Java基础知识(四) -- 面向对象(上)

独影月下酌酒2024-12-15 11:58

1.概述

Java语言是一种面向对象的程序设计语言，而面向对象思想(OOP)是一种程序设计思想，在面向对象思想的指引下，使用Java语言去设计、开发计算机程序。这里的对象 泛指现实中一切事物，每种事物都具备自己的属性 和行为。

面向对象思想就是在计算机程序设计过程中，参照现实中事物，将事物的属性特征、行为特征抽象出来，描述成计算机事件的设计思想。它区别于面向过程思想(POP)，强调的是通过调用对象的行为来实现功能，而不是自己一步一步的去操作实现。面向对象的语言中，包含了三大基本特征，即封装 、继承 和多态。

2.类和对象

2.1 什么是类?

  • 类 ：是一类具有相同特性的事物的抽象描述，是一组相关属性 和行为的集合。可以看成是一类事物的模板，使用事物的属性特征和行为特征来描述该类事物。

现实中，描述一类事物：

  • 属性：就是该事物的状态信息。
  • 行为：就是该事物能够做什么。

举例：小猫。

​ 属性：名字、体重、年龄、颜色。

​ 行为：走、跑、叫。

2.2 什么是对象?

  • 对象 ：是一类事物的具体体现。对象是类的一个实例 ，必然具备该类事物的属性和行为。现实中，一类事物的一个实例：一只小猫 。
    • 属性：tom、5kg、2 years、yellow。
    • 行为：溜墙根走、蹦跶的跑、喵喵叫。

2.3 类与对象关系

  • 类是对一类事物的描述，是抽象的。
  • 对象是一类事物的实例，是具体的。
  • 类是对象的模板，对象是类的实体。

3.类的定义和对象的创建

Java中用class描述事物也是如此：

  • 成员变量 ：对应事物的属性
  • 成员方法 ：对应事物的行为

3.1 类的创建

类的定义格式:

java 复制代码 
public class ClassName{
    //成员变量
    //成员方法
}
  • 定义类 ：定义类的成员，包括成员变量 和成员方法。
  • 成员变量 ：和定义变量几乎是一样的。只不过位置发生了改变。在类中，方法外。
  • 成员方法：和main方法格式类似。只不过功能和形式更丰富了。
java 复制代码 
public class Person{
    //成员变量
    String name; //姓名
    int age; // 年龄
    boolean isMarried;
    
    public void walk(){
        System.out.println("人走路...")
    }
    
    public String display(){
        return "名字:"+ name + "，年龄:" + age + "，Married：" + isMarried;
    }
}

3.2 对象的创建

对象的定义格式

java 复制代码 
new 类名() // 匿名对象
    
// 把创建的对象用一个引用数据类型的变量保存起来    
类型 对象名 = new 类名();

Q:对象名中存储的是什么? A: 对象地址

java 复制代码 
//如果两个类都在一个.java源文件中，只能有一个类是public的
class Student{
    
}
public class TestStudent{
    //Java程序的入口
    public static void main(String[] args){
        System.out.println(new Student());//JavaBase.Student@4554617c

        Student stu = new Student();
        System.out.println(stu);//JavaBase.Student@74a14482
        
        int[] arr = new int[5];
		System.out.println(arr);//[I@1540e19d
    }
}

从上述的运行结果可以看出, 学生对象和数组对象类似，直接打印对象名和数组名都是显示"类型@对象的hashCode值"，所以类、数组都是引用数据类型，引用数据类型的变量中存储的是对象的地址，或者说指向堆中对象的首地址。

3.3 成员变量

3.3.1 成员变量分类
  • 实例变量：没有static修饰，也叫对象属性，属于某个对象的。
  • 静态变量：有static修饰，也叫类变量，属于整个类的，不是属于某个实例。
3.3.2 如何声明成员变量?
java 复制代码 
【修饰符】 class 类名{
    【修饰符】 数据类型 属性名; // 属性有默认值
    【修饰符】 数据类型 属性名 = 值; // 属性有初始值
}

例:声明一个中国人

java 复制代码 
class Chinese{
    static String country;
    String name;
    char gender = '男'; // 显式赋值
}
3.3.3 如何在类外访问成员变量?
1.类变量
java 复制代码 
类名.静态成员变量  //推荐
对象名.静态成员变量 //不推荐
2.实例变量
java 复制代码 
对象名.普通成员变量  //只能使用这种方式
java 复制代码 
public class TestChinese{
    public static void main(String[] args){
        // 类变量的访问方式:类名.静态成员变量
        System.out.println(Chinese.country)
        
