Java基础：面向对象编程3

·云扬·2024-10-16 8:36

1 Java可变长参数

1.1 概述

Java 的可变长参数（Varargs）是在 Java 1.5 中引入的功能，允许方法接受任意数量的相同类型的参数。可变参数的语法是在参数类型后面加上三个点（...），例如 int... numbers。

1.2 使用规则

  • 可变参数必须放在参数列表的最后一位 ：如果方法有多个参数，可变参数必须放在最后。例如：

    java 复制代码 
    public void printNumbers(String prefix, int... numbers) {
    // 方法体
}

  • 只能有一个可变参数：一个方法中只能有一个可变参数。

1.3 原理

当使用可变参数时，Java 会在编译时创建一个数组，数组的大小就是传入的可变参数的数量。然后将这些参数放入数组中，并将数组传递给方法。

例如：

java 复制代码 
public void printNumbers(int... numbers) {
    for (int number : numbers) {
        System.out.println(number);
    }
}

调用 printNumbers(1, 2, 3) 时，Java 会创建一个 int[] 数组 {1, 2, 3}，然后传递给方法。

1.4 使用场景

可变参数通常用于需要处理任意数量相同类型对象的场景。例如：

  • 打印任意数量的整数
  • 计算任意数量的数字的和
  • 处理任意数量的字符串

1.5 注意事项

  • 避免重载带有可变参数的方法：重载带有可变参数的方法可能会导致编译器无法确定调用哪个方法，从而引发编译错误。例如：

    java 复制代码 
    public void print(String... args) {
    // 方法体
}

public void print(String arg1, String... args) {
    // 方法体
}

    调用 print("a") 时，编译器无法确定是调用第一个方法还是第二个方法。

  • 明确指示：如果必须重载带有可变参数的方法，确保在调用时明确指示参数，避免编译器混淆。

1.6 示例代码

java 复制代码 
public class VarargsExample {
    public static void main(String[] args) {
        printNumbers(1, 2, 3);
        printNumbers(4, 5);
        printNumbers();
    }

    public static void printNumbers(int... numbers) {
        for (int number : numbers) {
            System.out.println(number);
        }
    }
}

2 Java native方法

2.1 概念

本地方法 （Native Method）是用 native 关键字修饰的方法，通常不需要用 Java 语言实现。本地方法允许 Java 代码调用其他语言（如 C/C++）编写的代码。

2.2 JNI：Java Native Interface

JNI（Java Native Interface）是 Java 平台的一部分，从 Java 1.1 开始引入，允许 Java 代码与其他语言编写的代码进行交互。JNI 主要用于以下场景：

  • 标准 Java 类库不支持的功能
  • 调用已有的 C/C++ 库
  • 提高性能，特别是在需要接近硬件或运行次数特别多的方法中

2.2.1 JNI 的优点

  • 扩展 Java 功能：可以通过 JNI 调用其他语言编写的库。
  • 性能优化：在某些情况下，使用本地代码可以提高性能。

2.2.2 JNI 的缺点

  • 跨平台性丧失：本地代码通常不跨平台，需要在不同系统环境下重新编译。
  • 安全性降低：本地代码的不当使用可能导致程序崩溃。

2.3 用 C 语言编写本地方法

2.3.1 步骤

  1. 编写带有 native 方法的 Java 类 ，生成 .java 文件。
  2. 编译 Java 类 ，生成 .class 文件。
  3. 生成头文件 ：使用 javah -jni 或 javac -h 生成 .h 文件。
  4. 实现本地方法 ：使用 C/C++ 实现 .h 文件中的方法，生成 .c 或 .cpp 文件。
  5. 生成动态链接库 ：将 C/C++ 编写的文件生成动态链接库（如 .dll 或 .so）。

2.3.2 示例：HelloWorld 程序

  1. 编写 Java 类：

    java 复制代码 
    public class HelloJNI {
    static {
        System.loadLibrary("hello"); // 加载动态链接库
    }

    public native void sayHello(); // 声明本地方法

    public static void main(String[] args) {
        new HelloJNI().sayHello(); // 调用本地方法
    }
}

