Java面向对象编程

2023-10-30

第一章类与对象

面向对象简介

面向过程指的是面对于一个问题的解决方案，更多情况下不会做出重用的设计。

面向对象主要设计形式为模块化设计，可以进行重用配置，更多情p况下考虑的是标准，然后根据标准进行拼装。

面向对象有三个主要特性：

封装性：内部的操作对外部不可见，当内部的操作都不可直接使用的时候才是安全的；

继承性：在已有结构的基础上继续进行功能的扩充；

多态性：在继承性的基础上扩充而来的概念，指的是类型的转换处理。

面向对象程序开发的步骤：

OOA：面向对象分析；OOD：面向对象设计；OOP：面向对象编程。

类与对象简介

类是对某一类事物共性的抽象概念。

对象描述的是一个具体的产物。

类是一个模板，而对象是类的实例，所以先有类才有对象。（类比为船的图纸（类）与船（对象），根据图纸可以造很多船）

类的组成：

成员属性（Field）：简化称为”属性“，其对象的特征(人的姓名、人的年龄...)，属性是指描述对象的一组数据，表现为对象的一些变量。

操作方法（Method）：表示对象的行为或所作的工作。

类与对象的定义及使用

Java中类是一个独立的结构体，所以需要用class来定义

public class Student {
    // 类的属性：成员变量
    String name;
    int age;
    String like;

    // 成员方法（实例方法）
    public void show(){
        System.out.println("我叫"+name+",今年"+age+",我的爱好"+like);
    }
    // main方法
    public static void main(String[] args) {
        Student stu = new Student(); //创建对象，通过类来创建对象 new 类名()
        stu.name = "张三"; // 调用成员变量赋值：对象名.属性名
        stu.age = 20;
        stu.like = "干饭";
        stu.show(); // 调用成员方法
    }
}

语法：

产生对象：

一步完成：声明并实例化对象：类名称对象名称 = new 类名称();

分步完成：声明对象：类名称对象名称 = null;

实例化对象：对象名称 = new 类名称();

调用：类中的属性：对象名称.成员属性

类中的方法：对象名称.方法名称()

如果程序没有进行对象属性内容的设置，则数据内容为其对应数据类型的默认值。

对象内存分析

Java中类属于引用数据类型，困难之处在于要进行内存的管理。所以对内存管理进行简单分析。

最常用的内存空间：

堆内存：保存对象的具体信息，在程序中堆内存空间的开辟是通过new完成的；

栈内存：保存单块堆内存的地址。即：通过通过地址找到堆内存，而后找到对象内容。但是为了分析简化起见，可以简单的理解为：对象名称保存在了栈内存之中。

直接声明并实例化对象的内存分析：

class Person { // 定义一个类
	String name; // 人的姓名
	int age; // 人的年龄
	public void tell() {
		System.out.println("姓名：" + name + "，年龄：" + age);
	}
}
public class JavaDemo { 
    public static void main(String[] args) { 
        Person per = new Person(); // 声明并实例化对象 
        per.name = "张三"; 
        per.age = 18; 
        per.tell(); // 进行方法的调用 
    } 
}

分步骤声明再实例化对象的内存分析

public class JavaDemo {
	public static void main(String[] args) {
		Person per = null; // 声明对象
		per = new Person(); // 实例化对象
		per.name = "张三";
		per.age = 18;
		per.tell(); // 进行方法的调用
	}
}

所有调用类的属性和方法在实例化对象完成后才能执行，调用只声明但没有实例化的对象

public class JavaDemo {
	public static void main(String[] args) {
		Person per = null; // 声明对象
		per.name = "张三";
		per.age = 18;
		per.tell(); // 进行方法的调用
	}
}

上述代码会产生“java.lang.NullPointerException”的空指向异常，因为此时并没有在堆内存中开辟空间，这种情况只发生于引用数据类型。

对象引用分析

由于类属于引用数据类型，因此就牵扯到内存的引用传递。

引用传递：指同一块堆内存被不同的栈内存所指向。

在主方法中使用引用传递：

public class JavaDemo {
	public static void main(String[] args) {
		Person per1 = new Person(); // 声明并实例化对象
		per1.name = "张三";
		per1.age = 18;
		Person per2 = per1; // 引用传递
		per2.age = 80;
		per1.tell(); // 进行方法的调用
	}
}

