面向对象编程与Java基础特性解析

### 面向对象编程与 Java 基础特性解析 #### 1. 继承与多态 继承和多态是面向对象编程的两个关键特性。 - **继承**：继承是从一个基类创建一个扩展类或派生类的过程。扩展类拥有基类的所有特性，还可以添加一些额外特性。例如，秘书类可以从更通用的员工类派生而来，秘书类可能包含员工类所没有的`typingSpeed`字段。在 Java 中，继承也称为子类化，基类可称为超类，扩展类可称为子类。继承能让我们轻松为现有类添加特性，在设计包含许多相关类的程序时非常有用，它使得类的重用变得容易，这是面向对象编程的一个关键优势。 - **多态**：多态涉及以相同的方式处理不同类的对象。要实现多态，这些不同的类必须派生自同一个基类。在实践中，多态通常涉及一个方法调用，该调用会为不同类的对象执行不同的方法。例如，对秘书对象调用`display()`方法会调用秘书类中的`display`方法，而对经理对象进行相同的调用则会调用经理类中的不同`display`方法。多态简化并明确了程序设计和编码。 不过，对于不熟悉它们的人来说，继承和多态会带来显著的额外复杂性。为了专注于数据结构和算法，在示例程序中通常会避免使用这些特性。虽然继承和多态是面向对象编程的重要且强大的方面，但对于解释数据结构和算法并非必需。 #### 2. 软件工程 软件工程是研究如何创建大型复杂计算机程序的学科，涉及众多程序员。它专注于程序的整体设计以及根据最终用户的需求创建该设计。软件工程关注软件项目的生命周期，包括规格说明、设计、验证、编码、测试、生产和维护。 将软件工程与数据结构和算法混合在一起，并不一定能帮助学生理解这两个主题。软件工程较为抽象，在亲自参与大型项目之前很难掌握。而数据结构和算法的使用则是一门注重编码和数据存储细节的实用学科。因此，我们主要关注数据结构和算法的本质，例如它们如何实际工作、在特定情况下哪种结构或算法最佳以及如何将它们转换为 Java 代码。 #### 3. Java 与 C++ 的差异 对于尚未接触过 Java 的 C++ 程序员来说，了解 Java 与 C++ 的一些差异很有必要。 - **无指针**：Java 与 C++ 最大的区别在于 Java 不使用指针。对于 C++ 程序员来说，一开始可能会觉得不使用指针很不可思议。但实际上，在本书中我们将使用无指针代码来构建复杂的数据结构，这种方法不仅可行，而且比使用 C++ 指针更容易。Java 只是去掉了显式指针，指针以内存地址的形式仍然存在于底层。有时人们会说在 Java 中一切都是指针，这种说法不完全正确，但很接近事实。 - **引用**：Java 对基本数据类型（如`int`、`float`和`double`）和对象的处理方式不同。例如： ```java int intVar; // 一个名为 intVar 的 int 变量 BankAccount bc1; // 对 BankAccount 对象的引用 ``` 在第一个语句中，名为`intVar`的内存位置实际存储一个数值，如 127（假设已将该值存入）。然而，内存位置`bc1`并不存储`BankAccount`对象的数据，而是包含一个实际存储在内存其他位置的`BankAccount`对象的地址。`bc1`是对该对象的引用，而不是对象本身。如果在程序的某个先前点没有为`bc1`分配对象，它将持有对一个名为`null`的特殊对象的引用。同样，如果`intVar`从未被赋值，它也不会持有数值。如果尝试使用一个从未被赋值的变量，编译器会报错。 在 C++ 中，`BankAccount bc1;`语句实际上会创建一个对象，会预留足够的内存来存储对象的所有数据。而在 Java 中，该语句只是创建了一个用于存放对象内存地址的位置。可以将引用看作具有普通变量语法的指针（C++ 有引用变量，但必须用`&`符号显式指定）。 - **赋值**：赋值运算符`=`在 Java 对象和 C++ 对象上的操作方式不同。在 C++ 中，`bc2 = bc1;`语句会将名为`bc1`的对象的所有数据复制到名为`bc2`的不同对象中，执行该语句后，会有两个具有相同数据的对象。而在 Java 中，相同的赋值语句会将`bc1`引用的内存地址复制到`bc2`中，`bc1`和`bc2`现在都引用同一个对象。如果不清楚赋值运算符的作用，可能会遇到问题。例如，在上述赋值语句之后，`bc1.withdraw(21.00);`和`bc2.withdraw(21.00);`都会从同一个银行账户对象中取出 21 美元。如果确实想将一个对象的数据复制到另一个对象，必须确保一开始有两个独立的对象，然后分别复制每个字段，等号无法完成这项工作。 - **new 运算符**：在 Java 中，任何对象都必须使用`new`来创建。但在 Java 中，`new`返回的是一个引用，而不是像 C++ 那样返回指针。因此，使用`new`时不需要指针。例如： ```java BankAccount ba1; ba1 = new BankAccount(); ``` 消除指针使系统更安全。作为程序员，无法得知`ba1`的实际地址，因此不会意外损坏它。在 C++ 中，使用`new`获取系统内存后，需要使用`delete`来释放不再需要的内存。而在 Java 中，不需要担心释放内存。Java 会定期检查使用`new`获取的每个内存块，查看是否仍然存在对它的有效引用，如果没有，则将该块返回给空闲内存池，这个过程称为垃圾回收。在 C++ 中，几乎每个程序员都曾在某个时候忘记删除内存块，导致“内存泄漏”，消耗系统资源，导致性能下降甚至系统崩溃。而在 Java 中，内存泄漏几乎不会发生。 - **参数传递**：在 C++ 中，经常使用指针将对象传递给函数，以避免复制大型对象的开销。在 Java 中，对象总是作为引用传递，这种方法也避免了复制对象。例如： ```java void method1() { BankAccount ba1 = new BankAccount(350.00); method2(ba1); } void method2(BankAccount acct) { } ``` 在这段代码中，引用`ba1`和`acct`都引用同一个对象。而在 C++ 中，`acct`将是一个从`ba1`复制而来的独立对象。另一方面，基本数据类型总是按值传递，即在方法中会创建一个新变量，并将参数的值复制到其中。 - **相等性和同一性**：在 Java 中，如果讨论的是基本类型，相等运算符`==`会告诉你两个变量是否具有相同的值。例如： ```java int intVar1 = 27; int intVar2 = intVar1; if(intVar1 == intVar2) System.out.println("They’re equal"); ``` 这与 C 和 C++ 的语法相同，但在 Java 中，由于关系运算符使用引用，它们在处理对象时的工作方式不同。当将相等运算符应用于对象时，它会告诉你两个引用是否相同，即它们是否引用同一个对象。例如： ```java carPart cp1 = new carPart("fender"); carPart cp2 = cp1; if(cp1 == cp2) System.out.println("They’re Identical"); ``` 在 C++ 中，该运算符会告诉你两个对象是否包含相同的数据。如果想在 Java 中查看两个对象是否包含相同的数据，必须使