更加方便些。當(dāng)聲明一個(gè)Student類的對(duì)象stu時(shí)，JVM在內(nèi)存空間為其開(kāi)辟一個(gè)存儲(chǔ)單元，該單元的默認(rèn)值為null。當(dāng)實(shí)例化一個(gè)對(duì)象時(shí)，在內(nèi)存里面就會(huì)開(kāi)辟另一個(gè)空間，里面存儲(chǔ)該對(duì)象的屬性值，同時(shí)將這個(gè)空間的存儲(chǔ)地址賦值到stu變量的存儲(chǔ)單元，如圖3-2-1所示。由此可知，對(duì)象本身存儲(chǔ)的是一個(gè)內(nèi)存單元的地址，這個(gè)地址對(duì)應(yīng)的內(nèi)存空間才是真正存儲(chǔ)對(duì)象屬性值的地方。在Java語(yǔ)言中引用數(shù)據(jù)類型的變量在內(nèi)存中存儲(chǔ)時(shí)基本都是這種模式，如數(shù)組和枚舉等。對(duì)象實(shí)例化后就可以使用本類中的成員了，它的語(yǔ)法規(guī)則為：此外，也可以創(chuàng)建類類型的數(shù)組，它的語(yǔ)法規(guī)則與基本數(shù)據(jù)類型的數(shù)組一致。3.3訪問(wèn)修飾符為了實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的封裝和保護(hù)，在Java語(yǔ)言中定義了類成員的訪問(wèn)修飾符，也叫訪問(wèn)控制符，用來(lái)控制成員能夠被訪問(wèn)的范圍。訪問(wèn)修飾符有以下四種：(1)private(私有的)：只能在當(dāng)前類中可訪問(wèn)。(2)default(缺省的)：不用任何訪問(wèn)修飾符，也稱作默認(rèn)訪問(wèn)修飾符。在當(dāng)前包內(nèi)可訪問(wèn)。(3)protected(保護(hù)的)：在當(dāng)前類、當(dāng)前包以及不同包里面的子類中可訪問(wèn)。(4)public(公有的)：所有類都能訪問(wèn)。表3-3-1總結(jié)了這四種訪問(wèn)修飾符的權(quán)限控制范圍。這里需要注意的是public和default可以用來(lái)修飾class關(guān)鍵字，但protected和private不可以用來(lái)修飾class關(guān)鍵字。通常，類的成員變量使用private來(lái)修飾，成員方法使用public來(lái)修飾。如果需要在類外訪問(wèn)一個(gè)私有化的成員變量，那么可以為其提供公有的訪問(wèn)方式。通常的做法是定義public類型的getter和setter方法，也稱作getter和setter接口。通過(guò)getter方法返回一個(gè)私有化的成員變量，通過(guò)setter方法修改一個(gè)私有化的成員變量。getter及setter方法名的命名規(guī)范為：3.4構(gòu)造方法為了能夠在實(shí)例化對(duì)象的同時(shí)給對(duì)象的屬性賦值，在Java類中定義了一種特殊的成員方法，即構(gòu)造方法。構(gòu)造方法不需要像其他成員方法那樣通過(guò)對(duì)象來(lái)調(diào)用，而是由JVM在實(shí)例化對(duì)象的時(shí)候自動(dòng)調(diào)用。Java構(gòu)造方法必須滿足以下三個(gè)條件：(1)方法沒(méi)有返回類型；(2)方法大括號(hào)內(nèi)可以使用return關(guān)鍵字來(lái)結(jié)束方法的執(zhí)行，但不能使用return語(yǔ)句返回一個(gè)值；(3)方法名與類名相同。Java構(gòu)造方法作為Java函數(shù)的一種，可以重載，同時(shí)也不支持默認(rèn)形參。它為實(shí)例化對(duì)象提供了更豐富的方式。在一個(gè)Java類中至少需要一個(gè)構(gòu)造方法，如果編程人員沒(méi)有定義，那么JVM會(huì)默認(rèn)生成一個(gè)public修飾的、無(wú)參的、沒(méi)有任何執(zhí)行代碼的構(gòu)造方法，例如：如果編程人員定義了類的構(gòu)造方法，不論自定義的構(gòu)造方法是否有形參，JVM都不會(huì)再默認(rèn)生成構(gòu)造方法。通常構(gòu)造方法使用public來(lái)修飾，在一些應(yīng)用場(chǎng)合中也會(huì)使用其他訪問(wèn)修飾符來(lái)修飾自定義的構(gòu)造方法。需要說(shuō)明的是，雖然Java語(yǔ)言從C++語(yǔ)言中汲取了構(gòu)造方法的內(nèi)容，但Java語(yǔ)言摒棄了C++語(yǔ)言中的析構(gòu)函數(shù)。Java類里面不存在析構(gòu)函數(shù)，而是引入了垃圾回收機(jī)制。有了這種機(jī)制，程序員不需要過(guò)多關(guān)心垃圾對(duì)象回收的問(wèn)題，JVM會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)垃圾回收器將垃圾對(duì)象從內(nèi)存中釋放。3.5this關(guān)鍵字一個(gè)類可以創(chuàng)建多個(gè)對(duì)象。當(dāng)一個(gè)對(duì)象被實(shí)例化時(shí)，就會(huì)在內(nèi)存空間為其開(kāi)辟一個(gè)存儲(chǔ)單元，用以存儲(chǔ)該對(duì)象的屬性值。