【Java SE】类和对象详解

文章目录

1.什么是面向对象
2. 类的定义和使用
- 2.1 简单认识类
- 2.2 类的定义格式
3. 类的实例化
- 3.1 什么是实例化
- - 3.1.1 练习（定义一学生类）
- 3.2 类和对象的说明
4. this 引用
5. 构造方法
6. 对象的初始化
- 6.1 默认初始化
- 6.2 就地初始化
7. 封装
- 7.1 封装的概念
- 7.2 访问限制修饰符
- 7.3 封装扩展之包
- - 7.3.1 包的概念
  - 7.3.2 导入包中的类
  - 7.3.3 自定义包
  - 7.3.4 常见的包
8. static成员
- 8.1 static修饰成员变量
- 8.2 static修饰成员方法
- 8.3 static成员变量初始化
9. 代码块
- 9.1 普通代码块
- 9.2 构造代码块
- 9.3 静态代码块

1.什么是面向对象

Java是一门纯面向对象的语言(Object Oriented Program，简称OOP)，在面向对象的世界里，一切皆为对象。面向对象是解决问题的一种思想，主要依靠对象之间的交互完成一件事情。用面向对象的思想来涉及程序，更符合人们对事物的认知，对于大型程序的设计、扩展以及维护都非常友好。

面向对象的核心：（对象是具体的实体）

找对象
创建对象
使用对象

2. 类的定义和使用

2.1 简单认识类

类使用来对一个实体（对象）来进行描述的，主要描述该实体（对象）具有哪些属性（外观尺寸等），哪些功能（用来干啥），描述完成后计算机就可以识别了。

比如：

洗衣机，它是一个品牌，在Java 中可以将其看成是一个类别。
属性：产品品牌，型号，产品重量，外观尺寸，颜色……
功能：洗衣、烘干、定时……

2.2 类的定义格式

在java中定义类时需要用到class关键字，具体语法如下：

//创建类
class ClassName{
    field;//字段（属性）或者成员变量
    method;//行为或者成员方法
}

class 为定义类的关键字
ClassName 为类的名字
{}中为类的主体

类中包含的内容称为类的成员。属性主要是用来描述类的，称之为类的成员属性或者类成员变量。方法主要说明类具有哪些功能，称之为类的成员方法。

class Person{
    //属性 字段 普通成员变量：定义在类中，方法外部
    //Public是访问限制修饰符，成员前统一添加Public
    public String name;
    public int age;

    //静态成员变量
    public static int count = 10;

    //行为 普通成员方法
    public void sleep(){
    }

    //静态成员方法
    public static void staticMethod(){

    }
}

每个类会产生一个字节码文件，建议一个类放到一个 java 文件当中，不要一个 java 文件放多个类。

注意事项:

类名注意采用大驼峰定义
成员前写法统一为public，后面会详细解释
此处写的方法不带 static 关键字. 后面会详细解释

注意事项:

一般一个文件当中只定义一个类
main方法所在的类一般要使用public修饰(注意：Eclipse默认会在public修饰的类中找main方法)
public修饰的类必须要和文件名相同
不要轻易去修改public修饰的类的名称，如果要修改，通过开发工具修改(给同学演示)。

3. 类的实例化

3.1 什么是实例化

定义了一个类，就相当于在计算机中定义了一种新的类型，与int，double类似，只不过int和double是java语言自带的内置类型，而类是用户自定义了一个新的类型，比如：Person类和Student类。它们都是类(一种新定义的类型)有了这些自定义的类型之后，就可以使用这些类来定义实例(或者称为对象)。
用类类型创建对象的过程，称为类的实例化，在java中采用new关键字，配合类名来实例化对象。

