java基础(2) 面向对象编程-java核心类

面向对象

面向对象对应的就是面向过程，
面向过程就是一步一步去操作，你需要知道每一步的步骤。
面向对象的编程以对象为核心，通过定义类描述实体及其行为，并且支持继承、封装和多态等特性

面向对象基础

面向对象编程，是一种通过对象的方式，把现实世界映射到计算机模型的一种编程方法。
现实世界中，我们定义了“人”这种抽象概念，而具体的人则是“小明”、“小红”、“小军”等一个个具体的人。所以，“人”可以定义为一个类（class），而具体的人则是实例（instance）：
在这里插入图片描述

class Test {
    private int field1;
    public String field2;
    // 构造函数
 	public Test(String field2, int field1) {
        this.field1 = field1;
        this.field2 = field2;
    }

    public int getField1(){
        return this.field1;
    }

    public  void setField1(int val){
        if(val < 0 || val > 100){
            // 抛出错误
            throw new IllegalArgumentException("invalid age value");
        }
        // 赋值
        this.field1 = val;
    }
};

public class Main {
	public static void main(String[] args){
		Test t = new Test();
        t.setField1(2);
        System.out.println(t.getField1());
        System.out.println(t.field2);
	}
}

写法同js类型，但是需要指定Test类型。一般字段使用private修饰符修饰，表示私有属性，外部无法访问，但是可以通过设置公共的方法去获取和设置值。
java类的构造函数，是public 类名(){}，跟js的constructor(){}还是有点区别的。并且java可以写多个构造方法。除此之外，构造方法之间还能相互调用。

class Person {
    private String name;
    private int age;

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

    public Person(String name) {
        this(name, 18); // 调用另一个构造方法Person(String, int)
    }

    public Person() {
        this("Unnamed"); // 调用另一个构造方法Person(String)
    }
}

方法重载

如果有一系列方法，它们的功能都是类似的，只有参数有所不同，那么，可以把这一组方法名做成同名方法。
方法重载的目的是，功能类似的方法使用同一名字，更容易记住，因此，调用起来更简单。

 public  void setField1(int val){
        if(val < 0 || val > 100){
            // 抛出错误
            throw new IllegalArgumentException("invalid age value");
        }
        // 赋值
        this.field1 = val;
    }
    public  void setField1(int val, boolean isTrue){
        if(val < 0 || val > 100){
            // 抛出错误
            throw new IllegalArgumentException("invalid age value");
        }
        // 赋值
        this.field1 = val;
    }

比如String.indexOf()方法，就提供了多种调用方法。

举个例子，String类提供了多个重载方法indexOf()，可以查找子串：
int indexOf(int ch)：根据字符的Unicode码查找；
int indexOf(String str)：根据字符串查找；
int indexOf(int ch, int fromIndex)：根据字符查找，但指定起始位置；
int indexOf(String str, int fromIndex)根据字符串查找，但指定起始位置。

继承

所有的类都默认继承与object，只有object例外，他没有父类。
java的继承同js差不多，只有一点区别，这里不多详述。

多态

子类可以重写父类的方法。这里需要注意，只有方法名，参数，返回值相同，才算是重写。加上@Overide装饰器可以方便编译器检查报错。

class Person {
    public void run() {
        System.out.println("Person.run");
    }
}
class Student extends Person {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Student.run");
    }
}

多态是指，针对某个类型的方法调用，其真正执行的方法取决于运行时期实际类型的方法;
没运行之前不知道运行的是父类的方法还是子类的方法。

如果父类不想子类继承某个方法，可以用final修饰方法。

class Person {
    protected String name;
    public final String hello() {
        return "Hello, " + name;
    }
}

用final修饰的类不允许被继承
用final修饰的属性，不允许被重新赋值

抽象类

如果父类的方法本身不需要实现任何功能，仅仅是为了定义方法签名，目的是让子类去覆写它，那么，可以把父类的方法声明为抽象方法：

 abstract class Person {
    public abstract void run();
}

包含抽象方法的类不允许被实例化。抽象类强迫子类必须实现他的抽象方法。
用法跟ts类似，这里不多详述

面向抽象编程的本质就是：

上层代码只定义规范（例如：abstract class Person）；
不需要子类就可以实现业务逻辑（正常编译）；
具体的业务逻辑由不同的子类实现，调用者并不关心。