若一個(gè)類有N個(gè)被實(shí)例化的對(duì)象，內(nèi)存空間就會(huì)有N個(gè)存儲(chǔ)單元分別獨(dú)立地存儲(chǔ)每個(gè)對(duì)象的屬性值。類的每個(gè)成員方法在內(nèi)存中只存儲(chǔ)一份，所有對(duì)象都可以去調(diào)用類的成員方法，將自己的屬性值傳遞到函數(shù)中參與運(yùn)算。對(duì)象和成員方法在內(nèi)存中的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖3-5-1所示。那么，成員方法是如何識(shí)別不同的對(duì)象呢？這里就用到了this關(guān)鍵字。在Java中，this關(guān)鍵字主要用于類中，它代表當(dāng)前類對(duì)象的引用。this關(guān)鍵字主要有以下三種用法：(1)使用this關(guān)鍵字訪問(wèn)類的成員變量。(2)使用this關(guān)鍵字訪問(wèn)類的成員方法。(3)使用this關(guān)鍵字訪問(wèn)類的構(gòu)造方法。構(gòu)造方法通常是由JVM自動(dòng)調(diào)用，但程序員可以在構(gòu)造方法內(nèi)使用this關(guān)鍵字調(diào)用其他的構(gòu)造方法。它的調(diào)用格式為：此處調(diào)用的是與this形參列表完全一致的構(gòu)造方法。3.6static關(guān)鍵字在第一個(gè)Java代碼程序中讀者就接觸到了static關(guān)鍵字，它用來(lái)修飾主函數(shù)，放在訪問(wèn)修飾符之后，方法返回類型之前，表示“靜態(tài)的”。實(shí)際上，static關(guān)鍵字在Java語(yǔ)言中既可以修飾成員方法，也可以修飾成員變量、代碼塊等。3.6.1靜態(tài)變量在Java語(yǔ)言中，靜態(tài)變量就是使用static修飾的成員變量。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，有時(shí)候需要一個(gè)類的對(duì)象共享一個(gè)成員變量，以節(jié)省內(nèi)存開(kāi)銷。例如，一個(gè)學(xué)校的學(xué)生可以共享同一個(gè)學(xué)校名稱，在大西洋中的魚(yú)共享同一片海域，人類共享同一個(gè)家園等。由于在創(chuàng)建對(duì)象時(shí)每個(gè)對(duì)象都會(huì)有自己獨(dú)立的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，而共享的成員變量不需要每個(gè)對(duì)象空間都存儲(chǔ)，這時(shí)就可以將這個(gè)共享的成員變量定義為靜態(tài)變量。一個(gè)類的靜態(tài)變量是該類對(duì)象所共享的，因此每個(gè)對(duì)象都可以訪問(wèn)它。同時(shí)靜態(tài)變量在存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)上不屬于某一個(gè)對(duì)象，而是屬于這個(gè)類，因此也可以通過(guò)類名直接訪問(wèn)靜態(tài)變量。在實(shí)例化對(duì)象之前就可以使用類名調(diào)用靜態(tài)變量。建議靜態(tài)變量使用類名調(diào)用，這樣可以直觀地辨別出它是靜態(tài)的。靜態(tài)變量使用類名調(diào)用的語(yǔ)法格式為：類或者任一對(duì)象改變了靜態(tài)變量的值，那么該值就會(huì)即時(shí)更新。如果希望靜態(tài)變量能夠在全局范圍內(nèi)被訪問(wèn)到，就將其定義為公有的。3.6.2靜態(tài)代碼塊類的成員變量分為靜態(tài)變量和非靜態(tài)變量。一般而言，非靜態(tài)變量是通過(guò)構(gòu)造方法初始化的，每次實(shí)例化一個(gè)對(duì)象，都會(huì)調(diào)用相應(yīng)形參的構(gòu)造方法。而靜態(tài)變量不需要每次實(shí)例化對(duì)象的時(shí)候都賦值，大多數(shù)時(shí)候靜態(tài)變量只需要初始化一次就可以了。因此，靜態(tài)變量一般不通過(guò)構(gòu)造方法來(lái)賦值，而是通過(guò)Java類中的靜態(tài)代碼塊來(lái)初始化。靜態(tài)代碼塊是在Java類中獨(dú)立存在的一段代碼，用大括號(hào)括起來(lái)，前面加上static關(guān)鍵字，其語(yǔ)法格式如下：靜態(tài)代碼塊只會(huì)在第一次使用類或者實(shí)例化第一個(gè)本類對(duì)象的時(shí)候才會(huì)執(zhí)行，而且僅執(zhí)行一次。如果靜態(tài)代碼塊、構(gòu)造方法和實(shí)例代碼塊都需要執(zhí)行，那么執(zhí)行的順序依次為：靜態(tài)代碼塊、實(shí)例代碼塊和構(gòu)造方法。需要注意的是，靜態(tài)代碼塊是不可以對(duì)非靜態(tài)變量賦值的。3.6.3靜態(tài)方法static關(guān)鍵字還可以修飾成員方法，此時(shí)這個(gè)方法就被稱為靜態(tài)方法。同靜態(tài)變量一樣，靜態(tài)方法也可以在沒(méi)有創(chuàng)建對(duì)象的情況下使用類名調(diào)用執(zhí)行，而非靜態(tài)方法只能通過(guò)實(shí)例化的對(duì)象調(diào)用。這就是為什么Java語(yǔ)言的主方法使用static修飾