3.1.1 练习（定义一学生类）

属性：姓名、性别、年龄、学号
方法：

打印：输出学生信息
来上课：输出学生姓名按时上课，从不迟到
写作业：输出学生姓名及时完成作业，绝不拖沓
要考试：输出学生姓名认真备考，逢考必过！

class Student{
    public String name;//默认值为null
    public String gender;
    public int age;//默认值为0
    public int studentID;

    public void print(){
        System.out.println("姓名:"+name+", 性别:"+gender+", 年龄:"+age+", 学号:"+studentID);
    }
    public void DoClass(){
        System.out.println(name+" 按时上课，从不迟到");
    }
    public void DoHomework(){
        System.out.println(name+" 及时完成作业，绝不拖沓");
    }
    public void Exam(){
        System.out.println(name+" 认真备考，逢考必过！");
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个实例化对象
        Student student1 = new Student();
        //通过对象来调用实例变量、成员方法
        student1.name = "小美";
        student1.gender = "女";
        student1.age = 18;
        student1.studentID = 11460075;
        student1.print();
        student1.DoClass();
        student1.DoHomework();
        student1.Exam();

        System.out.println();
        Student student2 = new Student();
        student2.print();
    }
}

在这里插入图片描述

注意事项:

new 关键字用于创建一个对象的实例。
使用 . 来访问对象中的属性和方法。
同一个类可以创建对个实例。

3.2 类和对象的说明

类只是一个模型一样的东西，用来对一个实体进行描述，限定了有哪些成员。
类是一种自定义的类型，可以用来定义变量。
一个类可以实例化多个对象，实例化出的对象占用实际的物理空间，存储类成员变量。
做个比方。类实例化处对象就像现实中使用建筑设计图见建造出房子，类就是设计图，之设计出需要什么东西，但是并没有实体的存在，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。

在这里插入图片描述

4. this 引用

this引用指向当前对象(成员方法运行时调用该成员方法的对象)，在成员方法中所有成员变量的操作，都是通过该引用去访问。只不过所有的操作对用户是透明的，即用户不需要来传递，编译器自动完成。

this 关键字调用当前对象的成员变量
语法：this.成员变量名
先看一个日期的例子：

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;

    public void setDay(int y,int m,int d){
        year = y;
        month = m;
        day = d;
    }
    public void printDate(){
        System.out.println(year+"/"+month+"/"+day);
    }

    public static void main(String[] args) {
        //构造两个日期类型的对象d1 d2
        Date d1 = new Date();
        Date d2 = new Date();

        //对d1 d2的日期设置
        d1.setDay(2023,11,11);
        d2.setDay(2023,12,12);

        //打印日期中的内容
        d1.printDate();
        d2.printDate();
    }
}

形参名不小心与成员变量名相同：
那函数体中到底是谁给谁赋值？成员变量给成员变量？参数给参数？参数给成员变量？成员变量参数？估计函数体都搞不清楚了，此时我们就需要使用到this调用当前对象的成员变量。

public void setDay(int year, int month, int day){
        this.year = year;
        this.month = month;
        this.day = day;
	}

this 调用当前对象的成员方法
语法:this.成员方法名

    public void setDay(int y,int m,int d){
        year = y;
        month = m;
        day = d;
    }

    public void printDate(){
        this.setDay(2009,7,7);
        System.out.println(year+"/"+month+"/"+day);
    }

this 调用构造方法
语法this();
注：具体在构造方法中讲明。

this引用的特性:

this的类型：对应类类型引用，即哪个对象调用就是哪个对象的引用类型。
this只能在"成员方法"中使用。
在"成员方法"中，this只能引用当前对象，不能再引用其他对象。
this是“成员方法”第一个隐藏的参数，编译器会自动传递，在成员方法执行时，编译器会负责将调用成员方法对象的引用传递给该成员方法，this负责来接收。

5. 构造方法

概念
构造方法(也称为构造器)是一个特殊的成员方法，名字必须与类名相同，在创建对象时，由编译器自动调用，并且在整个对象的生命周期内只调用一次，一般情况下使用public修饰。
注意: 构造方法的作用就是对对象中的成员进行初始化，并不负责给对象开辟空间。

特性：

名字必须与类名相同
没有返回值类型，设置为void也不行
创建对象时由编译器自动调用，并且在对象的生命周期内只调用一次(相当于人的出生，每个人只能出生一次)
构造方法可以重载(用户根据自己的需求提供不同参数的构造方法)

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;
    // 无参构造方法
    public Date(){
        this.year = 1900;
        this.month = 1;
        this.day = 1;
    }
    
