【JAVA】实验二 类与对象

news2024/12/24 6:28:50

实验名称    实验二 类与对象

实验目的   

1. 深刻理解类的封装与继承；

2. 熟练掌握类的定义、包与路径、对象的创建、方法的调用、类的继承、方法的重写、运行时多态、访问权限修饰符的使用等；

3. 熟练运用JDK提供的常用类及API。  

实验内容（4学时）

1. 定义一个圆形类Circle，包括：

（1）属性：圆心、半径

（2）方法：求面积、周长；上下左右平移；缩放；绘图（虚拟表示）。

设计测试类CircleDemo，在测试类中测试上述方法。以后实验中均自行设计测试类。

class Circle {
    private double centerX;
    private double centerY;
    private double radius;

    public Circle(double centerX, double centerY, double radius) {
        this.centerX = centerX;
        this.centerY = centerY;
        this.radius = radius;
    }

    public double getArea() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }

    public double getPerimeter() {
        return 2 * Math.PI * radius;
    }

    public void translate(double deltaX, double deltaY) {
        centerX += deltaX;
        centerY += deltaY;
    }

    public void scale(double factor) {
        radius *= factor;
    }

    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a circle at (" + centerX + ", " + centerY + ") with radius " + radius);
    }
}

public class CircleDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Circle circle = new Circle(0, 0, 5.0);
        System.out.println("Area: " + circle.getArea());
        System.out.println("Perimeter: " + circle.getPerimeter());
        circle.translate(2.0, 3.0);
        circle.scale(1.5);
        circle.draw();
    }
}

2. 设计Bird类，包括：（1）属性：name；（2）方法：fly( )，fly方法以及后面提到的各种方法均以字符串输出来演示功能。

以Bird类为超类（父类），设计子类CarrierPigeon，

（1）为CarrierPigeon类新增方法：send(String address, String message)

（2）在CarrierPigeon 覆盖 Bird 的 fly() 方法

public class Bird {
    private String name;

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

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void fly() {
        System.out.println(name + " is flying.");
    }
}

public class CarrierPigeon extends Bird {
    public CarrierPigeon(String name) {
        super(name);
    }

    public void send(String address, String message) {
        System.out.println(getName() + " is sending a message to " + address + ": " + message);
    }

    @Override
    public void fly() {
        System.out.println(getName() + " is flying with a message.");
    }
}

public class BirdDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Bird bird = new Bird("Sparrow");
        bird.fly();

        CarrierPigeon pigeon = new CarrierPigeon("Pigeon");
        pigeon.fly();
        pigeon.send("Recipient", "Important message");
    }
}

3. Java编程实现：设计复数类Complex，类中实部和虚部都是实数，实现加法、减法、乘法和除法。

public class Complex {
    private double real;
    private double imaginary;

    public Complex(double real, double imaginary) {
        this.real = real;
        this.imaginary = imaginary;
    }

    public Complex add(Complex other) {
        double newReal = this.real + other.real;
        double newImaginary = this.imaginary + other.imaginary;
        return new Complex(newReal, newImaginary);
    }

    public Complex subtract(Complex other) {
        double newReal = this.real - other.real;
        double newImaginary = this.imaginary - other.imaginary;
        return new Complex(newReal, newImaginary);
    }

    public Complex multiply(Complex other) {
        double newReal = this.real * other.real - this.imaginary * other.imaginary;
        double newImaginary = this.real * other.imaginary + this.imaginary * other.real;
        return new Complex(newReal, newImaginary);
    }

    public Complex divide(Complex other) {
        double denominator = other.real * other.real + other.imaginary * other.imaginary;
        double newReal = (this.real * other.real + this.imaginary * other.imaginary) / denominator;
        double newImaginary = (this.imaginary * other.real - this.real * other.imaginary) / denominator;
        return new Complex(newReal, newImaginary);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return real + " + " + imaginary + "i";
    }
}


public class ComplexDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Complex c1 = new Complex(2.0, 3.0);
        Complex c2 = new Complex(1.0, 1.0);

        Complex sum = c1.add(c2);
        Complex difference = c1.subtract(c2);
        Complex product = c1.multiply(c2);
        Complex quotient = c1.divide(c2);

        System.out.println("Sum: " + sum);
        System.out.println("Difference: " + difference);
        System.out.println("Product: " + product);
        System.out.println("Quotient: " + quotient);
    }
}

