【详识JAVA语言】面向对象程序三大特性之一：封装

封装的概念

面向对象程序三大特性：封装、继承、多态。而类和对象阶段，主要研究的就是封装特性。何为封装呢？简单来说就是套壳屏蔽细节。

比如：对于电脑这样一个复杂的设备，提供给用户的就只是：开关机、通过键盘输入，显示器，USB插孔等，让用户来和计算机进行交互，完成日常事务。

但实际上：电脑真正工作的却是CPU、显卡、内存等一些硬件元件。

对于计算机使用者而言，不用关心内部核心部件，比如主板上线路是如何布局的，CPU内部是如何设计的等，用户只需要知道，怎么开机、怎么通过键盘和鼠标与计算机进行交互即可。因此计算机厂商在出厂时，在外部套上壳子，将内部实现细节隐藏起来，仅仅对外提供开关机、鼠标以及键盘插孔等，让用户可以与计算机进行交互即可。

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

访问限定符

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：

比如：

public：可以理解为一个人的外貌特征，谁都可以看得到

default: 对于自己家族中(同一个包中)不是什么秘密，对于其他人来说就是隐私了

private：只有自己知道，其他人都不知道

说明

protected主要是用在继承中，继承部分详细介绍

default权限指：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 class Computer {

private String cpu; // cpu

private String memory; // 内存

public String screen; // 屏幕

String brand; // 品牌---->default属性

public Computer(String brand, String cpu, String memory, String screen) {

this.brand = brand;

this.cpu = cpu;

this.memory = memory;

this.screen = screen;

}

public void Boot(){

System.out.println("开机~~~");

}

public void PowerOﬀ(){

System.out.println("关机~~~");

}

public void SurfInternet(){

System.out.println("上网~~~"); }

}

public class TestComputer {

public static void main(String[] args) {

Computer p = new Computer("HW", "i7", "8G", "13*14");

System.out.println(p.brand); // default属性：只能被本包中类访问

System.out.println(p.screen); // public属性： 可以任何其他类访问

 //  System.out.println(p.cpu);  // private属性：只能在Computer类中访问，不能被其他类访问

}

}

注意：一般情况下成员变量设置为private，成员方法设置为public。

封装扩展之包

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。

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：可以使用类. 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();

// 得到一个毫秒级别的时间戳

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(); // 得到一个毫秒级别的时间戳

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(); // 得到一个毫秒级别的时间戳

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());

}

}

// 编译出错 Error:(5, 9) java: 对Date的引用不明确 java.sql 中的类 java.sql.Date 和 java.util 中的类 java.util.Date 都匹配

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) {

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

注意事项: import 和 C++ 的 #include import 只是为了写代码的时候更方便.

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

自定义包

基本规则

1. 在文件的最上方加上一个 package 语句指定该代码在哪个包中.

2. 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).

3. 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.

4. 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

1. 在 IDEA 中先新建一个包: 右键 src -> 新建 -> 包

2. 在弹出的对话框中输入包名, 例如 com.bit.demo1 在包中创建类, 右键包名 -> 新建 -> 类, 然后输入类名即可.

4. 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

5. 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

包的访问权限控制举例

Computer类位于com.bit.demo1包中，TestComputer位置com.bit.demo2包中：

package com.bit.demo1;

public class Computer {

private String cpu; // cpu 
private String memory; // 内存 
public String screen; // 屏幕 
String brand; // 品牌

public Computer(String brand, String cpu, String memory, String screen) { this.brand = brand; 
this.cpu = cpu; 
this.memory = memory; 
this.screen = screen; 
}

public void Boot(){ 
System.out.println("开机~~~"); 
}

public void PowerOﬀ(){ 
System.out.println("关机~~~"); 
}

public void SurfInternet(){ 
System.out.println("上网~~~"); 
} 
}

/// package com.bite.demo2;

import com.bite.demo1.Computer;

public class TestComputer { public static void main(String[] args) {

Computer p = new Computer("HW", "i7", "8G", "13*14");