    // 带有三个参数的构造方法
    public Date(int year, int month, int day) {
        this.year = year;
        this.month = month;
        this.day = day;
    }
    public void printDate(){
        System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
    }
    public static void main(String[] args) {
        Date d = new Date();
        d.printDate();
    }
}

在这里插入图片描述

上述两个构造方法：名字相同，参数列表不同，因此构成了方法重载。

如果用户没有显式定义，编译器会生成一份默认的构造方法，生成的默认构造方法一定是无参的。

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;
    
    public void printDate(){
        System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
    }
    public static void main(String[] args) {
        Date d = new Date();
        d.printDate();
    }
}

上述Date类中，没有定义任何构造方法，编译器会默认生成一个不带参数的构造方法。
注意: 一旦用户定义，编译器则不再生成。

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;

    // 带有三个参数的构造方法
    public Date(int year, int month, int day) {
        this.year = year;
        this.month = month;
        this.day = day;
    }
    public void printDate(){
        System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
    }
    public static void main(String[] args) {
        Date d = new Date();
        d.printDate();
    }
}

编译报错：
在这里插入图片描述

构造方法中，可以通过this调用其他构造方法来简化代码

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;
//     无参构造方法
    public Date(){
//		调用带3个参数的构造方法
        this(1900,1,1);
//        this.year = 1900;
//        this.month = 1;
//        this.day = 1;
    }
//
    // 带有三个参数的构造方法
    public Date(int year, int month, int day) {
        this.year = year;
        this.month = month;
        this.day = day;
    }
    public void printDate(){
        System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
    }
    public static void main(String[] args) {
        Date d = new Date();
        d.printDate();
    }
}

注意:

this(…)必须是构造方法中第一条语句

不能形成环

无参构造器调用三个参数的构造器，而三个参数构造器有调用无参的构造器，形成构造器的递归调用导致编译报错。

6. 对象的初始化

6.1 默认初始化

为什么局部变量在使用时必须要初始化，而成员变量可以不用呢?

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;
    public Date(int year, int month, int day) {
// 成员变量在定义时，并没有给初始值, 为什么就可以使用呢？
        System.out.println(this.year);
        System.out.println(this.month);
        System.out.println(this.day);
    }
    public static void main(String[] args) {
    // 此处a没有初始化，编译时报错：
         int a;
         System.out.println(a);
        Date d = new Date(2021,6,9);
    }
}

在这里插入图片描述
当局部变量没有初始化的时候，编译会报错，所以局部变量的创建的时候必须初始化，成员变量在没有初始化的时候，都会有一个默认值。

要搞清楚这个过程，就需要知道 new 关键字背后所发生的一些事情

Date d = new Date(2021,6,9);

在程序层面只是简单的一条语句，在JVM层面需要做好多事情，下面简单介绍下：

检测对象对应的类是否加载了，如果没有加载则加载
为对象分配内存空间
处理并发安全问题
比如：多个线程同时申请对象，JVM要保证给对象分配的空间不冲突
初始化所分配的空间
即：对象空间被申请好之后，对象中包含的成员已经设置好了初始值，比如：

数据类型	默认值
byte	0
char	‘\u0000’
short	0
int	0
long	0L
boolean	false
float	0.0f
double	0.0
reference	null

设置对象头信息(关于对象内存模型后面会介绍)
调用构造方法，给对象中各个成员赋值

6.2 就地初始化

在声明成员变量时，就直接给出了初始值。

public class Date {
    public int year = 1998;
    public int month = 1;
    public int day = 1;
    
    public Date(){
    }
    
    public Date(int year, int month, int day) {
    }

    public static void main(String[] args) {
        Date d1 = new Date(2023,10,1);
        Date d2 = new Date();
    }

注意: 代码编译完成后，编译器会将所有给成员初始化的这些语句添加到各个构造函数中。

7. 封装

7.1 封装的概念

封装：将数据和操作数据的方法进行有机结合，隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口来和对象进行交互。

如何实现封装：

将不能暴露的成员隐藏起来，不能让其在类的外部被直接赋值。将成员定义为私有，在成员定义前加上private.
用公共方法来暴露对该隐藏成员的访问，可以给函数加上public，将该方法定义为公共。