        Chinese c1 = new Chinese();
		//对象名.普通成员变量
		System.out.println(c1.name);
		//静态的成员变量也可以通过对象.进行访问
		//对象名.普通成员变量
		System.out.println(c1.country);
        System.out.println(c1.gender);
    }
}

class Chinese{
    static String country;
    String name;
    char gender = '男';
}
3.3.4 成员变量的特点
1.成员变量有默认值
基本类型 整数（byte，short，int，long） 0
浮点数（float，double） 0.0
字符（char） '\u0000'
布尔（boolean） false
引用类型 数组，类，接口 null
2.类变量的值是所有对象共享，而实例变量的值是属于每个对象
java 复制代码 
public class TestChinese {
    public static void main(String[] args) {
        Chinese c1 = new Chinese();
        Chinese c2 = new Chinese();

        c1.name = "张三";
        c2.name = "李四";
        c2.gender = '女';
        Chinese.country = "中国";//推荐

        System.out.println("c1.country = " + c1.country + ",c1.name = " + c1.name + ",c1.gender = " + c1.gender);
        System.out.println("c2.country = " + c2.country + ",c2.name = " + c2.name + ",c2.gender = " + c2.gender);
    }
}

class Chinese {
    static String country;
    String name;
    char gender = '男';
}

/** 输出结果:
  * c1.country = 中国,c1.name = 张三,c1.gender = 男
  * c2.country = 中国,c2.name = 李四,c2.gender = 女
/
3.3.5 成员变量的内存图

内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来。编写的程序是存放在硬盘中的，在硬盘中的程序是不会运行的，必须放进内存中才能运行，运行完毕后会清空内存。Java虚拟机要运行程序，必须要对内存进行空间的分配和管理，每一片区域都有特定的处理数据方式和内存管理方式。

  • 堆(Heap)：存储对象（包括数组对象），new来创建的，都存储在堆内存。
  • 方法区(Method Area)：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
  • 本地方法栈(Native Method Stack)：为当程序中调用了native的本地方法时，本地方法执行期间的内存区域。
  • 程序计数器(Program Counter Register)：程序计数器是CPU中的寄存器，它包含每一个线程下一条要执行的指令的地址。
  • 虚拟机栈(VM Stack): 用于存储正在执行的每个Java方法的局部变量表等。局部变量表存放了编译期可知长度的各种基本数据类型、对象引用，方法执行完，自动释放。

举例说明

java 复制代码 
package JavaBase;


public class Test08FieldSave {
    public static void main(String[] args) {
        Chinese c1 = new Chinese();
        c1.name = "张三";
        //静态变量，也可以使用"对象名."进行访问
        System.out.println(c1.country);
        //普通成员变量通过"对象名."进行访问
        System.out.println(c1.name);


        Chinese c2 = new Chinese();
        c2.name = "李四";
        System.out.println(c2.country);
        System.out.println(c2.name);

        System.out.println("--------------------------------------");
        //其中一个对象将静态变量的值修改了，其他对象都会改变
        //因为静态变量只存一份
        c1.country = "中华人民共和国";
        System.out.println(c1.country);
        System.out.println(c2.country);
        System.out.println(Chinese.country);


        //其中一个对象将普通成员变量修改了，其他对象不受影响
        c1.name = "张三丰";
        System.out.println(c1.name);
        System.out.println(c2.name);
    }

}

class Chinese {
    //静态成员变量，所有中国人的国家的名称是一样，只需要存储一份
    static String country = "中国";
    //普通成员变量，每一个中国人的姓名是独立，每一个对象单独存储
    String name;
}
/*
输出结果:
中国
张三
中国
李四
--------------------------------------
中华人民共和国
中华人民共和国
中华人民共和国
张三丰
李四
*/

3.4 成员方法

3.4.1 方法的概念

方法也叫函数，是一个独立功能的定义，是一个类中最基本的功能单元。把一个功能封装为方法的目的是，可以实现代码重用，从而简少代码量。

3.4.2 方法的原则

方法的使用原则：

  • (1) 必须先声明后使用

    类，变量，方法等都要先声明后使用

  • (2) 不调用不执行，调用一次执行一次。

3.4.3 成员方法的分类

成员方法分为两类：

  • 实例方法：没有static修饰的方法，必须通过实例对象来调用。
  • 静态方法：有static修饰的方法，也叫类方法，可以由类名来调用。
3.4.4 如何声明成员方法?
    1. 方法声明的位置必须在类中方法外
    1. 语法格式
    java 复制代码 
    【修饰符】 返回值类型 方法名(【参数列表：参数类型1 参数名1,参数类型2 参数名, ...... 】){
        方法体；
        【return 返回值;】
}