System.out.println(p.screen); 
// System.out.println(p.cpu); // 报错：cup是私有的，不允许被其他类访问 // System.out.println(p.brand); // 报错：brand是default，不允许被其他包中的类访问

}

}

// 注意：如果去掉Computer类之前的public修饰符，代码也会编译失败

常见的包

1. java.lang:系统常用基础类(String、Object),此包从JDK1.1后自动导入。

2. java.lang.reﬂect:java 反射编程包;

3. java.net:进行网络编程开发包。

4. java.sql:进行数据库开发的支持包。

5. java.util:是java提供的工具程序包。(集合类等) 非常重要

6. java.io:I/O编程开发包。

static成员

再谈学生类

使用前文中介绍的学生类实例化三个对象s1、s2、s3，每个对象都有自己特有的名字、性别，年龄，学分绩点等成员信息，这些信息就是对不同学生来进行描述的，如下所示：

public class Student{

// ...

public static void main(String[] args) {

Student s1 = new Student("Li leilei", "男", 18, 3.8);

Student s2 = new Student("Han MeiMei", "女", 19, 4.0);

Student s3 = new Student("Jim", "男", 18, 2.6); }

}

假设三个同学是同一个班的，那么他们上课肯定是在同一个教室，那既然在同一个教室，那能否给类中再加一个成员变量，来保存同学上课时的教室呢？答案是不行的。

之前在Student类中定义的成员变量，每个对象中都会包含一份(称之为实例变量)，因为需要使用这些信息来描述具体的学生。而现在要表示学生上课的教室，这个教室的属性并不需要每个学生对象中都存储一份，而是需要让所有的学生来共享。在Java中，被static修饰的成员，称之为静态成员，也可以称为类成员，其不属于某个具体的对象，是所有对象所共享的。

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】

1. 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

2. 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

3. 类变量存储在方法区当中

4. 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 double score; 
public static String classRoom = "Bit306";

// ...

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("Li leilei", "男", 18, 3.8); 
Student s2 = new Student("Han MeiMei", "女", 19, 4.0); 
Student s3 = new Student("Jim", "男", 18, 2.6);

// 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); 
}

}

大家以调试方式运行上述代码，然后在监视窗口中可以看到，静态成员变量并没有存储到某个具体的对象中。

static修饰成员方法

一般类中的数据成员都设置为private，而成员方法设置为public，那设置之后，Student类中classRoom属性如何在类外访问呢？

public class Student{
private String name; 
private String gender; 
private int age; 
private double score; 
private static String classRoom = "Bit306";

// ...

}

public class TestStudent { 
public static void main(String[] args) { 
System.out.println(Student.classRoom); 
} 
}

编译失败：

Error:(10, 35) java: classRoom 在 extend01.Student 中是 private 访问控制

那static属性应该如何访问呢？

Java中，被static修饰的成员方法称为静态成员方法，是类的方法，不是某个对象所特有的。静态成员一般是通过静态方法来访问的。

public class Student{ 

// ...

private static String classRoom = "Bit306";

// ...

public static String getClassRoom(){ 
return classRoom; 
}

}

public class TestStudent {

public static void main(String[] args) { System.out.println(Student.getClassRoom()); 

}

} 
输出：Bit306

【静态方法特性】

1. 不属于某个具体的对象，是类方法

2. 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

3. 不能在静态方法中访问任何非静态成员变量

public static String getClassRoom(){ 
System.out.println(this); 
return classRoom; 
}

// 编译失败：Error:(35, 28) java: 无法从静态上下文中引用非静态 变量 this

public static String getClassRoom(){

age += 1;

return classRoom;

}

// 编译失败：Error:(35, 9) java: 无法从静态上下文中引用非静态 变量 age

4. 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

public static String getClassRoom(){ 
doClass(); 
return classRoom; 
}

// 编译报错：Error:(35, 9) java: 无法从静态上下文中引用非静态 方法 doClass()

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。

1. 就地初始化

就地初始化指的是：在定义时直接给出初始值

public class Student{

private String name;

private String gender;

private int age;

private double score;

private static String classRoom = "Bit306";

// ...