接口

没有字段的，且全部方位都是抽象方法的抽象类，就可以改写为接口。

abstract class Person {
    public abstract void run();
    public abstract String getName();
}
//改写为
interface Person {
    void run();
    String getName();
}

接口定义的所有方法默认都是public abstract的
而当一个具体的类想去实现一个接口的时候，就需要使用implements，而非extends。
一个类只能继承于一个类，但是一个类可以implements多个接口。

在这里插入图片描述
接口之间也可以通过extends去继承。
接口还可以定义一个非抽象方法default，这个不强求类去实现，目的是为了:
当我们需要给接口新增一个方法时，会涉及到修改全部子类。如果新增的是default方法，那么子类就不必全部修改，只需要在需要覆写的地方去覆写新增方法。

静态字段和静态方法

实例字段在每个实例中都有自己的一个独立“空间”，但是静态字段只有一个共享“空间”，所有实例都会共享该字段。举个例子：

class Person {
    public String name;
    public int age;
    // 定义静态字段number:
    public static int number;
}

对于静态字段，无论修改哪个实例的静态字段，效果都是一样的：所有实例的静态字段都被修改了，原因是静态字段并不属于实例；
在这里插入图片描述
可以把静态字段立即为类自己的属性，一般通过类.字段去获取，而不是通过实例.字段去获取。

同理，静态方法也一致，属于类，可以直接通过类.方法名去调用，但是内部无法访问this。
静态方法经常用于工具类。例如：
Arrays.sort()
Math.random()

包

在Java中，我们使用package来解决名字冲突。
Java定义了一种名字空间，称之为包：package。一个类总是属于某个包，类名（比如Person）只是一个简写，真正的完整类名是包名.类名。
类似于ts的namespace，防止命名冲突。
_{JDK的Arrays类存放在包java.util下面，因此，完整类名是java.util.Arrays。}
包的命名跟文件存放位置也有关。
在这里插入图片描述

导入其他包

直接写完整的包名： lin.TestClass
先在当前包import lin.TestClass ，就可以直接用了new TestClass
也可以直接import lin.*，他会将lin包的class引入。
默认引入java.lang的包，比如String, 这些。

作用域

比如public、protected、private，这些修饰符，用来限定作用域的范围。
publci的类，可以被其他包访问。public的属性和方法，也可以被其他类访问。
非publci的类，外部无法访问，就跟js没有export一样
private定义的方法和属性，无法在类外被访问。
由于Java支持嵌套类，如果一个类内部还定义了嵌套类，那么，嵌套类拥有访问private的权限：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Inner i = new Inner();
        i.hi();
    }

    // private方法:
    private static void hello() {
        System.out.println("private hello!");
    }

    // 静态内部类:
    static class Inner {
        public void hi() {
            Main.hello();
        }
    }
}

private定义的字段和方法，其继承类中无法使用，procted修饰的方法和字段，可以在子类中使用，但同样不可以被实例调用。

package权限(包作用域)
最后，包作用域是指一个类允许访问同一个package的没有private修饰的class，以及没有protected、private修饰的字段和方法。
final

用final修饰class可以阻止被继承：
用final修饰method可以阻止被子类覆写
用final修饰字段可以阻止被重新赋值
用final修饰局部变量可以阻止被重新赋值

内部类

在这里插入图片描述

也是嵌套类。

classpath和jar

classpath是JVM用到的一个环境变量，它用来指示JVM如何搜索class。
现在我们假设classpath是.;C:\work\project1\bin;C:\shared，当JVM在加载abc.xyz.Hello这个类时，会依次查找：

<当前目录>\abc\xyz\Hello.class
C:\work\project1\bin\abc\xyz\Hello.class
C:\shared\abc\xyz\Hello.class

