面向对象设计—类和对象

原文链接：面向对象设计—类和对象

1. 面向对象程序设计的基本概念

Java是一种面向对象的编程语言。面向对象编程，英文是Object-Oriented Programming，简称OOP。

那什么是面向对象编程？

面向对象其实是现实世界模型的自然延伸。可以将现实世界中的任何实体都看做是对象，对象之间通过消息相互作用。另外，现实世界中的任何实体都可归属于某类事物，任何对象都是某一类事物的实例。如果说传统的过程式编程语言是以过程为中心、以算法为驱动的话，面向对象的编程语言则是以对象为中心、以消息为驱动。用公式表示，过程式编程语言为：程序=算法+数据，面向对象编程语言为：程序=对象+消息。

所有的面向对象编程语言都支持3个概念，即封装、多态性和继承。现实世界中的对象均有属性和行为，映射到计算机程序上，属性则表示对象的数据，行为表示对象的方法（其作用是处理数据或同外界交互）。

所谓封装，就是用一个自主式框架把对象的数据和方法连在一起形成一个整体。可以说，对象是支持封装的手段，是封装的基本单位。类描述了一组有相同特性（属性）和相同行为（方法）的对象。在程序中，类实际上就是数据类型，例如整数、小数等。整数也有一组特性和行为。面向过程的语言与面向对象的语言的区别就在于，面向过程的语言不允许程序员自己定义数据类型，而只能使用程序中内置的数据类型。而为了模拟真实世界，为了更好地解决问题，我们往往需要创建解决问题所必需的数据类型。

接下来我们讨论以下几个词的具体概念：

  • 对象
  • 类
  • 封装性
  • 继承性
  • 多态性

2. 类与对象

对象

现在举个例子，比如现在由一辆汽车，汽车的外观是红色，并由发动机、方向盘、轮胎等组成，并且汽车可以行驶在马路上。如果将汽车搬到Java语言中，汽车就是一个对象，外观、发动机、方向盘、轮胎都属于汽车对象的属性，行驶的动作就是汽车对象的方法。

综上所述，对象的特征分为静态特征和动态特征两种。静态特征指对象的外观、性质、属性等，动态特征指对象具有的功能、行为等。

人们将对象的静态特征抽象为属性，用数据来描述，在Java语言中称之为变量；人们将对象的动态特征抽象为行为，用一组代码来表示，完成对数据的操作，在Java语言中称之为方法。一个对象由一组属性和一组对属性进行操作的方法构成。

类

将具有相同属性及相同行为的一组对象称为类。广义地讲，具有共同性质的事物的集合就称为类。比如我们现实世界中汽车就属于一个类。那么具体的某一辆汽车属于汽车对象。

类的声明与创建

类声明

语法：

class 类名称
{
//类的成员变量
//类的方法
}

实例：

// 声明车类
class Car{
    // 成员变量
    String color;
    
    // 类变量
    public static int count = 0;
    
    // 类方法
    public void drive(){
        // 局部变量
        int speed = 10;
        System.out.println("驾驶");
    }
    
}

一个类可以包含以下类型变量：

  • 局部变量：在方法、构造方法或者语句块中定义的变量被称为局部变量。变量声明和初始化都是在方法中，方法结束后，变量就会自动销毁。
  • 成员变量：成员变量是定义在类中，方法体之外的变量。这种变量在创建对象的时候实例化。成员变量可以被类中方法、构造方法和特定类的语句块访问。
  • 类变量：类变量也声明在类中，方法体之外，但必须声明为 static 类型。
构造方法

每个类都有构造方法。如果没有显式地为类定义构造方法，Java 编译器将会为该类提供一个默认构造方法。

在创建一个对象的时候，至少要调用一个构造方法。构造方法的名称必须与类同名，一个类可以有多个构造方法。

实例：

// 声明车类
class Car{
    // 成员变量
    String color;
    
    //默认构造方法
    public Car(){}
    
    public Car(String color){
        this.color = color;
    }
    
    // 类方法
    public void drive(){
        System.out.println("驾驶");
    }
    
}
创建对象

对象是根据类创建的。在Java中，使用关键字 new 来创建一个新的对象。创建对象需要以下三步：

  • 声明：声明一个对象，包括对象名称和对象类型。
  • 实例化：使用关键字 new 来创建一个对象。
  • 初始化：使用 new 创建对象时，会调用构造方法初始化对象。

实例：

// 声明车类
public class Car{
    // 成员变量
    String color;
    