    格式详解:

    • 修饰符： 修饰符后面一一介绍，例如：public，static等都是修饰符；
    • 返回值类型： 表示方法运行的结果的数据类型，方法执行后将结果返回到调用者【基本数据类型/引用数据类型/void】;
    • 方法名：见名知意，能准确代表该方法功能的名字;
    • 方法体：特定功能代码;
    • return：结束方法，并将方法的结果返回;
      • 如果返回值类型不是void，方法体中必须保证一定有return 返回值; 并且要求该返回值结果的类型与声明的返回值类型一致或兼容。
      • 如果返回值类型为void时，return 后面不用跟返回值，甚至也可以没有return语句。
      • return语句后面就不能再写其他代码了，否则会报错：Unreachable code

实例:

java 复制代码 
类{
    方法1(){
        
    }
    方法2(){
        
    }
}
3.4.5 如何在其他类中调用方法?
1.实例方法
java 复制代码 
对象名.普通方法(【实参列表】)  //必须通过对象来访问
java 复制代码 
public class TestCircle {
	public static void main(String[] args) {
		Circle c1 = new Circle();
		c1.radius = 1.2;
		System.out.println("c1的面积：" + c1.area());
		//普通方法只能通过"对象."进行访问
//		System.out.println("c1的面积：" + Circle.area());
        
		Circle c2 = new Circle();
		c2.radius = 2.5;
		System.out.println("c2的面积：" + c2.area());
	}
}
class Circle{
	double radius;
	public double area() {
		return Math.PI * radius * radius;
	}
}
2.类方法
java 复制代码 
类名.类方法(【实参列表】)  //推荐
对象名.类方法(【实参列表】) //不推荐

示例:

java 复制代码 
public class TestCount {
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(CountTools.max(4, 1));
		
		//静态方法也可以通过"对象."访问，就是麻烦点
		CountTools c = new CountTools();
		System.out.println(c.max(2, 5));
	}
}
class CountTools{
	static int max(int a, int b) {
		return a > b ? a : b;
	}
}
3.形参与实参
  • 形参：在定义方法时方法名后面括号中声明的变量称为形式参数(简称形参)即形参出现在方法定义时。
  • 实参：调用方法时方法名后括号中使用的值/变量/表达式称为实际参数(简称实参)即实参出现在方法调用时。
  • 调用时，需要传"实参"，实参的个数、类型、顺序顺序要与形参列表一一对应；如果方法没有形参，就不需要也不能传实参。
3.4.6 在本类中访问本类的成员变量和成员方法

  • 直接用，不需要加"对象名."和"类名."

  • 唯一例外：静态方法中不能直接访问本类的非静态的成员变量和成员方法

    java 复制代码 
    class Circle{
	double radius;
	
	//写一个方法，可以返回"圆对象"的详细信息
	String getDetailInfo(){
		return "半径：" + radius + "，面积：" + area() +"，周长：" + perimeter();
	}
	
	//写一个方法，可以返回"圆对象"的面积
	double area(){
		return Math.PI*radius*radius;
	}
	
	//写一个方法，可以返回"圆对象"的周长
	double perimeter(){
		return 2*Math.PI*radius;
	}
}
3.4.7 方法调用内存分析

方法不调用不执行，调用一次执行一次，每次调用会有一个入栈动作，即给当前方法开辟一块独立的内存区域，用于存储当前方法的局部变量的值，当方法执行结束后，会释放该内存，称为出栈，如果方法有返回值，就会把结果返回调用处，如果没有返回值，就直接结束，回到调用处继续执行下一条指令。

栈结构：先进后出，后进先出。

3.4.8 方法的参数传递机制

方法的参数传递机制：实参给形参赋值

  • 方法的形参是基本数据类型时，形参值的改变不会影响实参；
  • 方法的形参是引用数据类型时，形参地址值的改变不会影响实参，但是形参地址值里面的数据的改变会影响实参，例如，修改数组元素的值，或修改对象的属性值。
    • 注意：String、Integer等特殊类型容易错。