在系统环境变量中设置classpath环境变量，不推荐；
在启动JVM时设置classpath变量，推荐。
启动jvm的时候🌽定义
java -classpath .;C:\work\project1\bin;C:\shared abc.xyz.Hello

jar包

如果有很多.class文件，散落在各层目录中，肯定不便于管理。如果能把目录打一个包，变成一个文件，就方便多了。

jar包就是用来干这个事的，它可以把package组织的目录层级，以及各个目录下的所有文件（包括.class文件和其他文件）都打成一个jar文件，这样一来，无论是备份，还是发给客户，就简单多了。

jar包相当于目录，可以包含很多.class文件，方便下载和使用；

MANIFEST.MF文件可以提供jar包的信息，如Main-Class，这样可以直接运行jar包。

java核心类

字符串

实际上字符串在String内部是通过一个char[]数组表示的，因此，按下面的写法也是可以的：

String s2 = new String(new char[] {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '!'});

Java字符串的一个重要特点就是字符串不可变。这种不可变性是通过内部的private final char[]字段，以及没有任何修改char[]的方法实现的。
不可变不是说变量s2不可变，s2可以重新赋值一个新的String对象，只不过原有的String对象不会改变。

字符串比较

java拥有一个字符串常量池，如果多个字符串具有相同的值，那么他们将共享存储在常量池中的同一个实例，也就是说
String s = "hello"，这个hello，实际上是存放在常量池中，s存放的值是hello的地址，类似于js的对象，只不过js的字符串是基础类型而不是引用类型。
当我们想要比较两个字符串是否相同时，要特别注意，我们实际上是想比较字符串的内容是否相同。必须使用equals()方法而不能用==
因为==实际上比较的是内存地址，

 		String s1 = "hello";
        String s2 = "HELLO".toLowerCase();
        System.out.println(s1 == s2);
        System.out.println(s1.equals(s2));

==返回false，只有equals才返回true。

其他字符串方法同js类似

"Hello".indexOf("l"); // 2
"Hello".lastIndexOf("l"); // 3
"Hello".startsWith("He"); // true
"Hello".endsWith("lo"); // true
"Hello".substring(2); // "llo"
"Hello".substring(2, 4); "ll"
"  \tHello\r\n ".trim(); // "Hello" 返回的Hello是新的String对象

"".isEmpty(); // true，因为字符串长度为0
"  ".isEmpty(); // false，因为字符串长度不为0
"  \n".isBlank(); // true，因为只包含空白字符
" Hello ".isBlank(); // false，因为包含非空白字符

String[] arr = {"A", "B", "C"};
String s = String.join("***", arr); // "A***B***C"


//字符串占位 
String s = "Hi %s, your score is %d!";
System.out.println(s.formatted("Alice", 80));
System.out.println(String.format("Hi %s, your score is %.2f!", "Bob", 59.5));

字符串转换

要把任意基本类型或引用类型转换为字符串，可以使用静态方法valueOf()。这是一个重载方法，编译器会根据参数自动选择合适的方法。

String.valueOf(123); // "123"
String.valueOf(45.67); // "45.67"
String.valueOf(true); // "true"
String.valueOf(new Object()); // 类似java.lang.Object@636be97c

//int
int n1 = Integer.parseInt("123"); // 123
int n2 = Integer.parseInt("ff", 16); // 按十六进制转换，255

// boolean
boolean b1 = Boolean.parseBoolean("true"); // true
boolean b2 = Boolean.parseBoolean("FALSE"); // false

// char 和 String 互转
char[] cs = "Hello".toCharArray(); // String -> char[]
String s = new String(cs); // char[] -> String


byte[] b1 = "Hello".getBytes(); // 按系统默认编码转换，不推荐
byte[] b2 = "Hello".getBytes("UTF-8"); // 按UTF-8编码转换
byte[] b2 = "Hello".getBytes("GBK"); // 按GBK编码转换
byte[] b3 = "Hello".getBytes(StandardCharsets.UTF_8); // 按UTF-8编码转换

byte[] b = ...
String s1 = new String(b, "GBK"); // 按GBK转换
String s2 = new String(b, StandardCharsets.UTF_8); // 按UTF-8转换

