java面向对象基础(一)

Z时代
2024-01-10
分类：综合

java

基础

类有属性和方法，它们对本类有效(作用范围)。类的属性就是成员变量，它默认会赋值初始化。类的方法是类具有的一些行为。

类是抽象的，将它们实例化后就是对象(通过new进行实例化)，各实例化后的对象都具有这些成员变量的属性，且赋有具体的值，如果某对象没有为成员变量赋值，则采用默认初始化时的值。每个new出来的对象都有自己独立的成员变量，但某个类的所有对象都共享类的方法，因为类方法只是一段放在代码区的代码，只有执行调用类方法时才会产生相关内容。

有了实例化后的对象，就可以引用对象的属性并调用对象的方法(实际上是类的方法，方法是共享的，并不属于某个单独的对象)，这样就可以实现这个对象的相关操作。引用对象的属性方式为"对象名.成员变量"，调用对象的方法的方式为"对象名.方法"。虽说方法是各对象共享的，但显然，"对象名1.方法1"的方法1执行时，方法内部的变量采用的都是对象名1的成员变量。

示例分析：

以一个三维空间上的点类来说，点具有三维坐标xyz，x、y、z就是它们的属性，需要定义为点类的成员变量。点可以求出它到原点的距离、到另一个点的距离，求距离就是通过类的方法(函数)实现。通过new这个点类，就可以实实在在地创建一个点，new一次就一个点，每个点都有自己的xyz属性，每个点的成员变量都在new出来的时候和对象一起存放在heap内存区。每个点都拥有大家共享的求距离方法getDistance()。于是，就可以将这个点类定义为下面的形式：

class Point {
    //定义成员变量，即三个坐标，坐标可能是小数，因此定义为double类型
    double x; 
    double y;
    double z;
    //定义构造方法，使得以后在new一个点对象的时候为点的成员变量xyz赋值
    Point(double _x,double _y,double _z) {
        x = _x;
        y = _y;
        z = _z;
    }
    //有了构造方法，就可以new对象的时候赋值，例如赋值点p对象的xyz分别为1/2/3：
    //Point p =  new Point(1.0,2.0,3.0);
    //定义求两点间距离的方法getDistance()。
    //涉及到两个点：一个是调用该方法的点对象自身，一个是目标点对象
    //因此，需要将目标点对象作为方法的形参，并使用目标点的坐标属性
    double getDistance(Point px) {
        return (x-px.x)*(x-px.x)+(y-px.y)*(y-px.y)+(z-px.z)*(z-px.z);
    }
    //有了方法，以后就可以调用该方法求距离，例如，求点(1,2,3)到原点(0,0,0)的距离
    //Point p = new Point(1.0,2.0,3.0);
    //Point p1 = new Point(0.0,0.0,0.0);
    //System.out.println(p.getDistance(p1));
    //这表示调用点p的方法，求点p到原点p1的距离，
    //p1的属性赋值给方法的形参px(px指向点p1对象)，因此其坐标值为(0,0,0)
    //因为调用的是点p的方法，因此方法中的x/y/z是点p的成员变量值，即(1,2,3)
}

将上述代码整理，并写一个main方法，就可以实现一个计算两点距离的小程序。例如，TestPoint.java文件内是如下内容：

class Point {
    double x,y,z;
    Point(double _x,double _y,double _z) {
        x = _x;
        y = _y;
        z = _z;
    }
    double getDistance(Point p){
        return (x-p.x)*(x-p.x)+(y-p.y)*(y-p.y)+(z-p.z)*(z-p.z);
    }
}
public class TestPoint {
    public static void main(String[] args) {
        Point p = new Point(1.0,2.0,3.0);
        Point p1 = new Point(1.0,0.0,0.0);
        System.out.println(p.getDistance(p1));
    }
}

从上面的例子中可以感受到，面向对象更抽象地说是面向类。在实现某个功能的时候，例如求两个三维点之间的距离时，将点的属性和求距离的方法定义到点类中，以后就不用管点的xyz属性、求三维点之间距离的表达式方法，只要在需要时面向这个类new出点对象，它就有了点的xyz属性，再调用点对象的求距离的方法就可以了。有了面向对象，求三维点距离时，只需知道两件事：为成员变量xyz赋值；记得点类中的方法的名称。这就像为了查看文本内容执行cat命令一样，只要记得cat命令的名称、功能和选项参数即可，无需关心cat的内部机制是如何读取文本内容并将其显示出来的。

在定义一个方法时，需要考虑三个问题：方法的名称如何取、方法的参数、方法是否有返回值。方法的名称暂且不说，方法的参数必须要考虑清楚，例如求两点的距离时，参数可以是某个点的坐标，也可以直接是一个点对象。如果已经定义了点类，那么使用点对象作为参数更符合面向对象的原则；方法的返回值同样重要，返回值决定了这个方法的性质，例如判断两点间的距离是否大于20，就应该返回布尔类型，而不是double类型。

