Java 类与对象

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2024年04月01日 12:22 · 阅读数 4

Java 是彻底的、纯粹的面向对象语言。面向对象是 Java 最重要的特性。本章将介绍面向对象基础知识。

特点：

相对面向过程而言，面向对象和面向过程都是一种思想
将功能封装进对象，强调具备了功能的对象。
是一种符合人们思考习惯的思想，可以将复杂的事情简单化，将程序员从执行者转换成了指挥者
面向对象的开发过程：其实就是不断的创建对象，使用对象，指挥对象做事情。
面向对象的设计过程：其实就是在管理和维护对象之间的关系。

面向对象的特征：

封装(encapsulation)：封装能够使外部访问者不能随意存取对象的内部数据，隐藏了对象的内部细节，只保留有限的对外接口。外部访问者不用关心对象的内部细节，使得操作对象变得简单。
继承(inheritance)
多态(polymorphism)：指在父类中成员变量和成员方法被子类继承之后，可以具有不同的状态或表现行为。

类

Java 中用类 Class 来描述事物。是具体事物的抽象，概念上的定义。

属性：对应类中的成员变量。
行为：对应类中的成员函数。

类定义包括类声明和类体两部分，类定义的语法格式如下：

[public][abstract|final] class className [extends superclassName] [implements interfaceNameList] {
    类体
}

成员变量

成员变量是定义在类中的变量，用于存储类的状态或数据。就像成员方法一样，成员变量也是类的一部分。成员变量可以在类的方法中被访问和操作，它们可以用于存储对象的属性或状态信息。成员变量可以有不同的访问修饰符，这些修饰符决定了变量在类外部的可见性和可访问性。

声明类体中成员变量语法格式如下：

[public | protected | private ] [static] [final] type variableName; //成员变量`

成员方法

在 Java 中，成员方法是定义在类中的函数，用于执行特定的操作或任务。

那么什么又是函数呢？下面会详细介绍，这里可以简单理解为函数在编程中是一段可重复执行的代码块。

成员方法可以访问类的属性和其他成员方法，并可以对它们进行操作。成员方法通常使用关键字 public、protected、private 或其他访问修饰符来控制它们在类外部的可见性。不同的修饰符决定了方法是否可以被其他类访问。

[public | protected | private ] [static] [final | abstract] [native] [synchronized] type methodName([paramList]) [throws exceptionList] {
    方法体
}

类变量/静态属性

用 static 关键字修饰的属性是属于类的静态属性，相应的成员变量为类变量。被 static 修饰的类成员特点：是共享数据，随着类的加载而加载，优先于对象存在，被所有对象所共享，可以直接被类名调用。

1. 类变量的访问形式

在本类中直接访问：count
建议通过类名访问：User.count，而不是对象访问，如：x1.count，实际上还是通过类名的方式访问

2. 给类变量赋初值默认赋值即可，也可以用静态初始化代码块 static {count=100;}。注意：静态初始化代码的执行是在 main 方法执行前完成。

类方法/静态方法

用 static 修饰的方法称为静态方法，也叫类方法。静态方法中只能处理类变量，也可访问其它 static 方法，但不能访问任何归属对象空间的变量或方法。而非静态成员变量和方法却可以访问静态资源。

静态方法中不可以使用 this, super 关键字
主函数是静态方法

tip：创建某个工具类，可只提供相应的静态方法，进一步为了让某个类不能创建对象，可以私有化构造函数。

方法

方法的特点：将功能代码进行封装，便于对该功能进行调用。只有被调用才被执行，提高了代码的复用性。 (注意不能在函数的内部定义方法) 。

方法声明

修饰符1 修饰符2... 返回值类型 方法名(形参表，通过逗号分割) [throws 异常列表] { }

其中返回值是方法在操作完成后返还调用它的环境的数据，形式有 2 种：

return 表达式; 方法返回结果为表达式的值
return; 适用于无返回值，用于提前退出方法

注意：方法不能嵌套方法

参数传递

形参：就是形式参数的简称它与实际参数相对应。在方法定义中声明的参数就是形参。

实际参数：在调用方法时传递给方法的具体值。当你定义一个方法时，会在方法签名中声明参数的类型和名称。而在调用这个方法时，你需要提供与方法签名匹配的实际参数。

基本数据类型的参数传递是以传值的方式进行，即将实际参数的值传递给形参；在方法内对形参的修改只影响形参单元，不影响实参
引用类型（如对象、数组等）参数传递是按地址进行传递的。在方法内对形参的访问实际是访问所指引用对象

