6. 面向对象编程

 

1. 面向对象概念

阅读面对对象程序设计，回答以下问题：

1. 什么是面向对象编程
2. 什么是对象和类
3. 什么是类的封装
4. 什么是类的继承
5. 什么是类的多态

1.1 面向对象编程的概念

模拟人类的思维过程，一切皆对象

1.2 对象和类

1.2.1 对象

对象的两个要素：

1. 属性：

   用于描述对象静态特性（结构特性）的数据项
   比如描述一个人的姓名、性别、年龄、出生日期等属性
   

2. 方法：

   用于描述对象动态特性（行为特性）的操作系列
   比如人都具有工作、学习等行为特性
   

对象可以表示：

对象可以是看的见、摸的着的有形的实体，如计算机、飞机、汽车等等；
对象也可以表示人或组织所起的作用，如治病、教学、生产等； 
对象还可以表示事件，如各种事故、演出、战斗、开会等； 
对象更可以表示规则，如各种专家规则、约束条件、正则表达式等

1.2.2 类

把事物归纳、划分成类是我们认知世界常用的方法
分类的依据的原则是抽象，也就是忽略事物的非本质特征，只注意事物的本质特征
找出事物的共性并将具有共同性质的事物划分为同一个类

同一类中的对象有相同的属性（也称为成员变量，它描述该类的静态特性或结构特性）
同一类中的对象有相同的方法（也称服务，它描述该类的行为特性或动态特性）
同一类中的对象遵守相同的语义规则。（共同的约束或规则）

1.2.3 类和对象的关系

1.3面对对象编程原则

1.3.1 封装

对象将数据和数据的操作打包为一个不可分割的最基本模块，使得只有该类的方法可以操纵和改变这些数据，这就是封装
封装是允许有选择地隐藏类中的属性和方法

1.3.1 继承

继承（重用）现有类生成新类

继承关系：

父类是有其它类继承其行为的类
继承父类的类称为子类

1.3.3 多态

多态是建立在继承基础之上的

不同的子类继承自同一个父类，父类的用一个方法以不同方式实现

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2. 面对对象程序设计

2.1 创建类

类就是对象的模板（template ），是对象的抽象。
而对象就是类的一个实例（instance）
类包含：属性；方法
数据成员是通过方法(函数)访问的

2.1.1 类定义

Java使用关键字class定义一个类 定义类时，用属性（成员变量）定义类的静态特征，用方法来定义类的行为特征。

修饰符 class 类名{
  变量类型 变量名;
  …
  变量类型 变量名;
  方法修饰符 返回类型 方法名(形参1,形参2,…){
     //方法体
  }
  …
  方法修饰符 方法名(参数1,参数2,…){
    //方法体
  }
} 

例如：

public class Dog {
    int age;
    String name;
    String color;

    void barking() {
    }

    void sleeping() {
    }
}

2.1.2 定义属性（变量）

语法格式：

    修饰符 变量类型 变量名；
    修饰符 变量类型 变量名 = 变量值；
    private int row = 5;

类中的属性有：

1. 局部变量

   在方法、构造方法或者语句块中定义的变量被称为局部变量。
   变量声明和初始化都是在方法中，方法结束后，变量就会自动销毁。
   

2. 成员变量

   成员变量是定义在类中，方法体之外的变量。
   这种变量在创建对象的时候实例化。
   成员变量可以被类中方法、构造方法和特定类的语句块访问。
   

3. 类变量

   类变量也声明在类中，方法体之外，但必须声明为static类型。
   

4. this关键字：

   //构造方法有三个参数
   public Dog(int age,String name,String color){
       //this代指当前对象，这样区分了局部变量和对象变量同名的问题
       this.age = age;
       this.name = name;
       this.color = color;
   }
   

   作用：表示对当前对象的引用；

   表示类的成员变量，而不是方法中的成员变量，在两者同名时进行区分，最常用的this使用方式；

   注意：this不能在static方法中使用

2.1.3 定义方法

语法格式：

修饰符 方法返回类型 方法名(形参1，形参2，…){
    方法体；//语句
}
例如：
public int add(int i,int j) {
    return i+j;
}

构造方法

构造方法是类的特殊方法，与类同名且没有返回值
对象的创建通过构造方法实现，构造方法的功能是完成对象的初始化，当类实例化一个对象会自动调用构造方法
类中必定有构造方法，若没有则系统自动添加一个无参无方法体的空构造方法

例如：

public Dog(int a,String n,String c){
    age = a;
    name = n;
    color = c;
}

2.1.4 static定义类的属性和方法

1. 静态变量

   不管创建了类的多少实例，整个类中静态变量的副本只有一个。
   引用静态变量的方法：通过类的名称，通过引用类的任一实例
   

   例如：

   //静态变量
   static int numOfLegs = 4;
   

2. 静态方法

   静态方法只能访问静态成员，实例方法可以访问静态和实例成员
   之所以不允许静态方法访问实例成员变量，是因为实例成员变量是属于某个对象的，而静态方法在执行时，并不一定存在对象
   类方法没有this
   

   例如：

   //定义静态方法，获取腿的数量
   public static int getLegs(){
       return numOfLegs;
   }
   

3. main()方法

   main()方法是一个特殊的方法，作为程序的入口，jvm通过调用主方法来执行程序：

   public static void main(String[] args) {
       //方法体
   }
   

   注意：

   主方法是静态的，所以如果要直接在主方法中调用其它方法，则该方法必须也是静态的
   主方法没有返回值
   主方法的形参为数组
   

2.2 创建对象

2.2.1 创建对象的格式

对象是类的实例化

Java中使用new关键字来创建对象

创建对象有两步：

    声明：声明一个对象，包括对象名称和对象类型
    实例化：使用关键字new来创建一个类的对象。

格式：

类名 对象名 = new 类名(); 