构造方法

构造方法和类同名，它的作用是在对象被new出来时做初始化行为。因为构造方法的目的是初始化，因此构造方法必须不能有返回值，即不能写上数据类型或void关键字。

例如：

class Point {
    double x,y,z;
    //构造方法，注意其名称必须为Point()
    Point(double _x,double _y,double _z) {
        x = _x;
        y = _y;
        z = _z;
    }
}

以后就可以在new对象的时候进行初始化，例如：

Point p = new Point(1,2,3);

如果没有显式定义构造方法，则隐含了一个空构造方法，例如下面的代码中，两个class是完全等价的。

class Point {
    double x,y,z;
}
class Point {
    double x,y,z;
    Point() {}
}

因为初始化有默认的值，所以它们还等价于(0.0是初始化double时的默认值)：

class Point {
    double x,y,z;
    Point() {
        x = 0.0;
        y = 0.0;
        z = 0.0;
    }
}

正因为有隐含的空构造方法，才能在new对象的时候不使用任何参数就能进行成员变量的初始化。例如：

Point p = new Point();

在new对象的时候，对象的参数必须和构造方法完全对应，例如定义了构造方法Point(double _x,double _y,double _z)后，就只能new Point(value1,value2,value3)，而不能不接任何参数new Point()或接少于3个的参数new Point(value1,value2)。

方法的重载(overload)

当两个或多个方法的名称相同，只有参数不同时(可以是参数的个数、参数的数据类型不同)，它们就构成了方法的重载。

方法的重载大大减少了方法数量的定义。例如，要求两个值中较大者，考虑到值可以是整形也可以是小数，于是使用如下方式：

public class Num {
    void intMax(int a,int b) {
        System.out.println(a>b ? a : b);
    }
    void doubleMax(double a,double b) {
        System.out.println(a>b ? a : b);
    }
    public static void main(String[] args) {
        Num n = new Num();
        n.intMax(2,3);
        n.doubleMax(2.0,3.0);
    }
}

这里第一个方法intMax()和第二个方法doubleMax()实际上是重复的，仅仅只是参数类型上不同。这样的设计很不方便，不仅在比较数值时不知道应该调用哪一个方法，还要知道各个方法的区别。

而使用重载就不再有这样的问题。

public class Num {
    void Max(int a,int b) {
        System.out.println(a>b ? a : b);
    }
    void Max(double a,double b) {
        System.out.println(a>b ? a : b);
    }
    public static void main(String[] args) {
        Num n = new Num();
        n.Max(2,3);
        n.Max(2.0,3.0);
    }
}

这两个Max方法名称相同，仅仅只是参数不同。在调用Max()的时候，根据传递的实参(2,3)和(2.0,3.0)，它能能够区分出前者应该使用第一个Max()，后者使用第二个Max()。

重载的本质是在调用方法时能够通过传递的参数个数、参数的值筛选出具体应该使用哪个方法。

例如下面的方法中，前4个都能构成方法重载，而最后一个不能，因为它的定义方式不同。从本质上来说，是因为调用Max()传递两个int整型数值时，无法确定是选择第一个方法还是最后一个方法，而它们又正好是冲突的，因此它们不构成重载。

void Max(int a,int b) {}
void Max(int a,int b,int c) {}
void Max() {}
void Max(char a,char b)
Max(int a,int b) {}

this关键字

在类的方法定义中使用this关键字可以代表该方法的对象的引用，它是new出来的对象中指向对象自身的关键字。当必须指出当前所使用方法的对象是谁时需要使用this，使用this还可以避免成员变量和形参重名的问题。

public class TestThis {
    int i = 100;
    TestThis(int i) {
        this.i = i;   //i为形参i(就近原则)，this.i代表的是对象中的i，即成员变量i
                      //this在此避免了成员变量和形参同名的问题
    }
    TestThis increment() {
        ++i;           //由tt.increment()调用，因此i是成员变量
        return this;   //返回的this代表TestThis类的对象自身
                       //this在此表示对象自身
    }
    void print() {
        System.out.println("i=" + i);
    }
public static void main(String[] args) {
    TestThis tt = new TestThis(10);
    System.out.println("i= " + tt.i);
    tt.increment().increment().print();
    }
}

上述示例中，new TestThis创建了一个TestThis对象，tt指向该对象。tt.increment()表示调用一次tt对象的方法，此时i自增一次，并返回this，this代表的对象正是tt指向的对象，是TestThis类的对象，所以他也有increment()方法，所以还可以继续执行increment()方法，最后再次返回this，最后执行print()方法，输出自增两次后的i值。