利用方法实现引用传递：

与之前的差别最大的地方在于，此时的程序是将Person类的实例化对象（内存地址、属性的参数）传递到了change()方法中，由于传递的是一个Person对象类型，那么change()接收的也是Person类型。

public class JavaDemo {
	public static void main(String[] args) {
		Person per = new Person(); // 声明并实例化对象
		per.name = "张三";
		per.age = 18;
		change(per); // 等价于：Person temp = per;
		per.tell(); // 进行方法的调用
	}
	public static void change(Person temp) {
		temp.age = 80;
	}
}

引用传递可以发生在方法上，要观察方法里面传的的参数类型，同时也要观察方法的执行过程。

引用与垃圾产生分析

引用传递的本质：一场堆内存的调戏游戏。但引用传递，引用不当会产生垃圾。对垃圾产生原因进行简单分析。

public class JavaDemo {
	public static void main(String[] args) {
		Person per1 = new Person(); // 声明并实例化对象
		Person per2 = new Person();
		per1.name = "张三";
		per1.age = 18;
		per2.name = "李四";
		per2.age = 19;
		per2 = per1; // 引用传递
		per2.age = 80;
		per1.tell(); // 进行方法的调用
	}
}

垃圾空间：没有任何栈内存所指向的堆内存空间，所有的垃圾都将被GC（Garbage Collector：垃圾收集器）不定期进行回收，并且释放无用空间，但如果垃圾过多，一定将影响到GC的处理性能，从而降低整体的程序性能。

一个栈内存只能够保存一个堆内存的地址数据，如果发生更改，则之前的地址数据将从此栈内存中彻底消失。

第二章深入分析类与对象

成员属性封装

类的组成就是属性与方法，一般而言方法都是对外提供服务的，所以是不会进行封装处理的；而属性需要较高的安全性，所以就需要封装性对属性进行保护。

对属性进行封装：使用private关键字。

class Person { // 定义一个类
	private String name; // 人的姓名
	private int age; // 人的年龄
	public void tell() {
		System.out.println("姓名：" + name + "，年龄：" + age);
	}
}

属性一旦封装后，外部将不可以直接进行访问。

【setter、getter】设置或取得属性使用setXxx()、getXxx()方法。

设置属性方法：public void setName(String name) {};

获取属性方法：public String getName() {};

class Person { // 定义一个类
	private String name; // 人的姓名
	private int age; // 人的年龄
	public void tell() {
		System.out.println("姓名：" + name + "，年龄：" + age);
	}
	public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String newName) {
        name = newName;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int newAge) {
        age = newAge;
    }
}
public class JavaDemo {
	public static void main(String[] args) {
		Person per = new Person(); // 声明并实例化对象
		per.setName("张三"); // 在类外部通过方法修改私有属性
		per.setAge(18);
		per.tell(); // 进行方法的调用
	}
}

在定义类时，属性都应该使用private封装（98%），并提供setter、getter方法。

构造方法与匿名对象

现在的程序在使用类的时候一般都按照了如下的步骤进行：

声明并实例化对象，这个时候实例化对象中的属性并没有任何的的数据存在，都是其对应数据类型的默认值。

需要通过一系列的setter()方法设置属性值

public class JavaDemo{ // 主类
	public static void main(String args[]){
		// 1、对象初始化准备
		Person per = new Person(); // 声明并实例化对象
		per.setName("张三");
		pei.setAge(-18); // 在类外部修改属性
		// 2、对象的使用
		per.tell(); // 进行方法的调用
	}
}

假设现在类中的属性有很多个，按上述方法，需要调用多次setter方法进行设置，过于麻烦，所有提供构造方法，实现实例化对象中的属性初始化处理。

构造方法作用：实现实例化对象中的属性初始化处理。使用：通过new关键字进行实现（因为实例化对象就是通过new关键字实现的）。

定义要求：

构造方法名称必须与类名称一致；

构造方法不允许设置返回值类型，即：没有返回值定义；

构造方法时在使用new关键字实例化对象时自动调用的。

class Person { // 定义一个类
	private String name; // 人的姓名
	private int age; // 人的年龄
	public Person(String n, int a) { // 定义有参构造
        name = n; // 为类中的属性赋值（初始化）
        age = a; // 为类中的属性赋值（初始化）
    }
	public void tell() {
		System.out.println("姓名：" + name + "，年龄：" + age);
	}
}
public class JavaDemo { // 主类
	public static void main(String[] args) {
		// 1、对象初始化准备
		Person per = new Person("张三", 18); // 声明并实例化对象
		// 2、对象的使用
		per.tell(); // 进行方法的调用
	}
}