小结

Java字符串String是不可变对象；
字符串操作不改变原字符串内容，而是返回新字符串；
常用的字符串操作：提取子串、查找、替换、大小写转换等；
Java使用Unicode编码表示String和char；
转换编码就是将String和byte[]转换，需要指定编码；
转换为byte[]时，始终优先考虑UTF-8编码。

StringBuilder

Java编译器对String做了特殊处理，使得我们可以直接用+拼接字符串
但是

String s = "";
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    s = s + "," + i;
}

上面循环代码，每次循环都会创建新的String对象，而老的String对象则被丢弃，造成内存浪费，所以java提供StringBuilder来高校拼接String；
Java标准库提供了StringBuilder，它是一个可变对象，可以预分配缓冲区，这样，往StringBuilder中新增字符时，不会创建新的临时对象：

StringBuilder sb = new StringBuilder(1024);
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    sb.append(',').append(i);
}
String s = sb.toString();

注意：对于普通的字符串+操作，并不需要我们将其改写为StringBuilder，因为Java编译器在编译时就自动把多个连续的+操作编码为StringConcatFactory的操作。在运行期，StringConcatFactory会自动把字符串连接操作优化为数组复制或者StringBuilder操作。

小结

StringBuilder是可变对象，用来高效拼接字符串；
StringBuilder可以支持链式操作，实现链式操作的关键是返回实例本身；

StringJoiner

类似用分隔符拼接数组的需求很常见，所以Java标准库还提供了一个StringJoiner来干这个事：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String[] names = {"Bob", "Alice", "Grace"};
        var sj = new StringJoiner(", ", "Hello ", "!");
        for (String name : names) {
            sj.add(name);
        }
        System.out.println(sj.toString());
    }
}

第一个参数指定拼接的字符串，第二个参数指定开头，第三个参数指定结尾。
String还提供了一个静态方法join()，这个方法在内部使用了StringJoiner来拼接字符串，在不需要指定“开头”和“结尾”的时候

String[] names = {"Bob", "Alice", "Grace"};
var s = String.join(", ", names);

包装类型

在这里插入图片描述
Integer类实现，

public class Integer {
    private int value;

    public Integer(int value) {
        this.value = value;
    }

    public int intValue() {
        return this.value;
    }
}

在这里插入图片描述

有点像js中，string对应的String, number对应的Numer，
int 和Integer可以互相转换

int i = 100;
Integer n = Integer.valueOf(i);
int x = n.intValue();

Integer n = 100; // 编译器自动使用Integer.valueOf(int)
int x = n; // 编译器自动使用Integer.intValue()

所有的包装类都是不变类，

public final class Integer {
    private final int value;
}

init在初始化赋值之后，将不能再修改；
对两个Integer实例进行比较要特别注意：绝对不能用==比较，因为Integer是引用类型，必须使用equals()比较

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Integer x = 127;
        Integer y = 127;
        Integer m = 99999;
        Integer n = 99999;
        System.out.println("x == y: " + (x==y)); // true
        System.out.println("m == n: " + (m==n)); // false
        System.out.println("x.equals(y): " + x.equals(y)); // true
        System.out.println("m.equals(n): " + m.equals(n)); // true
    }
}

值较小的Integer比较是相等的，这是因为，在Integer内部，为了优化性能，对于较小的,Integer.initValue总是返回同一个实例，这也导致==为true。

Integer x = 127
//等同于
Integer x = Integer.valueOf(127)

Integer.valueOf()就是静态工厂方法，它尽可能地返回缓存的实例以节省内存。
创建新对象时，优先选用静态工厂方法而不是new操作符。

进制转换

Integer本身还提供了很多方法，就跟js的Number.xxx一样，

parseInt 将其他类型转为Integer类型

int x1 = Integer.parseInt("100"); // 100
int x2 = Integer.parseInt("100", 16); // 256,因为按16进制解析