示例1:

java 复制代码 
class Test{
    public static void swap(int a, int b){
        int temp = a;
        a = b;
        b = temp;
	}

	public static void main（String[] args){
        int x = 1;
        int y = 2;
        swap(x,y);//调用完之后，x与y的值不变
    }
}

示例2:

java 复制代码 
class Test{
    public static void change(MyData my){
        my.num *= 2;
    }
    
    public static void main(String[] args){
        MyData m = new MyData();
        m.num = 1;
        
        change(m);//调用完之后，m对象的num属性值就变为2
    }
}

class MyData{
    int num;
}

4.成员变量与局部变量的区别

成员变量: 静态变量、实例变量

    1. 声明位置和方式
    • （1）静态变量：在类中方法外，并且有static修饰
    • （2）实例变量：在类中方法外，没有static修饰
    • （3）局部变量：在方法体{}中或方法的形参列表、代码块中
    1. 在内存中存储的位置不同
    • （1）静态变量：方法区
    • （2）实例变量：堆
    • （3）局部变量：栈
    1. 生命周期
    • （1）静态变量：和类的生命周期一样，因为它的值是该类所有对象共享的，早于对象的创建而存在。
    • （2）实例变量：和对象的生命周期一样，随着对象的创建而存在，随着对象被GC回收而消亡，而且每一个对象的实例变量是独立的。
    • （3）局部变量：和方法调用的生命周期一样，每一次方法被调用而在存在，随着方法执行的结束而消亡，而且每一次方法调用都是独立。
    1. 作用域
    • （1）静态变量和实例变量：不谈作用域。在本类中，唯一的限制，静态方法或静态代码块中不能使用非静态的，其他都可以直接使用。在其他类中，能不能使用看修饰符(public,protected,private等)。
    • （2）局部变量：有作用域。
    1. 修饰符
    • （1）静态变量：public,protected,private,final,volatile等，一定有的是static。
    • （2）实例变量：public,protected,private,final,volatile,transient等。
    • （3）局部变量：final。
    1. 默认值
    • （1）静态变量：有默认值
    • （2）实例变量：有默认值
    • （3）局部变量：没有，必须初始化；其中的形参比较特殊，靠实参给它初始化。

5.可变参数

在JDK1.5之后，如果定义一个方法时，此时某个形参的类型可以确定，但是形参的个数不确定，那么可以使用可变参数。格式：

【修饰符】 返回值类型 方法名(【非可变参数部分的形参列表,】参数类型... 形参名){  }

要求：

（1）一个方法最多只能有一个可变参数

（2）如果一个方法包含可变参数，那么可变参数必须是形参列表的最后一个

【修饰符】 返回值类型 方法名(【非可变参数部分的形参列表,】参数类型[] 形参名){  }

只是后面这种定义，在调用时必须传递数组，而前者更灵活，既可以传递数组，又可以直接传递数组的元素，这样更灵活了。

6.方法重载

  • 方法重载：指在同一个类中，允许存在一个以上的同名方法，只要它们的参数列表不同即可，与修饰符和返回值类型无关。
  • 参数列表：数据类型个数不同，数据类型不同，数据类型顺序不同。
  • 重载方法调用：JVM通过方法的参数列表，调用不同的方法。

示例1:比较两个数据是否相等

比较两个数据是否相等。参数类型分别为两个byte类型，两个short类型，两个int类型，两个long类型，并在main方法中进行测试。

java 复制代码 
public class Method_Demo6 {
    public static void main(String[] args) {
        //定义不同数据类型的变量
        byte a = 10;
        byte b = 20;
        short c = 10;
        short d = 20;
        int e = 10;
        int f = 10;
        long g = 10;
        long h = 20;
        // 调用
        System.out.println(compare(a, b));
        System.out.println(compare(c, d));
        System.out.println(compare(e, f));
        System.out.println(compare(g, h));
    }
    // 两个byte类型的
    public static boolean compare(byte a, byte b) {
        System.out.println("byte");
        return a == b;
    }

    // 两个short类型的
    public static boolean compare(short a, short b) {
        System.out.println("short");
        return a == b;
    }

    // 两个int类型的
    public static boolean compare(int a, int b) {
        System.out.println("int");
        return a == b;
    }

    // 两个long类型的
    public static boolean compare(long a, long b) {
        System.out.println("long");
        return a == b;
    }
}

7.总结

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