Java类成员的深入解析与应用

### Java 类成员的深入解析与应用 #### 1. 类方法与常量概述 在 Java 编程中，类方法和常量是非常重要的概念。类方法通常用于与类的所有对象相关的操作，或者是那些在定义任何对象之前就必须存在的过程，比如`main`方法。而常量则可以分为局部常量、实例常量和类常量，不同类型的常量适用于不同的场景。 #### 2. 类方法的使用场景 类方法有多种使用场景，以下是一些常见的情况： - **与类的所有对象相关的过程**：例如处理类的所有对象的属性或行为。 - **在定义对象之前必须存在的过程**：像`main`方法，它是程序的入口点，在对象创建之前就需要存在。 - **类方法的辅助方法**：如果一个方法是类方法的辅助方法，且不涉及实例成员，那么它也应该是类方法。 - **通用工具方法**：如`Math`类中的`round`和`sqrt`方法，它们是通用的工具方法，不依赖于特定的对象。 #### 3. 常量的类型及使用 常量在 Java 中有三种类型：局部常量、实例常量和类常量。 - **局部常量**：在方法内部定义，仅在该方法内有效。例如，在一个温度转换的方法中，可以定义局部常量来表示冰点和转换因子： ```java private double fahrenheitToCelsius(double fahrenheit) { final double FREEZING_POINT = 32.0; final double CONVERSION_FACTOR = 5.0 / 9.0; return CONVERSION_FACTOR * (fahrenheit - FREEZING_POINT); } ``` - **实例常量**：用于描述对象的永久属性，使用`final`修饰符。例如，一个`Person`对象的社会安全号码可以定义为实例常量： ```java public final String SOCIAL_SECURITY_NUMBER; ``` 实例常量的声明通常出现在类定义的顶部，并且通常在构造函数中初始化。 - **类常量**：对于类的所有对象都相同的常量，使用`final`和`static`修饰符。例如，`Math`类中的`PI`和`E`就是类常量。声明类常量的语法如下： ```java <private-or-public> static final <type> <variable-name> = <initial-value>; ``` 以下是一个`Human`类中定义类常量的示例： ```java public class Human { private static final double NORMAL_TEMP = 98.6; private double currentTemp; public boolean isHealthy() { return Math.abs(currentTemp - NORMAL_TEMP) < 1; } public void diagnose() { if ((currentTemp - NORMAL_TEMP) > 5) { System.out.println("Go to the emergency room now!"); } } } ``` #### 4. 常量类型的选择 选择使用哪种类型的常量取决于常量的使用范围和性质： | 常量类型 | 使用场景 | | ---- | ---- | | 局部常量 | 仅在一个方法内需要使用的常量 | | 实例常量 | 描述对象的永久属性 | | 类常量 | 类的所有对象都相同的常量 | #### 5. 编码风格建议 在编码时，建议按照以下顺序进行声明： 1. 类常量 2. 实例常量 3. 类变量 4. 实例变量 5. 构造函数 6. 方法 这样的顺序可以使代码更加清晰，易于理解和维护。 #### 6. 实用工具类的编写 有时候，我们需要实现一些通用的方法，以便多个类可以使用。这些方法被称为实用工具方法，通常放在实用工具类中。例如，`PrintUtilities`类包含了一些与打印相关的常量和方法： ```java public class PrintUtilities { public static final int MAX_COL = 80; public static final int MAX_ROW = 50; public static void printCentered(String s) { int startingCol; startingCol = (MAX_COL / 2) - (s.length() / 2); for (int i=0; i<startingCol; i++) { System.out.print(" "); } System.out.println(s); } public static void printUnderlined(String s) { System.out.println(s); for (int i=0; i<s.length(); i++) { System.out.print("-"); } } } ``` 在实用工具类中，常量和方法通常使用`public`和`static`修饰符，以便其他类可以轻松访问。 #### 7. 实例成员与类成员的结合使用 考虑一个模拟便士罐集合的问题。每个便士罐插入一枚便士时，程序应打印“clink”，并增加该罐的便士计数和总便士计数。当总便士数超过固定目标时，程序应打印“Time to spend!”，并输出每个罐的便士数和总便士数。 以下是`PennyJar`类的实现： ```java public class PennyJar { public static final int GOAL = 10000; private static int allPennies = 0; private int pennies = 0; public int getPennies() { return this.pennies; } public void addPenny() { System.out.println("Clink!"); this.pennies++; PennyJar.allPennies++; if (PennyJar.allPennies >= PennyJar.GOAL) { System.out.println("Time to spend!"); } } public static int getAllPennies() { return PennyJar.allPennies; } } ``` 以下是`PennyJarDriver`类的实现： ```java public class PennyJarDriver { public static void main(String[] args) { PennyJar pennyJar1 = new PennyJar(); PennyJar pennyJar2 = new PennyJar(); pennyJar1.addPenny(); pennyJar1.addPenny(); pennyJar2.addPenny(); System.out.println(pennyJar1.getPennies()); System.out.println(PennyJar.getAllPennies()); } } ``` 在这个例子中，`GOAL`和`allPennies`是类成员，`pennies`是实例成员。`getPennies`和`addPenny`是实例方法，`getAllPennies`是类方法。 #### 8. 方法调用的注意事项 - **实例方法**：需要通过对象引用调用，例如`pennyJar1.addPenny()`。 - **类方法**：可以通过类名调用，例如`PennyJar.getAllPennies()`。不能省略类名前缀，因为类方法在单独的类中。 #### 9. 总结 - 类变量使用`static`修饰符，用于描述类的所有对象的属性。 - 实例变量用于描述单个对象的属性。 - 实例方法可以直接访问类成员和实例成员。 - 类方法可以直接访问类成员，但不能直接访问实例成员，需要使用类名前缀。 - 实例常量使用`final`修饰符，用于描述对象的永久属性。 - 类常量使用`final`和`static`修饰符，用于描述不与任何特定对象关联的永久数据。 - 可以使用类变量引用类的对象的任意长链表，通过类方法访问所有对象，而无需特定对象的引用。 ### 10. 问题解决：使用链表类的类成员和实例成员 #### 10.1 从 PennyJar 程序到 FundRaiser 程序的转变 之前的`PennyJar`程序可以看作是一个“玩具”程序，但它可以帮助我们学习新的技术。现在，我们将使用基于案例的设计方法，将`PennyJar`程序转变为更实用的`FundRaiser`程序。 在`FundRaiser`程序中，每个便士罐变成了募捐代理人，便士变成了捐款承诺，目标从 10,000 便士变成了 10,000 美元的捐款目标。我们将`PennyJar`类替换为更通用的`Agent`类，将`PennyJarDriver`类替换为`FundRaiser`类。 #### 10.2 Agent 类的设计 `Agent`类应该有类似于`PennyJar`类的方法。我们将`getPennies`实例方法替换为`getValue`实例方法，`addPenny`实例方法替换为`addValue`实例方法，`getAllPennies`类方法替换为`getAllValues