System.out.println(Integer.toString(100)); // "100",表示为10进制
System.out.println(Integer.toString(100, 36)); // "2s",表示为36进制
System.out.println(Integer.toHexString(100)); // "64",表示为16进制
System.out.println(Integer.toOctalString(100)); // "144",表示为8进制
System.out.println(Integer.toBinaryString(100)); // "1100100",表示为2进制

Java的包装类型还定义了一些有用的静态变量

// boolean只有两个值true/false，其包装类型只需要引用Boolean提供的静态字段:
Boolean t = Boolean.TRUE;
Boolean f = Boolean.FALSE;
// int可表示的最大/最小值:
int max = Integer.MAX_VALUE; // 2147483647 类似于js的x`
int min = Integer.MIN_VALUE; // -2147483648
// long类型占用的bit和byte数量:
int sizeOfLong = Long.SIZE; // 64 (bits)
int bytesOfLong = Long.BYTES; // 8 (bytes)

所有的整数和浮点数的包装类型都继承Number，因此，可以非常方便地直接通过包装类型获取各种基本类型：

// 向上转型为Number:
Number num = new Integer(999);
// 获取byte, int, long, float, double:
byte b = num.byteValue();
int n = num.intValue();
long ln = num.longValue();
float f = num.floatValue();
double d = num.doubleValue();

JavaBean

符合以下这种

// 读方法:
public Type getXyz()
// 写方法:
public void setXyz(Type value)

读写方法名分别以get和set开头，并且后接大写字母开头的字段名Xyz，因此两个读写方法名分别是getXyz()和setXyz()。
类似于js的defineProperty的get set方法。

JavaBean是一种符合命名规范的class，它通过getter和setter来定义属性；
属性是一种通用的叫法，并非Java语法规定；
可以利用IDE快速生成getter和setter；
使用Introspector.getBeanInfo()可以获取属性列表。

枚举类

在Java中，我们可以通过static final来定义常量

public class Weekday {
    public static final int SUN = 0;
    public static final int MON = 1;
    public static final int TUE = 2;
    public static final int WED = 3;
    public static final int THU = 4;
    public static final int FRI = 5;
    public static final int SAT = 6;
}

enum
为了让编译器能自动检查某个值在枚举的集合内，并且，不同用途的枚举需要不同的类型来标记，不能混用，我们可以使用enum来定义枚举类：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Weekday day = Weekday.SUN;
        if (day == Weekday.SAT || day == Weekday.SUN) {
            System.out.println("Work at home!");
        } else {
            System.out.println("Work at office!");
        }
    }
}

enum Weekday {
    SUN, MON, TUE, WED, THU, FRI, SAT;
}

有点类型于ts的enum，

不同类型的枚举，不能相互赋值。
不同类型的值，不可以直接==

 Test1 tt = Test1.TEST_1;
tt = HAHA.HAHA_1;
int test = 1;
test == Test1.TEST_1;


enum Test1 { TEST_1, TEST_2 };
enum HAHA {HAHA_1, HAHA_2};

enum实际上创建的也是一个class

定义的enum类型总是继承自java.lang.Enum，且无法被继承；
只能定义出enum的实例，而无法通过new操作符创建enum的实例；
定义的每个实例都是引用类型的唯一实例；
可以将enum类型用于switch语句。

public enum Color {
    RED, GREEN, BLUE;
}
//实际上

public final class Color extends Enum { // 继承自Enum，标记为final class
    // 每个实例均为全局唯一:
    public static final Color RED = new Color();
    public static final Color GREEN = new Color();
    public static final Color BLUE = new Color();
    // private构造方法，确保外部无法调用new操作符:
    private Color() {}
}

每个实例都是全局唯一
编译后的enum类和普通class并没有任何区别。但是我们自己无法按定义普通class那样来定义enum，必须使用enum关键字，这是Java语法规定的。

因为enum是一个class，每个枚举的值都是class实例，因此，这些实例有一些方法：name()

String s = Weekday.SUN.name(); // "SUN"
int n = Weekday.MON.ordinal(); // 1 返回定义的常量的顺序，从0开始计数

