Java中的面向对象编程

### Java 中的面向对象编程 #### 1. Java 基础注意事项 Java 是区分大小写的语言。例如，不能将 `public` 写成大写的 `Public`，否则程序将无法编译。以下是运行 Java 小程序（applet）的步骤： 1. 编译 Java 小程序代码。 2. 将 HTML 页面规范保存为 `MyFirstApplet.html` 文件，且该文件需与 Java 小程序的 `.class` 文件位于同一目录。 3. 使用 JDK 中的 `appletviewer` 命令运行小程序，命令为：`appletviewer MyFirstApplet.html`。 由于小程序窗口的高度和宽度是以像素为单位指定的，所以 `appletviewer` 窗口的实际尺寸取决于显示器的分辨率和大小。 #### 2. Java 面向对象编程概述 Java 是一种面向对象的语言。在非面向对象的编程语言中，解决问题通常需要用数字和字符（即基本数据类型）来表达。而在 Java 这样的面向对象语言中，除了基本数据类型（如数字和字符，也称为原始数据类型），还可以定义与特定问题相关的其他实体或对象。通过这些对象来解决问题，不仅会影响程序的结构，还会改变问题解决方案的表达方式。 例如，如果问题涉及棒球运动员，Java 程序中可能会有 `BaseballPlayer` 对象；如果要编写一个处理加利福尼亚水果生产的程序，可能会有 `Oranges` 对象。面向对象编程不仅是一种构建程序的合理方法，而且通常更易于理解。 #### 3. 什么是对象 任何事物都可以被视为对象。以树为例，`Tree` 可以看作是一类对象的统称，是一个比较抽象的概念。更具体的树的类型，如橡树（`Oak`）、白蜡树（`Ash`）和红杉树（`Redwood`），是 `Tree` 的子类。例如，院子里的橡树 `myOak`、你的院子里的白蜡树 `thatDarnedTree` 以及著名的红杉树 `generalSherman`，都是具体类型树的实例。 以下是树的类关系图： ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px A(Tree):::process --> B(Oak):::process A --> C(Ash):::process A --> D(Redwood):::process B --> E(myOak):::process C --> F(yourAsh):::process D --> G(generalSherman):::process ``` 类是一个规范或蓝图，用一段程序代码表示，用于定义构成特定类型对象的要素。子类继承父类的所有属性，并可以有额外的特性。每个类的对象都有一组共同的属性，但每个对象的这些属性值是唯一的。 #### 4. 定义对象的类 类的定义确定了定义该特定类对象的所有参数。不同的人可能会根据不同的需求，使用不同数量的参数来定义同一个类的对象。例如，定义 `Hat` 类时，可以只使用两个参数：帽子的类型（如 “Fedora” 或 “Baseball cap”）和尺寸（数值）。这些定义对象的参数被称为类的实例变量、属性或类字段。实例变量可以是基本数据类型，也可以是其他类的对象。 以下是 Java 中 `Hat` 类的定义示例： ```java class Hat { // Stuff defining the class in detail goes here. // This could specify the name of the hat, the size, // maybe the color, and whatever else you felt was necessary. } ``` 需要注意的是，`class` 是 Java 中的关键字，只能用于类的定义。在 Java 中还有很多其他关键字，不能将它们用于其他目的。 每个类的对象都有一组特定的值来表征该对象。例如，`CowboyHat` 对象可以由帽子类型（如 “Stetson”）、颜色（如 “White”）和尺寸（如 6）来定义。对象的参数值并不一定是固定的，例如 `CowboyHat` 对象的 `owner` 参数可以在帽子出售或转让时更改，`hatOn` 参数可以表示帽子是否戴在头上。 以下是 `CowboyHat` 类的不同实例： | 实例 | 类型 | 颜色 | 尺寸 | 所有者 | 帽子状态 | | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | | 实例 1 | Stetson | White | 6 | Jed | false | | 实例 2 | Stetson | Gray | 7 | Slim | true | #### 5. 对对象进行操作 类对象不仅仅是各种数据项的集合。除了表征对象的参数外，类还定义了可以对对象执行的操作。这些操作取决于对象的类型、包含的属性以及使用方式。 以 `CowboyHat` 类为例，可以定义 `putHatOn` 和 `takeHatOff` 操作，用于设置 `hatOn` 参数的值，还可以定义 `changeOwner` 操作来更改帽子的所有者。 以下是 `CowboyHat` 类的完整定义示例： ```java class CowboyHat { private String owner; private int size; private boolean hatOn = false; // Constructor to create a CowboyHat object public CowboyHat(String person, int theSize) { size = theSize; owner = person; } // Method to put the hat on public void putHatOn() { hatOn = true; } // Method to take the hat off public void takeHatOff() { hatOn = false; } // Method to change the owner public void changeOwner(String newOwner) { owner = newOwner; } // Method to get the hat size public int getSize() { return size; } } ``` 该代码应保存为 `CowboyHat.java` 文件。类的定义代码位于类名后面的花括号内，每个方法的代码也位于花括号内。类中的实例变量 `owner`、`size` 和 `hatOn` 被声明为 `private`，这意味着只有类的方法内部可以直接访问和更改它们的值。