JAVA学习日记(4)——类和对象

1.类和对象的初步认知

C语言是面向过程的,关注的是过程,分析出求解问题的步骤,通过函数调用逐步解决问题
JAVA是基于面向对象,关注的是对象,将一件事情拆分成不同的对象,靠对象之间的交互完成

面向过程注重的是过程,在整个过程中所涉及的行为,就是功能
面向对象注重的是对象,也就是参与过程所涉及到的主体。是通过逻辑将一个个功能实现连接起来

面向过程: 1.把冰箱打开 2. 把大象放入 3. 冰箱关起来
面向对象: 打开冰箱,储存,关闭都是对冰箱的操作,是冰箱的行为。冰箱就是一个对象,所以只要操作冰箱所具备的功能,都要定义在冰箱中

【面向对象概念】

  1. 面向对象是思考问题的一种思考方式,是一种思想。比如:概念与实例。理论与实践。名和实等等
  2. 类就是一类对象的统称。对象就是这一类具体化的一个实例
  3. 面向对象的好处:将复杂的事情变简单了,只要面对一个对象就行

【面向对象设计】
面向对象设计把握一个重要的经验:谁拥有数据,谁对外提供操作这些数据(私有)的方法!
(被动的一方是数据的拥有者,主动的一方是执行者)

开发时:找对象,建对象,用对象,并维护对象之间的关系
后期学习过程当中,我们会就这三点进行深入学习

简而言之
面向对象就是用代码(类)来描述客观世界的事物的一种方式,一个类主要包含一个事物的属性和行为

2.类和类的实例化

类就是一类对象的统称。对象就是这一类具体化的一个实例。

简单的例子:我们做月饼的模子就是一个类,而通过这个模子可以做出月饼,那么在这个例子当中,类就是那个模子,而月饼就是那个对象,所以月饼就是一个实体。一个模子可以实例化无数个对象。
总的来说:类相当于一个模板,对象是由模板产生的样本。一个类,可以产生无数的对象。
声明一个类就是创建一个新的数据类型,而类在 Java 中属于引用类型, Java 使用关键字 class 来声明类。我们来看以下简单的声明一个类。

基本语法

// 创建类
class <class_name>{  
    field;//成员属性
    method;//成员方法
}
// 实例化对象
<class_name> <对象名> = new <class_name>();

class为定义类的关键字,class_name为类的名字,{}中为类的主体。
类中的元素称为:成员属性。
类中的函数称为:成员方法。

示例:

class Person {
    public int age;//成员属性 实例变量
    public String name;
    public String sex;
    public void eat() {//成员方法
       System.out.println("吃饭!");  
   }
    public void sleep() {
       System.out.println("睡觉!");  
   }
}

注意
和之前写的方法不同,这里写的方法不带static关键字,后面会详细去讲static是干什么的

类的实例化

用类类型创建对象的过程,称为类的实例化

  1. 类只是一个模型一样的东西,限定了类有哪些成员.
  2. 一个类可以实例化出多个对象,实例化出的对象 占用实际的物理空间,存储类成员变量
  3. 做个比方。类实例化出对象就像现实中使用建筑设计图建造出房子,类就像是设计图,只设计出需要什么东西,但是并没有实体的建筑存在,同样类也只是一个设计,实例化出的对象才能实际存储数据,占用物理空间
class Person {
    public int age;//成员属性 实例变量
    public String name;
    public String sex;
    public void eat() {//成员方法
       System.out.println("吃饭!");  
   }
    public void sleep() {
       System.out.println("睡觉!");  
   }
}
public class Main{
 	public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();//通过new实例化对象
        person.eat();//成员方法调用需要通过对象的引用调用
        person.sleep();
        //产生对象     实例化对象
        Person person2 = new Person();
        Person person3 = new Person();
 	}
}
//输出结果
吃饭!
睡觉!