因为enum实际上定义的也是类，所以可以根据构造函数，添加每个实例对应的属性。比如

enum Weekday {
    MON(1), TUE(2), WED(3), THU(4), FRI(5), SAT(6), SUN(0);

    public final int dayValue;

    private Weekday(int dayValue) {
        this.dayValue = dayValue;
    }
}

 public static void main(String[] args) {
        Weekday day = Weekday.SUN;
        if (day.dayValue == 6 || day.dayValue == 0) {
            System.out.println("Work at home!");
        } else {
            System.out.println("Work at office!");
        }
    }

MON(1)相当于执行new操作，将1传入作为dataValue的值，这样就可以通过.dataValue去获取值。
再比如

enum Weekday {
    MON(1, "星期一"), TUE(2, "星期二"), WED(3, "星期三"), THU(4, "星期四"), FRI(5, "星期五"), SAT(6, "星期六"), SUN(0, "星期日");

    public final int dayValue;
    private final String chinese;

    private Weekday(int dayValue, String chinese) {
        this.dayValue = dayValue;
        this.chinese = chinese;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return this.chinese;
    }
}

还可以多用其他属性，然后重新toString方法。name属于final，无法被重写。
小结

Java使用enum定义枚举类型，它被编译器编译为final class Xxx extends Enum { … }；
通过name()获取常量定义的字符串，注意不要使用toString()；
通过ordinal()返回常量定义的顺序（无实质意义）；
可以为enum编写构造方法、字段和方法
enum的构造方法要声明为private，字段强烈建议声明为final；
enum适合用在switch语句中。

BigInteger BigDecimal

整数最大是long类型，超过了的话，java.math.BigInteger就是用来表示任意大小的整数。BigInteger内部用一个int[]数组来模拟一个非常大的整数：

BigInteger bi = new BigInteger("1234567890");
System.out.println(bi.pow(5)); // 2867971860299718107233761438093672048294900000

和BigInteger类似，BigDecimal可以表示一个任意大小且精度完全准确的浮点数。
实际上一个BigDecimal是通过一个BigInteger和一个scale来表示的，即BigInteger表示一个完整的整数，而scale表示小数位数

public class BigDecimal extends Number implements Comparable<BigDecimal> {
    private final BigInteger intVal;
    private final int scale;
}

常用工具类

Math
顾名思义，Math类就是用来进行数学计算的，它提供了大量的静态方法来便于我们实现数学计算：

Math.abs(-13) //13 绝对值
Math.max(13,9) //13 最大
Math.min() //最小
Math.pow(2, 10); // 2的10次方=1024
double pi = Math.PI; // 3.14159...
double e = Math.E; // 2.7182818...
Math.sin(Math.PI / 6); // sin(π/6) = 0.5
Math.random(); // 0.53907... 每次都不一样

Java标准库还提供了一个StrictMath，它提供了和Math几乎一模一样的方法。这两个类的区别在于，由于浮点数计算存在误差，不同的平台（例如x86和ARM）计算的结果可能不一致（指误差不同），因此，StrictMath保证所有平台计算结果都是完全相同的，而Math会尽量针对平台优化计算速度，所以，绝大多数情况下，使用Math就足够了。
·
Random
生成伪随机数

Random r = new Random();
r.nextInt(); // 2071575453,每次都不一样
r.nextInt(10); // 5,生成一个[0,10)之间的int
r.nextLong(); // 8811649292570369305,每次都不一样
r.nextFloat(); // 0.54335...生成一个[0,1)之间的float
r.nextDouble(); // 0.3716...生成一个[0,1)之间的double

SecureRandom
有伪随机数，就有真随机数。实际上真正的真随机数只能通过量子力学原理来获取，而我们想要的是一个不可预测的安全的随机数，SecureRandom就是用来创建安全的随机数的：

SecureRandom sr = new SecureRandom();
System.out.println(sr.nextInt(100));

SecureRandom的安全性是通过操作系统提供的安全的随机种子来生成随机数。这个种子是通过CPU的热噪声、读写磁盘的字节、网络流量等各种随机事件产生的“熵”。