7.2 访问限制修饰符

Java中主要通过类和访问权限来实现封装：类可以将数据以及封装数据的方法结合在一起，更符合人类对事物的认知，而访问权限用来控制方法或者字段能否直接在类外使用。Java中提供了四种访问限定符：
在这里插入图片描述

private类型成员，只能在定义它的类的内部访问。
default类型成员，可以在定义它的类的内部访问，也可以被这个包中其他类访问。
protected类型成员，可以在定义它的类的内部被访问，也可以被这个包中的其它类访问，还可以被包外的子类访问。
public类型成员，可以在定义它的类的内部被访问，也可以被包内外的所有其它类访问。

说明：

default权限：什么都不写时的默认权限。
访问权限除了可以限定类中成员的可见性，也可以控制类的可见性。
public：不写的情况下，属于默认访问修饰，此时，该类只能被同一个包中的所有类识别。写了的话，该类是一个公共类，可以被包内包外所有类识别。
一般情况下成员变量设置为private，成员方法设置为public。

7.3 封装扩展之包

7.3.1 包的概念

在面向对象体系中，提出了一个软件包的概念，即：为了更好的管理类，把多个类收集在一起成为一组，称为软件包。有点类似于目录。比如：为了更好的管理电脑中的歌曲，一种好的方式就是将相同属性的歌曲放在相同文件下，也可以对某个文件夹下的音乐进行更详细的分类。
在这里插入图片描述
在Java中也引入了包，包是对类、接口等的封装机制的体现，是一种对类或者接口等的很好的组织方式，比如：一个包中的类不想被其他包中的类使用。包还有一个重要的作用：在同一个工程中允许存在相同名称的类，只要处在不同的包中即可。

7.3.2 导入包中的类

Java 中已经提供了很多现成的类供我们使用. 例如Date类：可以使用 java.util.Date 导入 java.util 这个包中的 Date类.

public class Test {
    public static void main(String[] args){
        java.util.Date date = new java.util.Date();
        //得到一个毫秒级被的时间戳
        System.out.println(date.getTime());
    }
}

但是这种写法比较麻烦一些, 可以使用 import语句导入包.

import java.util.Date;
public class Test {
    public static void main(String[] args){
        Date date = new Date();
        //得到一个毫秒级被的时间戳
        System.out.println(date.getTime());
    }
}

如果需要使用 java.util 中的其他类, 可以使用 import java.util.*

import java.util.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args){
        Date date = new Date();
        //得到一个毫秒级被的时间戳
        System.out.println(date.getTime());
    }
}

但是我们更建议显式的指定要导入的类名. 否则还是容易出现冲突的情况。

import java.util.*;
import java.sql.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args){
        // util 和 sql 中都存在一个 Date 这样的类, 此时就会出现歧义, 编译出错
        Date date = new Date();
        System.out.println(date.getTime());
    }
}

编译错误
在这里插入图片描述
在这种情况下需要使用完整的类名

import java.util.*;
import java.sql.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args){
        // util 和 sql 中都存在一个 Date 这样的类, 此时就会出现歧义, 编译出错
        java.util.Date date = new java.util.Date();
        System.out.println(date.getTime());
    }
}

可以使用import static导入包中静态的方法和字段

import static java.lang.Math.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        double x = 30;
        double y = 40;

        //静态导入的方式写起来更方便一些
        //double result = Math.sqrt(Math.pow(x,2)+Math.pow(y,2));
        double result = sqrt(pow(x,2)+pow(y,2));
        System.out.println(result);
    }
}

注意事项: import 和 C++ 的 #include 差别很大. C++ 必须 #include 来引入其他文件内容, 但是 Java 不需要。import 只是为了写代码的时候更方便. import 更类似于 C++ 的 namespace 和 using。

7.3.3 自定义包

基本规则:

在文件的最上方加上一个 package 语句指定该代码在哪个包中。
包名需要尽量指定成唯一的名字, 通常会用公司的域名的颠倒形式(例如 com.bit.demo1 )。
包名要和代码路径相匹配. 例如创建com.bit.demo1 的包, 那么会存在一个对应的路径 com/bit/demo1 来存储代码。
如果一个类没有 package 语句, 则该类被放到一个默认包中。