实例化对象例子对比：

之前：①Person ②per= ③new ④Person()

当前：①Person ②per= ③new ④Person(“张三”, 18)

解析：

①Person：定义对象的所属类型，类型决定了可以调用的方法；

②per=：实例化对象的名称，所有的操作通过对象来进行访问；

③new：开辟一块新的堆内存空间；

④Person()：调用无参构造； ④Person(“张三”, 18)：调用有参构造。

在Java程序里面考虑到程序结构的完整性，所以所有的类都会提供有构造方法，如果你的类中没有定义的构造方法，那么程序会默认提供无参的构造方法，这个是在程序编译时自动创建的；

如果你的类中有定义构造方法，那么程序则不会自动提供无参的构造方法。所以一个类至少存在有一个构造方法，且永恒存在。

疑问：为什么构造方法上不允许设置返回值类型？

程序编译器是根据代码结构来进行编译处理的，执行时也是根据代码结构来处理的。

因此如果设置了返回值类型，那么构造方法的结构与普通方法的结构完全相同，这样编译器会认为此方法时一个普通方法。

普通方法与构造方法最大的区别：构造方法是在类对象实例化时调用的，而普通方法是在类对象实例化产生之后才可以调用的。

构造方法本身就是一个方法，其具有重载的特点，而构造方法重载的时候只需要考虑参数的类型及个数即可。

进行多个构造方法定义的时候可以有定义的顺序，如按照参数的个数降序或升序进行。

构造方法可以进行数据的设置，而setter也可以进行数据的设置。构造方法是在对象实例化的时候为属性设置初始化内容，而setter还拥有修改数据的内容。

匿名对象：直接实例化对象来进行类的操作（没有声明对象，所以对象是没有名字的）。

public class JavaDemo { // 主类
	public static void main(String[] args) {
		new Person("张三", 10).tell(); // 通过匿名对象直接进行方法的调用
	}
}

通过匿名对象调用方法，由于此对象没有任何的引用名称，因此该对象在使用一次之后就成为了垃圾，而所有的垃圾都将被GC进行回收与释放。

通过以下程序，进行简短的内存分析。

class Message{
	private String title;
	public Message(String t) {
		title = t;
	}
	public String getTitle() {
		return title;
	}
	public void setTitle(String t) {
		title = t;
	}
}
class Person{
	private String name;
	private int age;
	public Person(Message msg,int a ) {
		name = msg.getTitle();
		age = a;
	}
	public Message getInfo(){
		return new Message(name + ":" + age)
	}
	public void tell() {
		System.out.println("姓名" + name + "年龄" + age);
	}
}
public class No1PersonMessage {
	public static void main(String args[]) {
		Message msg = new Message("mldn");
		Person per = new Person(msg,20);
		msg = per.getInfo();
		System.out.println(msg.getTitle());
	}	
}

只要是方法都可以传递任意的数据类型（基本数据类型、引用数据类型）。

this关键字

this可以实现以下三类结构的描述：

当前类中的属性：this.属性名;

当前类中的方法：构造方法：this()；普通方法：this.方法名();

描述当前对象；

在Java程序中，“{}”是作为一个结构体的边界符，所以在程序里面当进行变量（参数 / 属性）使用时，都会以“{}”作为查找边界。按照就近取用的原则，此时的构造方法并没有能够访问类中的属性，所以为了明确标记类中的属性和参数的区别，往往会在属性前追加一个this，表示本类的属性。

只要是访问本类中的属性的时候，都要加this。

class Person {
	private String name;
	private int age;
	public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age
    }
	public void tell() {
		System.out.println("姓名：" + this.name + "，年龄：" + this.age);
	}
}

待续。。。

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