  2. 编译 Java 类：

    sh 复制代码 
    javac HelloJNI.java

  3. 生成头文件：

    sh 复制代码 
    javac -h . HelloJNI.java

    这将生成 HelloJNI.h 文件。

  4. 实现本地方法：

    c 复制代码 
    #include <jni.h>
#include "HelloJNI.h"
#include <stdio.h>

JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *env, jobject obj) {
    printf("Hello, JNI!\n");
}

  5. 编写编译脚本：

    sh 复制代码 
    # compile.sh
gcc -I"$JAVA_HOME/include" -I"$JAVA_HOME/include/darwin" -dynamiclib -o libhello.dylib HelloJNI.c

  6. 执行脚本：

    sh 复制代码 
    sh compile.sh

  7. 运行 Java 程序：

    sh 复制代码 
    java HelloJNI

2.4 JNI 调用 C 的流程图

plaintext 复制代码 
Java 代码 -> JNI 接口 -> 本地代码 (C/C++)

2.5 native 关键字

  • native 用于修饰方法，表示该方法的实现在外部定义，通常用 C/C++ 实现。

  • 语法：

    • 修饰方法的位置必须在返回类型之前。
    • 不能用 abstract 修饰，没有方法体。
    • 返回值可以是任意类型。

  • native 方法示例

java 复制代码 
public native void sayHello();

2.6 小结

  • JNI 允许 Java 代码与其他语言编写的代码进行交互，扩展了 Java 的功能。
  • 本地方法 用 native 关键字修饰，通常用于调用 C/C++ 库或提高性能。
  • 注意事项：使用 JNI 会丧失跨平台性，且本地代码的不当使用可能导致程序崩溃。

3 Java构造方法

3.1 概念

构造方法 （Constructor）是 Java 中的一种特殊方法，用于在创建对象时初始化对象的状态。每次使用 new 关键字创建对象时，构造方法至少会被调用一次。如果没有显式定义构造方法，编译器会提供一个默认的无参构造方法。

3.2 创建构造方法的规则

  • 名称与类名相同：构造方法的名称必须与类名完全一致。
  • 无返回类型 ：构造方法没有返回类型，包括 void。
  • 不能是抽象的、静态的、最终的、同步的 ：
    • 抽象 ：构造方法不能被子类继承，因此用 abstract 修饰没有意义。
    • 静态 ：构造方法用于初始化对象，因此用 static 修饰没有意义。
    • 最终 ：构造方法不能被子类继承，因此用 final 修饰没有意义。
    • 同步 ：多个线程不会同时创建内存地址相同的同一个对象，因此用 synchronized 修饰没有必要。

3.3 语法格式

java 复制代码 
class class_name {
    public class_name(){}    // 默认无参构造方法
    public ciass_name([paramList]){}    // 定义有参数列表的构造方法
    ...
    // 类主体
}

3.4 默认构造方法

  • 无参构造方法：如果构造方法没有任何参数，它就是一个无参构造方法。
  • 默认构造方法：如果类中没有显式定义构造方法，编译器会自动提供一个无参构造方法。
  • 目的：主要为对象的字段提供默认值。
  • 代码示例
java 复制代码 
public class DefaultConstructorExample {
    private int value;

    // 编译器提供的默认构造方法
    public DefaultConstructorExample() {
        this.value = 0; // 默认值
    }

    public static void main(String[] args) {
        DefaultConstructorExample obj = new DefaultConstructorExample();
        System.out.println(obj.value); // 输出: 0
    }
}

3.5 有参构造方法

  • 有参数的构造方法：可以有一个或多个参数，用于为不同的对象提供不同的初始值。
  • 替代方案 ：如果没有有参构造方法，可以通过 setter 方法为字段赋值。
  • 代码示例
java 复制代码 
public class ParameterizedConstructorExample {
    private String name;

    public ParameterizedConstructorExample(String name) {
        this.name = name;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ParameterizedConstructorExample obj = new ParameterizedConstructorExample("Java");
        System.out.println(obj.name); // 输出: Java
    }
}