而类的方法被声明为 `public`，可以从类外部访问。 构造函数 `CowboyHat` 用于创建 `CowboyHat` 对象，构造函数的名称必须与类名相同。 #### 6. Java 程序语句 Java 方法中的代码由程序语句组成，每个程序语句以分号结尾。一个语句可以跨多行，因为语句的结束由分号决定，而不是行的结束。例如： ```java hatOn = false; ``` 也可以写成： ```java hatOn = false; ``` 在编写代码时，可以使用空格和制表符来提高代码的可读性，但不能在名称中间插入空格，否则编译器会将其视为两个单词。 ### Java 中的面向对象编程（续） #### 7. 类的封装性 在 Java 的面向对象编程中，封装是一个重要的特性。从 `CowboyHat` 类的例子可以看出，使用 `private` 关键字修饰实例变量，如 `owner`、`size` 和 `hatOn`，这就实现了对这些变量的封装。封装的目的是保护类的内部数据，防止外部代码直接访问和修改。只有通过类内部定义的公共方法，如 `putHatOn()`、`takeHatOff()`、`changeOwner()` 和 `getSize()` 等，才能间接访问和操作这些私有变量。 封装的好处主要体现在以下几个方面： - **数据安全性**：外部代码无法随意修改类的内部数据，只能通过类提供的方法进行操作，这样可以避免数据被错误修改，保证数据的完整性。 - **代码可维护性**：当类的内部实现发生变化时，只要公共方法的接口保持不变，外部代码就不需要进行修改。例如，如果要修改 `CowboyHat` 类中 `size` 变量的存储方式，只要 `getSize()` 方法的返回值保持一致，外部调用该方法的代码就不会受到影响。 #### 8. 构造函数的作用 构造函数是一种特殊的方法，用于创建类的对象。在 `CowboyHat` 类中，构造函数 `public CowboyHat(String person, int theSize)` 的作用是初始化 `CowboyHat` 对象的属性。构造函数的名称必须与类名相同，并且没有返回类型。 构造函数的执行过程如下： 1. 当使用 `new` 关键字创建对象时，如 `CowboyHat myHat = new CowboyHat("John", 7);`，会调用相应的构造函数。 2. 构造函数接收传入的参数，如 `person` 和 `theSize`，并将这些参数赋值给对象的实例变量，从而完成对象的初始化。 不同的构造函数可以有不同的参数列表，这就实现了构造函数的重载。例如，可以为 `CowboyHat` 类添加另一个构造函数： ```java public CowboyHat() { owner = "Unknown"; size = 0; hatOn = false; } ``` 这样，在创建 `CowboyHat` 对象时，如果不传入参数，就会调用这个无参构造函数，将对象的属性初始化为默认值。 #### 9. 方法的定义和调用 在 Java 中，方法是类中执行特定任务的代码块。以 `CowboyHat` 类中的方法为例，每个方法都有特定的功能。 - `putHatOn()` 方法：将 `hatOn` 属性设置为 `true`，表示帽子戴在头上。 - `takeHatOff()` 方法：将 `hatOn` 属性设置为 `false`，表示帽子被取下。 - `changeOwner(String newOwner)` 方法：将 `owner` 属性更新为新的所有者名称。 - `getSize()` 方法：返回 `size` 属性的值。 方法的定义格式如下： ```java [访问修饰符] [返回类型] 方法名([参数列表]) { // 方法体 } ``` 其中，访问修饰符可以是 `public`、`private` 等，用于控制方法的访问权限；返回类型指定方法执行后返回的数据类型，如果方法不返回任何值，则使用 `void`；参数列表是方法接收的输入参数。 调用方法的步骤如下： 1. 创建类的对象，如 `CowboyHat myHat = new CowboyHat("John", 7);`。 2. 使用对象名和方法名调用方法，如 `myHat.putHatOn();`。 #### 10. 面向对象编程的优势总结 面向对象编程在 Java 中具有诸多优势，以下是一个总结表格： | 优势 | 描述 | | ---- | ---- | | **可维护性** | 类的封装和模块化使得代码结构清晰，易于理解和修改。当需要修改某个功能时，只需要修改相应类的内部实现，而不会影响其他部分的代码。 | | **可扩展性** | 可以通过继承和多态等特性，方便地扩展类的功能。例如，可以创建 `CowboyHat` 类的子类，添加新的属性和方法，而不需要修改父类的代码。 | | **可重用性** | 类和对象可以在不同的程序中重复使用。例如，`CowboyHat` 类可以在多个与帽子相关的程序中使用，提高了代码的复用率，减少了开发时间和工作量。 | #### 11. 面向对象编程的流程总结 下面是一个使用 mermaid 绘制的流程图，展示了 Java 面向对象编程的基本流程： ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px A(定义类):::process --> B(定义实例变量):::process B --> C(定义构造函数):::process C --> D(定义方法):::process D --> E(创建对象):::process E --> F(调用方法操作对象):::process ``` 这个流程图展示了从定义类开始，到创建对象并对对象进行操作的整个过程。具体步骤如下： 1. **定义类**：使用 `class` 关键字定义类，如 `class CowboyHat`。 2. **定义实例变量**：在类中定义用于存储对象属性的变量，如 `private String owner;`。 3. **定义构造函数**：创建用于初始化对象属性的构造函数，如 `public CowboyHat(String person, int theSize)`。 4. **定义方法**：在类中定义各种方法，用于操作对象的属性，如 `putHatOn()`、`takeHatOff()` 等。 5. **创建对象**：使用 `new` 关键字和构造函数创建类的对象，如 `CowboyHat myHat = new CowboyHat("John", 7);`。 6. **调用方法操作对象**：通过对象名调用类的方法，对对象进行操作，如 `myHat.putHatOn();`。 通过以上步骤，就可以实现一个完整的 Java 面向对象程序。在实际开发中，按照这个流程进行编程，可以提高代码的质量和开发效率。