注意

  1. new 关键字用于创建一个对象的实例
  2. 使用 “.” 来访问对象中的属性和方法
  3. 同一个类可以创建多个实例

3.类的成员

类的成员可以包含以下:字段、方法、代码块、内部类和接口等。
此处我们重点介绍前三个。

3.1 字段/属性/成员变量

在类中, 但是方法外部定义的变量. 这样的变量我们称为 “字段” 或 “属性” 或 “成员变量”(三种称呼都可以, 一般不会严格区分)

用于描述一个类中包含哪些数据

class Person {
    public String name;   // 字段
    public int age; 
}

class Test {
    public static void main(String[] args) {
    	Person person = new Person();
        System.out.println(person.name);
        System.out.println(person.age);
   }
}
// 执行结果
null
0

注意

  1. 使用 “.” 访问对象的字段
  2. “访问” 既包含读,也包含写
  3. 对于一个对象的字段如果没有显式设置初始值,那么会被设置一个默认的初始值

默认值规则:

  1. 对于各种数字类型,默认值为 0
  2. 对于 boolean 类型,默认值为 false
  3. 对于引用类型(String,Array,以及自定义类),默认值为null

认识null
在前面数组中我们在了解空指针异常的时候已经初步学习了null

null 在 Java 中为 “空引用”,表示不引用任何对象,类似于 C 语言中的空指针,如果对 null 进行 ,操作就会引发异常,即空指针异常

class Person {
    public String name;
    public int age; }
class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        System.out.println(person.name.length());   // 获取字符串长度
   }
}
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
        at Test.main(Test.java:9)

字段就地初始化
很多时候我们不希望字段使用默认值,而是需要我们显式设定初值,可以这样写:

class Person {
    public String name = "张三";
    public int age = 18; 
}
class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        System.out.println(person.name);
        System.out.println(person.age);
   }
}
// 执行结果
张三
18

3.2 方法(method)

就是我们曾经讲过的方法

用于描述一个对象的行为

class Person {
    public int age = 18;
    public String name = "张三";
    
    public void show() {
   System.out.println("我叫" + name + ", 今年" + age + "岁");
   }
}
class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        person.show();
   }
}
// 执行结果
我叫张三,今年18

此处的 show 方法,表示 Person 这个对象具有一个 “展示自我” 的行为

这样的 show 方法是和 person 实例相关联的,如果创建了其他实例,那么 show 的行为就会发生变化

Person person2 = new Person();
person2.name = "李四";
person2.age = 20;
person2.show()
    
// 执行结果
我叫李四, 今年20

方法中还有一种特殊的方法称为 构造方法 (construction method)

在实例化对象的时候会被自动调用到的方法,方法名字和类名相同,用于对象的初始化

虽然我们前面已经能将属性就地初始化,但是有些时候可能需要进行一些更复杂的初始化逻辑,那么就可以使用构造方法

后面我们会详细介绍构造方法的语法

3.3 static关键字

  1. 修饰属性
  2. 修饰方法
  3. 代码块(本课件中会介绍)
  4. 修饰类(后面讲内部类会讲到)

a)修饰属性,Java静态属性和类相关,和具体的实例无关,换句话说,同一个类的不同实例共用同一个静态属性

class TestDemo{
    public int a;
    public static int count; }
public class Main{
    
 public static void main(String[] args) {
        TestDemo t1 = new TestDemo();
        t1.a++;
        TestDemo.count++;
        System.out.println(t1.a);
        System.out.println(TestDemo.count);
        System.out.println("============");
        TestDemo t2 = new TestDemo();
        t2.a++;
        TestDemo.count++;
        System.out.println(t2.a);
        System.out.println(TestDemo.count);
   }
}

输出结果为

1
1
============
1
2

示例代码内存解析:count被static所修饰,所有类共享。且不属于对象,访问方式为:类名 . 属性。
JAVA学习日记(4)——类和对象_第1张图片
例如此时count在方法区内存中而不是存在于堆内存中

b) 修饰方法
如果在任何方法上应用 static 关键字,此方法称为静态方法。

  1. 静态方法属于类,而不属于类的对象。
  2. 可以直接调用静态方法,而无需创建类的实例。
  3. 静态方法可以访问静态数据成员,并可以更改静态数据成员的值。
class TestDemo{
    public int a;
    public static int count;
    
    public static void change() {
        count = 100;
        //a = 10; error 不可以访问非静态数据成员
   }
}
public class Main{
	public static void main(String[] args) {
        TestDemo.change()//无需创建实例对象 就可以调用
        System.out.println(TestDemo.count);   
   }
}