    //默认构造方法
    public Car(){
        System.out.println("默认构造方法被调用");
    }
    
    // 类方法
    public void drive(){
        System.out.println("驾驶");
    }
    
    public static void main(String[] args){
        // 创建对象并使用 , 实例化的时候会调用对应的构造方法
        Car car = new Car();
        car.color = "红色";
        car.drive();
    }
}
对象使用

如果要访问对象里的某个成员变量或方法，可以通过下面的语法来实现。

  • 访问属性：对象名称.属性名
  • 访问方法：对象名称.方法名()
对象比较

有两种方式可用于对象间的比较，即“= =”运算符与equals()方法。“= =”运算符用于比较两个对象的内存地址值是否相等，equals()方法用于比较两个对象的内容是否一致。

// 声明车类
public class Car{
    // 成员变量
    String color;
    
    //默认构造方法
    public Car(){
        System.out.println("默认构造方法被调用");
    }
    
    // 类方法
    public void drive(){
        System.out.println("驾驶");
    }
    
    public static void main(String[] args){
        Car car1 = new Car();
        Car car2 = new Car();
        Car car3 = car1;
        
        System.out.println(car1 == car3);
        System.out.println(car1.equals(car2));
    }
}
对象数组

在前面已介绍过如何以数组来保存基本数据类型的变量。相同的，对象也可以用数组来存放，可通过下面两个步骤来实现。
（1） 声明类类型的数组变量，并用new分配内存空间给数组。
（2） 用new产生新的对象，并分配内存空间给它。

// 建立Car的数组
Car[] car = new Car[3]; // 声明Car数组并分配内存空间

// 将对象指向数组对应位置
car[0] = new Car();
car[1] = new Car();
car[2] = new Car();

方法

方法定义

所有的方法均在类中声明。定义方法的一般形式如下。

修饰符 返回类型 方法名(参数列表) {
    //方法主体
    return 方法返回值;
}

方法返回值通过return语句实现，如果没有返回值，返回类型设置为void，可以省略return。

private方法

有public方法，自然就有private方法。和private字段一样，private方法不允许外部调用，那我们定义private方法有什么用？

定义private方法的理由是内部方法是可以调用private方法的。例如：

// 声明车类
public class Car{
    // 成员变量
    String color;
    
    //默认构造方法
    public Car(){
        System.out.println("默认构造方法被调用");
    }
    
    /**
     * 车辆发电不需要外部操作，自己内部就可以进行
     */
    private void generateElectricity(){
        System.out.println("自动发电");
    }
    
    // 类方法
    public void drive(){
        System.out.println("驾驶");
        // 车辆启动行驶过程中就会发电
        generateElectricity();
    }

}
this变量

在方法内部，可以使用一个隐含的变量this，它始终指向当前实例。因此，通过this.field就可以访问当前实例的字段。

如果没有命名冲突，可以省略this。例如：

// 声明车类
public class Car{
    // 成员变量
    String color;
    
    //默认构造方法
    public Car(String color){
        this.color = color;
    }
    
    private void generateElectricity(){
        System.out.println("自动发电");
    }
    
    // 类方法
    public void drive(){
        System.out.println("驾驶");
        // 车辆启动行驶过程中就会发电
        this.generateElectricity();
    }
}
方法参数

方法可以包含0个或任意个参数。方法参数用于接收传递给方法的变量值。调用方法时，必须严格按照参数的定义一一传递。例如：

// 声明车类
public class Car{
    
    /**
     * 车辆发电不需要外部操作，自己内部就可以进行
     * @param gasoline 汽油
     */
    private void generateElectricity(String gasoline){
        System.out.println("自动发电");
    }
    
    // 类方法
    public void drive(){
        System.out.println("驾驶");
        // 车辆启动行驶过程中就会发电
        this.generateElectricity("汽油");
    }
}

generateElectricity带有一个参数gasoline，调用的时候也需要传递一个参数，如果发电还需要汽油的数量，那么可以这么写：

// 声明车类
public class Car{
    
    /**
     * 车辆发电不需要外部操作，自己内部就可以进行
     * @param gasoline 汽油
     * @param count 油量
     */
    private void generateElectricity(String gasoline,int count){
        System.out.println("自动发电");
    }
    
    // 类方法
    public void drive(){
        System.out.println("驾驶");
        // 车辆启动行驶过程中就会发电
        this.generateElectricity("汽油",10);
    }
}
可变参数

可变参数用类型...定义，可变参数相当于数组类型：

public class Car{
    String[] addrArray;
    
    // 汽车导航，需要多个地址
    private void navigation(String... addr){
        System.out.println("导航");
        this.addrArray = addr;
    }
    
}

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