注意，虽然可以return this来返回自身对象的引用，但却不能使用return super来返回父类对象的引用。也就是说，父类对象只能操作其内某个成员，不能直接返回父对象整体。

static关键字

static声明的成员变量为静态成员变量，它是该类的共享变量。在第一次使用时被初始化，对于该类的所有对象来说，static成员变量只有一份。

可以通过对象引用或直接通过类名来引用静态成员。即使在没有new出任何对象时，也能直接引用静态成员，因为它属于类。假如类名为T，静态成员变量有i，静态方法有m()，则可以直接使用T.i和T.m()分别引用。当new出来T的一个对象t时，可以使用t.i或t.m()，这和使用T.i和T.m()是完全等价的。(实际上，在不产生冲突的情况下，即使不写类名也可以直接引用静态变量、静态方法)

用static声明的方法为静态方法，静态方法不是针对某个对象来调用的。在调用静态方法时，不会将对象的引用传递给它，所以在static方法中不可访问非static的成员，即静态方法中不可以访问非静态成员变量和其他非静态方法。换句话说，因为静态方法属于类，静态方法看不到heap中各对象中的成员，它只能看到data segment中的静态成员。

public class Student {
    static int cnt = 0;  //static成员变量
    int id;
    String name;
    Student(String name) {
        id = ++cnt;
        this.name = name;
    }
    public void info() {
        System.out.println(" + name);
    }
    public static void main(String[] args) {
        Student.cnt = 100;   //在new之前就可以使用类名直接引用static成员变量并赋值
                             //还可以直接写为"cnt = 100;"
        Student s1 = new Student("Malongshuai");
        Student s2 = new Student("Gaoxiaofang");
        s1.info();
        s2.info();
    }
}

在上面的例子中，静态变量cnt使用类名直接访问，并使用静态变量cnt作为成员变量id的赋值基础("id=++cnt;")。由于静态变量只在最初进行了赋值，后续一直都通过自增的方式进行改变，这是静态变量的广为使用的功能："充当计数器"。

如果把上面的static关键字去掉，并注释Student.cnt行，再编译运行，那么id的输出结果将总是1，因为cnt作为成员变量被初始化，所有对象的cnt都一样，从而导致id的值也一样。

无论是静态变量还是静态方法，它们都可以在new出对象之前直接引用，这时还不存在对象，因此在静态方法中无法使用非静态的成员变量(它们还不存在)。正如上面的public static void main()，它是静态的，可以直接引用cnt，它不需要在运行时先去new一个对象才能执行，否则main就太"不智能"，每次执行都要先new出对象。

如果将static关键字去掉，在编译时将报如下错误：

λ javac Student.java Student.java:16: 错误: 无法从静态上下文中引用非静态变量 cnt Student.cnt=100; ^ 1 个错误

继承

类与类之间能体现"什么是什么"的语义逻辑，就能实现类的继承。例如，猫是动物，那么猫类可以继承动物类，而猫类称为子类，动物类称为父类。

子类继承父类后，子类就具有了父类所有的成员，包括成员变量、方法。实际上在内存中，new子类对象时，heap中划分了一部分区域存放从父类继承来的属性。例如，new parent得到的区域A，new child得到的区域B，区域A在区域B中。

子对象中之所以包含父对象，是因为在new子对象的时候，首先调用子类构造方法构造子对象，在开始构造子对象的时候又首先调用父类构造方法构造父对象。也就是说，在形成子对象之前，总是先形成父对象，然后再慢慢的补充子对象中自有的属性。具体内容见"继承时构造方法的重写super()"。

子类不仅具有父类的成员，还具有自己独有的成员，例如有自己的方法、自己的成员变量。子类、父类中的成员名称不同时这很容易理解，但它们也可能是同名的。如果子类中有和父类继承的同名方法，例如父类有eat()方法，子类也有eat()方法，则这可能是方法的重写(见下文)。如果子类中的成员变量和父类的成员变量同名，则它们是相互独立的，例如父类有name属性，子类还自己定义了一个name属性，这是允许的，因为可以分别使用this和super来调用它们。

继承类时使用extends关键字。继承时，java只允许从一个父类继承。

class Person  {
    String name;
    int age;
    void eat() { System.out.println("eating...");}
    void sleep() {System.out.println("sleep...");}
}
class Student extends Person {
    int studentID;
    Student(int id,String name,int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.studentID = id;
    }
    void study() {System.out.println("studing...");}
}
public class Inherit {
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student(1,"Malongshuai",23);
        System.out.println(s1.studentID+","+s1.name+","+s1.age);
        s1.eat();
        s1.sleep();
        s1.study();
    }
}