输出结果

100

注意事项1

静态方法和实例无关,而是和类相关,因此这导致了两个情况:

  1. 静态方法不能直接使用非静态数据成员或调用非静态方法(非静态数据成员和方法都是和实例相关的)
  2. this和super两个关键字不能在静态上下文中使用(this 是当前实例的引用,super是当前实例父类实例的引用,也是和当前实例相关)

注意事项2

  1. 我们曾经写的方法为了简单,都统一加上了 static,但实际上一个方法具体要不要带 static,都需要是情形而定.
  2. main 方法为 static 方法

3.4 小结

观察以下代码,分析内存布局

class Person {
    public int age;//实例变量   存放在对象内
    public String name;//实例变量
    public String sex;//实例变量
    public static int count;//类变量也叫静态变量,编译时已经产生,属于类本身,且只有一份。存放在方法区
    public final int SIZE = 10;//被final修饰的叫常量,也属于对象。 被final修饰,后续不可更改
    public static final int  COUNT = 99;//静态的常量,属于类本身,只有一份 被final修饰,后续不可更//实例成员函数
    public void eat() {
       int a = 10;//局部变量
       System.out.println("eat()!");  
   	}
    //实例成员函数
    public void sleep() {
       System.out.println("sleep()!");  
   	}
    //静态成员函数
     public static void staticTest(){
         //不能访问非静态成员
        //sex = "man"; error
        System.out.println("StaticTest()");
     }
}
public class Main{
 	public static void main(String[] args) {
 	 	//产生对象 实例化对象
        Person person = new Person();//person为对象的引用
        System.out.println(person.age);//默认值为0
        System.out.println(person.name);//默认值为null
        //System.out.println(person.count);//会有警告!
        //正确访问方式:
        System.out.println(Person.count);
        System.out.println(Person.COUNT);
        Person.staticTest();
        //总结:所有被static所修饰的方法或者属性,全部不依赖于对象。
        person.eat();
        person.sleep();
 	}
}

输出结果为

0
null
0
99
StaticTest()
eat()!
sleep()!

数据属性的内存布局:
JAVA学习日记(4)——类和对象_第2张图片

4.封装

private/ public 这两个关键字表示 “访问权限控制”

  1. 被 public 修饰的成员变量或者成员方法,可以直接被类的调用者使用
  2. private 修饰的成员变量或者成员方法

换句话说,类的使用者根本不需要知道,也不需要关注一个类都有哪些 private 的成员,从而让类调用者以更低的成本来使用类

直接使用public

class Person {
 	public String name = "张三";
 	public int age = 18; }
class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        System.out.println("我叫" + person.name + ", 今年" + person.age + "岁");
   }
}
// 执行结果
我叫张三,今年18
  1. 这样的代码导致类的使用者(main方法的代码)必须要了解 Person 类内部的实现,才能够使用这个类,学习成本较高
  2. 一旦类的实现者修改了代码(例如把 name 改成 myName),那么类的使用者就需要大规模的修改自己的代码,维护成本较高

解决: 使用 private 封装属性,并提供 public 方法供类的调用者使用

class Person { 
 	private String name = "张三"; 
 	private int age = 18; 
 
 	public void show() { 
 		System.out.println("我叫" + name + ", 今年" + age + "岁"); 
 	} 
} 
class Test { 
 	public static void main(String[] args) { 
		Person person = new Person(); 
 		person.show(); 
 	} 
} 
// 执行结果
我叫张三, 今年18
  1. 此时字段已经使用 private 来修饰,类的调用者(main方法中)不能直接使用,而需要借助 show 方法,此时类的使用者就不必了解 Person 类的实现细节
  2. 同时如果类的实现者修改了字段的名字,类的调用者不需要做出任何修改(类的调用者根本访问不到 name,age这样的字段)

那么问题来了—— 类的实现者万一修改了 public 方法 show 的名字,岂不是类的调用者仍然需要大量修改代码嘛?