方法的重载(Overload)

在同一个类中，允许存在一个以上的同名函数，函数参数个数或类型至少其一不同。
由于只考虑参数类型和个数的差异，不考虑出现返回值类型的差异。因为这将导致算法的不确定性，这是不可能存在的。强烈建议重载其返回值类型相同。
方法调用的匹配处理原则是，首先按“精确匹配”原则去查找匹配方法，如果找不到，则按“自动类型转换匹配”原则去查找能匹配的方法。
所谓 “精确匹配” 就是实参和形参类型完全一致。
所谓 “自动转换匹配” 是指虽然实参和形参类型不同，但能将实参的数据按自动转换原则赋值给形参。

注意：mybatis 框架中的 SQL 操作方法签名不支持重载。

方法的覆盖(Override)

方法名、参数列表、完全相同才会产生方法覆盖；
返回类型通常也要一致，只有返回类型为引用类型时，允许子类方法的返回类型是父类方法返回类型的子类型。
覆盖不能改变方法的静态与非静态属性。子类中不能将父类非静态方法定义为静态方法，反之也一样。
被 final 修饰的方法不能被覆盖。

不允许子类方法的访问修饰符比父类有更多的限制。例如：子类不能将父类的 public 方法定义为 protected 方法。但可以将父类的 private 方法在子类中重新定义为 public 方法。通常将子类方法访问修饰符与父类保持一致。

对象的创建

对象的初始化

在创建对象时，要给对象的属性成员分配内存空间，同时进行初始化。

如果定义属性成员时没有指定初值，则系统自动指定初值。在定义属性成员时也可以指定初值。public class Point { private int x=10;……
指定初值的另一种办法是通过初始化块来设置对象的初值(也叫做构造代码块，它是给所有对象进行统一初始化)。注意首先是按照属性定义的初值，然后是初始化块
最后是构造方法：构造方法是给对相关设置初值的规范方法，构造方法是根据方法参数给对象属性赋不同的值

构造方法

用于给对象进行初始化

构造方法的名称必须与类名同名
构造方法没有返回类型
构造方法只能与 new 运算符结合使用

通常一个类可提供多个构造方法，这些方法的参数不同。在创建对象时，系统自动调用参数匹配的构造方法为对象初始化

如果一个类未指定构造方法，则系统自动提供无参构造方法，这个构造函数的权限与所属类一致。如果类被 public 修饰，则默认的构造函数也被 public 修饰。总之默认构造函数的权限是随着类而变化。但如果自定义了构造方法，则系统不再提供无参构造方法。无参构造方法形式如下：public Person() {}，所以一般建议还是主动加上无参构造方法，特别是已经定了了带参的构造方法后，否则在一些 Java 框架在创建对象时系统会报错。

包的使用

在 Java 中为了防止类、接口、枚举和注释等命名冲突引用了包（package）概念，包本质上命名空间（namespace）。在包中可以定义一组相关的类型（类、接口、枚举和注释），并为它们提供访问保护和命名空间管理。

package 语句定义包，package 语句应该放在源文件的第一行，在每个源文件中只能有一个包定义语句，并且 package 语句适用于所有类型（类、接口、枚举和注释）的文件。定义包语法格式如下：package pkg1[.pkg2[.pkg3…]];

Java API 简介：Java 中按包来组织类。包的组织采用分层结构，与文件系统中的目录的组织对应一致。通常将逻辑相关的类放在同一个包中。包将类的命名空间进行有效划分，同一包中不能有两个同名的类。Java 系统提供的类库也成为Java API，是系统提供的已实现的标准类的集合。

建立包

创建包就是在指定目录路径下创建一个子文件夹，这个包中所有类的字节码文件将存放在该文件夹下。

方法 1：创建一个 test 子目录，将源程序文件存放到该目录，在该目录下利用 javac 编译源代码，或者在别处编译完程序后将字节码文件拷贝到该目录即可。

方法 2：采用带路径指示的编译命令：格式：javac –d destpath Point.java

编译器将自动在 destpath 指定的目录下建一个 test 子目录，并将产生的字节码文件保存到该子目录下。典型用法是源程序放在当前目录下，用如下命令编译 javac –d . Point.java。编译后将在当前目录自动创建 test 子目录