操作步骤：

在 IDEA 中先新建一个包: 右键 src -> 新建 -> 包
在弹出的对话框中输入包名, 例如 com.bit.demo
在包中创建类, 右键包名 -> 新建 -> 类, 然后输入类名即可.
此时可以看到我们的磁盘上的目录结构已经被 IDEA 自动创建出来了
同时我们也看到了, 在新创建的 Test.java 文件的最上方, 就出现了一个 package 语句
在Java中，使用类似的方法管理类，这就是包（packgae）

7.3.4 常见的包

java.lang:系统常用基础类(String、Object),此包从JDK1.1后自动导入。
java.lang.reflect:java 反射编程包;
java.net:进行网络编程开发包。
java.sql:进行数据库开发的支持包。
java.util:是java提供的工具程序包。(集合类等) 非常重要。
java.io:I/O编程开发包。

8. static成员

8.1 static修饰成员变量

static修饰的成员变量，称为静态成员变量，静态成员变量最大的特性：不属于某个具体的对象，是所有对象所共
享的。

【静态成员变量特性】

不属于某个具体的对象，是类的属性，所有对象共享的，不存储在某个对象的空间中
既可以通过对象访问，也可以通过类名访问，但一般更推荐使用类名访问
类变量存储在方法区当中
生命周期伴随类的一生(即：随类的加载而创建，随类的卸载而销毁)

public class Student {
    public String name;
    public String gender;
   // public int age;

    public static String classRoom = "A3-101";

    public static void main(String[] args) {
        // 静态成员变量可以直接通过类名访问
        System.out.println(Student.classRoom);
        Student s1 = new Student();
        Student s2 = new Student();
        Student s3 = new Student();

	// 也可以通过对象访问：但是classRoom是三个对象共享的
        System.out.println(s1.classRoom);
        System.out.println(s2.classRoom);
        System.out.println(s3.classRoom);
    }
}

8.2 static修饰成员方法

使用static修饰成员方法时，该方法被称为静态方法(Static Method)。静态方法属于类而不是类的实例，可以在没有创建类的实例的情况下直接调用。
下面是使用static修饰成员方法的示例：

public class Math {
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
    public static int sub(int a,int b)
    {
        return a-b;
    }


    public static void main(String[] args) {
        int sum = Math.add(33, 12); // 调用静态方法
        System.out.println("Sum: " + sum);

        int sub = Math.sub(78,53);
        System.out.println("Sub: " + sub);
    }
}

在上述示例中，Math类包含两个静态方法：add()和sub()。这些方法可以直接使用类名调用，而不需要创建类的实例。

【静态方法特性】

不属于某个具体的对象，是类方法
可以通过对象调用，也可以通过类名.静态方法名(…)方式调用，更推荐使用后者
不能在静态方法中访问任何非静态成员变量
静态方法中不能调用任何非静态方法，因为非静态方法有this参数，在静态方法中调用时候无法传递this引用
静态方法无法重写，不能用来实现多态。

8.3 static成员变量初始化

注意：静态成员变量一般不会放在构造方法中来初始化，构造方法中初始化的是与对象相关的实例属性静态成员变量的初始化分为两种：就地初始化和静态代码块初始化。

就地初始化（就地初始化指的是：在定义时直接给出初始值）
静态代码块初始化

9. 代码块

**使用 {} 定义的一段代码称为代码块。**根据代码块定义的位置以及关键字，又可分为以下四种：

普通代码块
构造块
静态块
同步代码块（本篇博客暂不涉及）

9.1 普通代码块

普通代码块：定义在方法中的代码块.

 public static void main(String[] args) {
        //普通代码块
    }

9.2 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。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person();
        Person p2 = new Person();
    }
}
class Person{
    String name;
    {
        //构造块
        System.out.println("Person类的构造块");
    }
    public Person(){
        System.out.println("Person类的无参构造");
    }
}

9.3 静态代码块

使用static定义的代码块称为静态代码块。一般用于初始化静态成员变量。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person();
        Person p2 = new Person();
    }
}
class Person{
    String name;
    {
        //构造块
        System.out.println("Person类的构造块");
    }
    public Person(){
        System.out.println("Person类的无参构造");
    }
    static {
        //静态代码块
        System.out.println("Person类的静态代码块");
    }
}