这件事情确实如此,但是一般很少会发生,一般类的设计都要求类提供public 方法能比较稳定,不应该频繁发生大的改变,尤其是对于一些基础库中的类,更是如此,每次接口的变动都要仔细考虑兼容性问题

注意

  1. private 不光能修饰字段,也能修饰方法
  2. 通常情况下我们会把字段设为 private 属性,但是方法是否需要设为 public,就需要视具体情形而定,一般我们希望一个类只提供 “必要的” public 方法,而不应该是把所有的方法都无脑设为 public

4.2 getter 和 setter 方法

当我们使用 private 来修饰字段的时候,就无法直接使用这个字段了

代码示例

class Person { 
 	private String name = "张三"; 
 	private int age = 18; 
 
 	public void show() { 
 		System.out.println("我叫" + name + ", 今年" + age + "岁"); 
 	} 
}
class Test { 
 	public static void main(String[] args) { 
 		Person person = new Person(); 
 		person.age = 20; 
 		person.show(); 
 	} 
} 
// 编译出错
Test.java:13: 错误: age可以在Person中访问private 
 		person.age = 20; 
 			  ^ 
1 个错误

此时如果需要获取或者修改这个 private 属性,就需要使用getter/setter方法

代码示例

class Person { 
 	private String name;//实例成员变量
 	private int age; 
 
 	public void setName(String name){ 
 		//name = name;//不能这样写
 		this.name = name;//this引用,表示调用该方法的对象
 	} 
 	public String getName(){ 
		return name; 
 	} 
 
 	public void show(){ 
 		System.out.println("name: "+name+" age: "+age); 
 	} 
} 
public static void main(String[] args) { 
 	Person person = new Person(); 
 	person.setName("caocao"); 
 	String name = person.getName(); 
 	System.out.println(name); 
 	person.show(); 
} 
// 运行结果
caocao 
name: caocao age: 0

注意

  1. getName 即为 getter 方法,表示获取这个成员的值
  2. setName 即为 setter 方法,表示设置这个成员的值
  3. 当set方法的形参名字和类中的成员属性的名字一样的时候,如果不使用this,相当于自赋值,this 表示当前实例的引用
  4. 不是所有的字段都一定要提供 setter / getter 方法,而是要根据实际情况决定提供哪种方法
  5. 在 IDEA 中可以使用 alt + insert (或者 alt + F12) 快速生成 setter / getter 方法

5.构造方法

5.1 基本语法

构造方法是一种特殊方法,使用关键字new实例化新对象时会被自动调用,用于完成初始化操作

new 执行过程

  1. 为对象分配内存空间
  2. 调用对象的构造方法

语法规则

  1. 方法名称必须与类名称相同
  2. 构造方法没有返回值类型声明
  3. 每一个类中一定至少存在一个构造方法(没有明确定义,则系统自动生成一个无参构造)

注意事项

  1. 如果类中没有提供任何的构造函数,那么编译器会默认生成一个不带有参数的构造函数
  2. 若类中定义了构造方法,则默认的无参构造将不再生成.
  3. 构造方法支持重载,规则和普通方法的重载一样

代码示例

class Person { 
 
 	private String name;//实例成员变量
 	private int age; 
 	private String sex; 
 	//默认构造函数 构造对象 
 	public Person() { 
 		this.name = "caocao"; 
 		this.age = 10; 
 		this.sex = "男"; 
 	} 
 	//带有3个参数的构造函数
 	public Person(String name,int age,String sex) { 
 		this.name = name; 
 		this.age = age; 
 		this.sex = sex;
 	} 
 	public void show(){ 
 		System.out.println("name: "+name+" age: "+age+" sex: "+sex); 
 	} 
 