例如：

public class Dog {
    int age;
    String name;
    String color;

    //构造方法有三个参数
    public Dog(int a,String n,String c){
        age = a;
        name = n;
        color = c;
    }

    public static void main(String[] args) {
        //生成Dog类的一个对象，并按照构造方法参数表传入参数值
        Dog wangcaiDog = new Dog(1,"Wangcai","brown");
    }
}

2.2.2. 关键字new的作用

创建一块内存空间并将内存空间分配给创建的对象

将对象的属性成员变量全部初始化，并执行构造方法

类成员变量初始值:

Java保证了在任何代码使用该对象之前，已将对象中的状态信息初始化为缺省值

2.3 属性和方法的调用

2.3.1. 对象的属性和方法调用：

格式：
对象.成员变量
对象.方法名()

例如：

//访问对象的变量
int age = wangcaiDog.age;
//调用对象的方法
wangcaiDog.barking();

2.3.2 类的属性和方法调用

格式：
类.成员变量
类.方法名()

例如：

    //调用Dog类的属性
    int numOfLegs = Dog.numOfLegs;
    //调用Dog类的静态方法而不需要生成一个对象来调用
    wangcaiDog.getLegs();

2.4 类的访问控制

Java中一般把属性数据和一些私有的方法声明为private或者protected类型，从而使这些数据或者方法不能被外部修改或调用。

只有我们希望被外部直接访问的属性数据和方法才声明为public。

如果在声明数据和方法时不写是private、protected还是public，那么类型为默认。

2.5 对象的比较

两个对象相比较，一定要注意是比较值还是比较地址

    //生成Dog类的一个对象，并按照构造方法参数表传入参数值
    Dog wangcaiDog = new Dog(1,"Wangcai","brown");
    Dog xiaoheiDog = new Dog(1,"Wangcai","brown");
    System.out.println("两个对象的比较结果为："+(wangcaiDog==xiaoheiDog));

2.6 对象的销毁

对象在创建的时候，系统会分配内存空间给新建的对象，当对象被销毁，内存空间会归还给系统，该对象就不可以再继续使用了。

    //生成Dog类的一个对象，并按照构造方法参数表传入参数值
    Dog wangcaiDog = new Dog(1,"Wangcai","brown");
    Dog xiaoheiDog = new Dog(1,"Wangcai","brown");
    System.out.println("两个对象的比较结果为："+(wangcaiDog==xiaoheiDog));
    //销毁对象，将对象置为空
    wangcaiDog = null;

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3. Java源文件命名规则

源文件声明规则：

当在一个源文件中定义多个类，并且还有import语句和package语句时，要特别注意这些规则。

一个源文件中只能有一个public类
一个源文件可以有多个非public类
源文件的名称应该和public类的类名保持一致。例如：源文件中public类的类名是Employee，那么源文件应该命名为Employee.java。
如果一个类定义在某个包中，那么package语句应该在源文件的首行。
如果源文件包含import语句，那么应该放在package语句和类定义之间。如果没有package语句，那么import语句应该在源文件中最前面。
import语句和package语句对源文件中定义的所有类都有效。在同一源文件中，不能给不同的类不同的包声明。

类有若干种访问级别，并且类也分不同的类型：抽象类和final类等。这些将在访问控制章节介绍。

除了上面提到的几种类型，Java还有一些特殊的类，如：内部类、匿名类。

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4. Java包机制和import语句

4.1 Java包

包主要用来对类和接口进行分类。当开发Java程序时，可能编写成百上千的类，因此很有必要对类和接口进行分类

4.2 Import语句

在Java中，如果给出一个完整的限定名，包括包名、类名，那么Java编译器就可以很容易地定位到源代码或者类。Import语句就是用来提供一个合理的路径，使得编译器可以找到某个类。 例如，下面的命令行将会命令编译器载入java_installation/java/io路径下的所有类

import java.io.*;

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3. 练习和实践

1. 练习一

   1. 编写一个计算类 Sqrt Class。
   2. 其中包含三个同名方法 sqrt() 用于开平方。
   3. 它们都只有一个参数，参数的类型分别为 int 型、float 型和 double 型。
   4. 它们的功能均为返回参数的平方根，返回值的类型与参数的类型相同。
   5. 在方法 main( ) 中调用上面的三个方法并输出结果。
   

2. 练习二

   1. 编写一个学生的类，要求有姓名、年龄、兴趣、班级编号。
   2. 编写一个教员类，要求有姓名、教授课程、专业方向、教龄，任课班级编号。
   3. 设计一个主方法，要求在主方法中调用这两个类。
   4. 写一个方法判断，学生和教员是否在同一个班级
   

3. 练习三

   1. 设计雇员Employee类。
   2. 记录雇员的情况，包括姓名、年薪、受雇时间。
   3. 要求定义 MyDate 类作为受雇时间，其中包括工作的年、月、日，并用相应的方法对Employee类进行设置。
   4. 编写测试类测试Employee类。要求使用自己的包。
   

4. 练习四

   1. 设计一个长方形类，成员变量包括长和宽。
   2. 类中有计算面积和周长的方法，
   3. 并有相应的set方法和get方法设置和获得长和宽。
   4. 编写测试类测试是否达到预定功能。
   

5. 练习五

   1. 学生有姓名(name)和成绩(score)信息。
   2. 成绩有科目(course)和分数(grade)信息。
   3. 学生类的getResult方法显示输出成绩信息，
   4. setData方法实现初始化学生信息。
   5. 编写学生类(Student)和成绩类(Score)，并测试。