包的引用

同一个包下的类之间互相引用是不需要包名的，可以直接使用。但如果类不在同一个包内，则必须要知道其所在的包。

使用类的完全限定名：new java.util.Date()
用 import 语句加载需要使用的类。例：import java.util.Date; 然后在程序中可以直接通过类名创建对象，如：new Date(); 用 import 语句加载整个包，用 * 号代替类名位置。它将加载包中的所有的类。例：import java.util.*;
使用静态导入，它有一个 static 关键字，可以直接导入类的公开静态方法和成员。例：import static java.util.Arrays.*;。但是注意静态导入不应过度使用，否则难以区分访问的是哪个类的代码。

加餐

封装性与访问控制

Java 面向对象的封装性是通过对成员变量和方法进行访问控制实现的，访问控制分为 4 个等级：私有 private、默认、保护 protected 和公有 public。

Java 类与对象

公有级别的关键字是 public，公有级别的成员变量和方法可以在任何场合被直接访问，是最宽松的一种访问控制等级。
保护级别的关键字是 protected，保护级别在同一包中完全与默认访问级别一样，但是不同包中子类能够继承父类中的 protected 变量和方法，这就是所谓的保护级别，“保护”就是保护某个类的子类都能继承该类的变量和方法。
默认级别没有关键字，也就是没有访问修饰符，默认级别的成员变量和方法，可以在其所在类内部和同一个包的其他类中被直接访问，但在不同包的类中则不允许直接访问。
私有级别的关键字是 private，私有级别的成员变量和方法只能在其所在类的内部自由使用，在其他的类中则不允许直接访问。

注意：访问类成员时，在能满足使用的前提下，应尽量限制类中成员的可见性，访问级别顺序是：私有级别 → 默认级别 → 保护级别 → 公有级别。

Jar 包

为方便使用第三方代码，也为了方便我们写的代码给其他人使用，各种程序语言大多有打包的概念，打包的一般不是源代码，而是编译后的代码。打包将多个编译后的文件打包为一个文件，方便其他程序调用。

在 Java 中，编译后的一个或多个包的 Java class 文件可以打包为一个文件，Java 中打包命令为 jar，打包后的文件扩展名为 .jar，一般称之为 jar 包。

可以使用如下方式打包，首先到编译后的 java class 文件根目录，然后运行如下命令：jar -cvf hello.jar <最上层包名>

程序的编译与链接

从Java 源代码到运行的程序，有编译和链接两个步骤。编译是将源代码文件变成扩展名是 .class 的一种字节码，这个工作一般是由 javac 命令完成的。链接是在运行时动态执行的，.class 文件不能直接运行，运行的是 Java 虚拟机，虚拟机听起来比较抽象，执行的就是 Java 命令，这个命令解析 .class 文件，转换为机器能识别的二进制代码，然后运行。所谓链接就是根据引用到的类加载相应的字节码并执行。

Java 编译和运行时，都需要以参数指定一个 classpath，即类路径。类路径可以有多个，对于直接的 class 文件，路径是 class 文件的根目录；对于 jar 包，路径是 jar 包的完整名称（包括路径和 jar 包名）。

总结来说，import 是编译时概念，用于确定完全限定名，在运行时，只根据完全限定名寻找并加载类，编译和运行时都依赖类路径，类路径中的 jar 文件会被解压缩用于寻找和加载类。

对象销毁

对象不再使用时应该销毁。C++ 语言对象是通过 delete 语句手动释放，Java 语言对象是由垃圾回收器（Garbage Collection）收集然后释放，程序员不用关心释放的细节。自动内存管理是现代计算机语言发展趋势，例如：C# 语言的垃圾回收，Objective-C 和 Swift 语言的 ARC（内存自动引用计数管理）。

垃圾回收器（Garbage Collection）的工作原理是：当一个对象的引用不存在时，认为该对象不再需要，垃圾回收器自动扫描对象的动态内存区，把没有引用的对象作为垃圾收集起来并释放。

对象初始化过程总结

new 用到了 class 文件，所以先会找到 class 文件并加载到内存
执行类的 static 代码块
在堆内存中开辟空间，分配内存地址
在堆内存中建立对象的特有属性，并默认初始化
对属性显式初始化
构造代码块初始化
构造函数初始化
将内存地址赋给栈内存变量。

所以加载顺序中：属性显示初始化 早于 构造代码块初始化 早于 构造函数初始化

与之类似，静态属性显示初始化 早于 静态构造代码块初始化

参考

Java 编程的逻辑-微信读书 weread.qq.com/web/reader/…