} 
public class Main{ 
 	public static void main(String[] args) { 
 		Person p1 = new Person();//调用不带参数的构造函数 如果程序没有提供会调用不带参数的构造函数
 		p1.show(); 
 		Person p2 = new Person("zhangfei",80,"男");//调用带有3个参数的构造函数
 		p2.show(); 
 	} 
} 
// 执行结果
name: caocao age: 10 sex: 男
name: zhangfei age: 80 sex:

5.2 this关键字

this表示当前对象的引用(注意不是当前对象),可以借助this来访问对象的字段和方法

class Person { 
 	private String name;//实例成员变量
 	private int age; 
 	private String sex; 
 
 	//默认构造函数 构造对象
 	public Person() { 
 		//this调用构造函数
 		this("bbb", 12, "man");//必须放在第一行进行显示
 	} 
 
 	//这两个构造函数之间的关系为重载。
 	public Person(String name,int age,String sex) { 
 		this.name = name; 
 		this.age = age; 
 		this.sex = sex; 
 	} 
 	public void show() { 
 		System.out.println("name: "+name+" age: "+age+" sex: "+sex); 
 	} 
} 
	public class Main{ 
 		public static void main(String[] args) { 
 			Person person = new Person();//调用不带参数的构造函数
 			person.show(); 
 		}
 	} 
// 执行结果
name: bbb age: 12 sex: man

我们会发现在构造函数的内部,我们可以使用this关键字,构造函数是用来构造对象的,对象还没有构造好,我们就使用了this,那this还代表当前对象吗?当然不是,this代表的是当前对象的引用

6.认识代码块

字段的初始化方式有:

  1. 就地初始化
  2. 使用构造方法初始化
  3. 使用代码块初始化

前两种方式前面已经学习过了,接下来我们介绍第三种方式,使用代码块初始化

6.1 什么是代码块

使用 {} 定义的一段代码

根据代码块定义的位置以及关键字,又可分为以下四种:

  1. 普通代码块
  2. 构造块
  3. 静态块
  4. 同步代码块(后续讲解多线程部分再谈)

6.2 普通代码块

普通代码块,定义在方法中的代码块

public class Main{ 
 	public static void main(String[] args) { 
 		{ //直接使用{}定义,普通方法块
 			int x = 10 ; 
 			System.out.println("x1 = " +x); 
 		} 
 		int x = 100 ; 
 		System.out.println("x2 = " +x); 
 	} 
} 
// 执行结果
x1 = 10 
x2 = 100

这种用法较少见

6.3 构造代码块

构造块:定义在类中的代码块(不加修饰符)。也叫:实例代码块。构造代码块一般用于初始化实例成员变量。

class Person{ 
 	private String name;//实例成员变量
 	private int age; 
 	private String sex; 
 
 	public Person() { 
 		System.out.println("I am Person init()!"); 
 	} 
 
 	//实例代码块
 	{ 
 		this.name = "bbb"; 
 		this.age = 12; 
 		this.sex = "man"; 
 		System.out.println("I am instance init()!"); 
 	} 
 
 	public void show(){ 
 		System.out.println("name: "+name+" age: "+age+" sex: "+sex); 
 	} 
 
} 
public class Main { 
 	public static void main(String[] args) { 
 		Person p1 = new Person(); 
 		p1.show(); 
 	} 
} 
// 运行结果
I am instance init()! 
I am Person init()! 
name: bbb age: 12 sex: man

注意事项: 实例代码块会优先于构造函数执行

6.4 静态代码块

使用static定义的代码块。一般用于初始化静态成员属性

class Person{
	private String name;//实例成员变量
 	private int age; 
 	private String sex; 
 	private static int count = 0;//静态成员变量 由类共享数据 方法区
 
 	public Person(){ 
 		System.out.println("I am Person init()!"); 
 	} 
 
 	//实例代码块
 	{ 
 		this.name = "bit"; 
 		this.age = 12; 
 		this.sex = "man"; 
 		System.out.println("I am instance init()!"); 
 	} 
 
 	//静态代码块
 	static { 
 		count = 10;//只能访问静态数据成员 
 		System.out.println("I am static init()!"); 
 	} 
 
 	public void show(){ 
 		System.out.println("name: "+name+" age: "+age+" sex: "+sex); 
 	} 
 