3.6 重载构造方法

  • 构造方法重载：通过提供不同的参数列表来重载构造方法。编译器会根据参数的数量和类型来决定调用哪一个构造方法。
  • 代码示例
java 复制代码 
public class OverloadedConstructorExample {
    private int id;
    private String name;

    public OverloadedConstructorExample(int id) {
        this.id = id;
    }

    public OverloadedConstructorExample(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

    public static void main(String[] args) {
        OverloadedConstructorExample obj1 = new OverloadedConstructorExample(1);
        OverloadedConstructorExample obj2 = new OverloadedConstructorExample(2, "Java");
        System.out.println(obj1.id); // 输出: 1
        System.out.println(obj2.id + " " + obj2.name); // 输出: 2 Java
    }
}

3.7 构造方法和方法的区别

特性 方法 构造方法
目的 反映对象的行为 初始化对象的字段
返回类型 可以有返回类型 没有返回类型
调用方式 明确的，开发者通过代码决定调用 隐式的，通过编译器完成
编译器提供 不会由编译器提供 如果没有明确提供无参构造方法，编译器会提供
名称 可以和类名相同，也可以不同 必须和类名相同

3.8 复制对象

复制一个对象可以通过以下三种方式完成：

  1. 通过构造方法：使用另一个对象作为参数来创建新对象。
  2. 通过对象的值：手动复制对象的每个字段。
  3. 通过 Object 类的 clone() 方法 ：实现 Cloneable 接口并重写 clone() 方法。
  • 通过构造方法
java 复制代码 
public class CopyConstrutorPerson {
    private String name;
    private int age;

    public CopyConstrutorPerson(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public CopyConstrutorPerson(CopyConstrutorPerson person) {
        this.name = person.name;
        this.age = person.age;
    }

    public void out() {
        System.out.println("姓名 " + name + " 年龄 " + age);
    }

    public static void main(String[] args) {
        CopyConstrutorPerson p1 = new CopyConstrutorPerson("沉默王二",18);
        p1.out();

        CopyConstrutorPerson p2 = new CopyConstrutorPerson(p1);
        p2.out();
    }
}

在上面的例子中，有一个参数为 CopyConstrutorPerson 的构造方法，可以把该参数的字段直接复制到新的对象中，这样的话，就可以在 new 关键字创建新对象的时候把之前的 p1 对象传递过去。

  • 通过对象的值
java 复制代码 
public class CopyValuePerson {
    private String name;
    private int age;

    public CopyValuePerson(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public CopyValuePerson() {
    }

    public void out() {
        System.out.println("姓名 " + name + " 年龄 " + age);
    }

    public static void main(String[] args) {
        CopyValuePerson p1 = new CopyValuePerson("沉默王二",18);
        p1.out();

        CopyValuePerson p2 = new CopyValuePerson();
        p2.name = p1.name;
        p2.age = p1.age;
        
        p2.out();
    }
}

直接拿 p1 的字段值复制给 p2 对象（p2.name = p1.name）

  • 通过 Object 类的 clone() 方法
java 复制代码 
public class ClonePerson implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;

    public ClonePerson(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }

    public void out() {
        System.out.println("姓名 " + name + " 年龄 " + age);
    }

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        ClonePerson p1 = new ClonePerson("沉默王二",18);
        p1.out();

        ClonePerson p2 = (ClonePerson) p1.clone();
        p2.out();
    }
}

通过 clone() 方法复制对象的时候，ClonePerson 必须先实现 Cloneable 接口的 clone() 方法，然后再调用clone()方法（ClonePerson p2 = (ClonePerson) p1.clone()）。

3.9 小结

  • 构造方法虽然没有返回值，但返回的是类的对象。
  • 初始化字段只是构造方法的一种工作，它还可以做更多，比如启动线程、调用其他方法等。

4 思维导图


参考链接

  1. Java可变参数详解，5分钟教会我妹

  2. 手把手教你用 C语言实现 Java native 本地方法

  3. Java构造方法：打开Java对象创建之门的钥匙

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