4. Java编程实现：设计矩阵类Matrix，类中的方法能对矩阵进行加法、减法和乘法运算。在矩阵中再定义一个方法，生成如下的矩阵：

public class Matrix {
    private int[][] data;

    public Matrix(int[][] data) {
        this.data = data;
    }

    // 获取矩阵的行数
    public int getRows() {
        return data.length;
    }

    // 获取矩阵的列数
    public int getColumns() {
        return data[0].length;
    }

    // 矩阵加法
    public Matrix add(Matrix other) {
        if (getRows() != other.getRows() || getColumns() != other.getColumns()) {
            throw new IllegalArgumentException("矩阵维度不匹配");
        }

        int[][] result = new int[getRows()][getColumns()];
        for (int i = 0; i < getRows(); i++) {
            for (int j = 0; j < getColumns(); j++) {
                result[i][j] = data[i][j] + other.data[i][j];
            }
        }
        return new Matrix(result);
    }

    // 矩阵减法
    public Matrix subtract(Matrix other) {
        if (getRows() != other.getRows() || getColumns() != other.getColumns()) {
            throw new IllegalArgumentException("矩阵维度不匹配");
        }

        int[][] result = new int[getRows()][getColumns()];
        for (int i = 0; i < getRows(); i++) {
            for (int j = 0; j < getColumns(); j++) {
                result[i][j] = data[i][j] - other.data[i][j];
            }
        }
        return new Matrix(result);
    }

    // 矩阵乘法
    public Matrix multiply(Matrix other) {
        if (getColumns() != other.getRows()) {
            throw new IllegalArgumentException("矩阵维度不匹配");
        }

        int[][] result = new int[getRows()][other.getColumns()];
        for (int i = 0; i < getRows(); i++) {
            for (int j = 0; j < other.getColumns(); j++) {
                int sum = 0;
                for (int k = 0; k < getColumns(); k++) {
                    sum += data[i][k] * other.data[k][j];
                }
                result[i][j] = sum;
            }
        }
        return new Matrix(result);
    }

    // 生成指定的矩阵
    public static Matrix createMatrixE() {
        int[][] eMatrixData = {
                {1, 3, 8, 7, 5, 6},
                {3, 8, 7, 5, 6, 1},
                {8, 7, 5, 6, 1, 3},
                {7, 5, 6, 1, 3, 8},
                {5, 6, 1, 3, 8, 7},
                {6, 1, 3, 8, 7, 5}
        };
        return new Matrix(eMatrixData);
    }

    // 打印矩阵
    public void printMatrix() {
        for (int i = 0; i < getRows(); i++) {
            for (int j = 0; j < getColumns(); j++) {
                System.out.print(data[i][j] + " ");
            }
            System.out.println();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Matrix matrixE = createMatrixE();
        System.out.println("Matrix E:");
        matrixE.printMatrix();

        Matrix matrixA = new Matrix(new int[][] {
                {1, 2, 3},
                {4, 5, 6},
                {7, 8, 9}
        });

        Matrix matrixB = new Matrix(new int[][] {
                {9, 8, 7},
                {6, 5, 4},
                {3, 2, 1}
        });

        System.out.println("\nMatrix A:");
        matrixA.printMatrix();

        System.out.println("\nMatrix B:");
        matrixB.printMatrix();

        Matrix matrixSum = matrixA.add(matrixB);
        System.out.println("\nMatrix A + B:");
        matrixSum.printMatrix();

        Matrix matrixDifference = matrixA.subtract(matrixB);
        System.out.println("\nMatrix A - B:");
        matrixDifference.printMatrix();

        Matrix matrixProduct = matrixA.multiply(matrixB);
        System.out.println("\nMatrix A * B:");
        matrixProduct.printMatrix();
    }
}

实验程序及结果（附录）

思考

以C为代表的结构化编程语言和以Java为代表的面向对象编程语言有哪些本质不同？

关于结构化编程语言（以C为代表）和面向对象编程语言（以Java为代表）的本质不同：

  1. 抽象与封装：面向对象编程强调对象的抽象和封装，允许将数据和操作封装在对象内部，提供更好的信息隐藏和模块化。结构化编程相对较少使用对象，更多地依赖于函数和数据的分离。
  2. 继承与多态：面向对象编程支持继承和多态，允许创建层次结构的类，重用代码并实现多态性。结构化编程通常较少使用这些概念，更注重逻辑流程和模块化设计。
  3. 对象：面向对象编程以对象为中心，将数据和操作封装在对象中。结构化编程更倾向于使用数据结构和函数。
  4. 设计模式：面向对象编程强调设计模式，例如单例模式、工厂模式等，以提供更好的可维护性和可扩展性。结构化编程通常较少使用这些模式。
  5. 类型系统：面向对象编程通常有更强的类型系统，支持多态和动态绑定。结构化编程的类型系统通常较为简单。

总之，面向对象编程更注重数据和操作的封装、继承、多态等概念，而结构化编程更注重逻辑流程和分离数据和函数。不同编程范式适用于不同类型的问题和项目。

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