} 
public class Main { 
 	public static void main(String[] args) { 
 		Person p1 = new Person(); 
 		Person p2 = new Person();//静态代码块是否还会被执行?
 	} 
}

注意事项

  1. 静态代码块不管生成多少个对象,其只会执行一次,且是最先执行的。
  2. 静态代码块执行完毕后, 实例代码块(构造块)执行,再然后是构造函数执行。

7.补充说明

7.1 toString方法

我们刚刚注意到,我们在把对象的属性进行打印的时候,都自己实现了show函数比如:示例8代码,其实,我们大可不必。接下来我们看一些示例代码:

代码示例

class Person { 
 	private String name; 
 	private int age; 
 	public Person(String name,int age) { 
 		this.age = age; 
 		this.name = name; 
 	} 
 	public void show() { 
 		System.out.println("name:"+name+" " + "age:"+age); 
 	} 
} 
public class Main { 
 	public static void main(String[] args) { 
 		Person person = new Person("caocao",19); 
 		person.show(); 
 		//我们发现这里打印的是一个地址的哈希值 原因:调用的是Object的toString方法
 		System.out.println(person); 
 	}	 
} 
// 执行结果
name:caocao age:19 
Person@1c168e5

可以使用toString方法来将对象自动转成字符串

代码示例

class Person { 
 	private String name; 
 	private int age; 
 	public Person(String name,int age) { 
 		this.age = age; 
 		this.name = name; 
 	} 
 	public void show() { 
 		System.out.println("name:"+name+" " + "age:"+age); 
 	} 
 	//重写Object的toString方法
 	@Override 
 	public String toString() { 
 		return "Person{" + 
 		"name='" + name + '\'' + 
 		", age=" + age + 
 		'}'; 
 	} 
} 
public class Main { 
 	public static void main(String[] args) {
 		Person person = new Person("caocao",19); 
 		person.show(); 
 		System.out.println(person); 
 	} 
} 
// 执行结果
name:caocao age:19 
Person{name='caocao', age=19}

注意事项:

  1. toString 方法会在 println 的时候被自动调用
  2. 将对象转成字符串这样的操作我们称为 序列化
  3. toString 是 Object 类提供的方法, 我们自己创建的 Person 类默认继承自 Object 类, 可以重写 toString 方法实现我们自己版本的转换字符串方法. (关于继承和重写这样的概念, 我们后面会重点介绍)
  4. @Override 在 Java 中称为 “注解”, 此处的 @Override 表示下面实现的 toString 方法是重写了父类的方法. 关于注解后面会详细介绍
  5. IDEA快速生成Object的toString方法快捷
  6. 上述提到的"继承","重写"等专业词汇这里不必深究,后面我们会进一步学习

7.2 匿名对象

匿名只是表示没有名字的对象

  1. 没有引用的对象称为匿名对象
  2. 匿名对象只能在创建对象时使
  3. 如果一个对象只是用一次, 后面不需要用了, 可以考虑使用匿名对象

代码示例:

class Person { 
 	private String name; 
 	private int age; 
 	public Person(String name,int age) { 
 		this.age = age; 
 		this.name = name; 
 	} 
 	public void show() { 
 		System.out.println("name:"+name+" " + "age:"+age); 
 	} 
} 
public class Main { 
 	public static void main(String[] args) { 
 		new Person("caocao",19).show();//通过匿名对象调用方法
 	} 
} 
// 执行结果
name:caocao age:19

内容重点总结

  1. 一个类可以产生无数的对象,类就是模板,对象就是具体的实例。
  2. 类中定义的属性,大概分为几类:类属性,对象属性。其中被static所修饰的数据属性称为类属性, static修饰的方法称为类方法,特点是不依赖于对象,我们只需要通过类名就可以调用其属性或者方法。
  3. 静态代码块优先实例代码块执行,实例代码块优先构造函数执行。
  4. this关键字代表的是当前对象的引用。并不是当前对象。

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