}

2. 静态代码块初始化

那什么是代码块呢？继续往后看 :) ~~~

代码块

代码块概念以及分类

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（后续讲解多线程部分再谈）

普通代码块

普通代码块：定义在方法中的代码块.

public class Main{

public static void main(String[] args) { 
{ //直接使用{}定义，普通方法块

int x = 10 ;

System.out.println("x1 = " +x);

}

int x = 100 ;

System.out.println("x2 = " +x);

}

}

// 执行结果

x1 = 10

x2 = 100

这种用法较少见

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 Student{

//实例成员变量

private String name;

private String gender;

private int age;

private double score;

public Student() {

System.out.println("I am Student init()!");

}

//实例代码块

{

this.name = "bit";

this.age = 12;

this.sex = "man";

System.out.println("I am instance init()!");

}

public void show(){

System.out.println("name: "+name+" age: "+age+" sex: "+sex);

}

}

public class Main {

public static void main(String[] args) {

Student stu = new Student(); stu.show();

}

}

// 运行结果

I am instance init()!

I am Student init()!

name: bit age: 12 sex: man

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 Student{

private String name;

private String gender;

private int age; private double score;

private static String classRoom;

//实例代码块

{

this.name = "bit";

this.age = 12;

this.gender = "man";

System.out.println("I am instance init()!");

}

// 静态代码块

static {

classRoom = "bit306";

System.out.println("I am static init()!");

}

public Student(){

System.out.println("I am Student init()!");

}

public static void main(String[] args) {

Student s1 = new Student();

Student s2 = new Student();

}

}

注意事项

静态代码块不管生成多少个对象，其只会执行一次

静态成员变量是类的属性，因此是在JVM加载类时开辟空间并初始化的

如果一个类中包含多个静态代码块，在编译代码时，编译器会按照定义的先后次序依次执行(合并)

实例代码块只有在创建对象时才会执行

内部类

当一个事物的内部，还有一个部分需要一个完整的结构进行描述，而这个内部的完整的结构又只为外部事物提供服务，那么这个内部的完整结构最好使用内部类。在 Java 中，可以将一个类定义在另一个类或者一个方法的内部，前者称为内部类，后者称为外部类。内部类也是封装的一种体现。

public class OutClass { 
class InnerClass{

}

}

// OutClass是外部类 
// InnerClass是内部类

【注意事项】

1. 定义在class 类名{}花括号外部的，即使是在一个文件里，都不能称为内部类

public class A{

}

class B{

}

// A 和 B是两个独立的类，彼此之前没有关系

2. 内部类和外部类共用同一个java源文件，但是经过编译之后，内部类会形成单独的字节码文件

内部类的分类

先来看下，内部类都可以在一个类的那些位置进行定义

public class OutClass {

// 成员位置定义：未被static修饰 --->实例内部类 
public class InnerClass1{ }

// 成员位置定义：被static修饰 ---> 静态内部类 
static class InnerClass2{

}

public void method(){

// 方法中也可以定义内部类 ---> 局部内部类：几乎不用 
class InnerClass5{

}

}

}

根据内部类定义的位置不同，一般可以分为以下几种形式：

1. 成员内部类(普通内部类：未被static修饰的成员内部类和静态内部类：被static修饰的成员内部类)

2. 局部内部类(不谈修饰符)、匿名内部类

注意：内部类其实日常开发中使用并不是非常多，大家在看一些库中的代码时候可能会遇到的比较多，日常开始中使用最多的是匿名内部类。

内部类

在外部类中，内部类定义位置与外部类成员所处的位置相同，因此称为成员内部类。

实例内部类

即未被static修饰的成员内部类。

public class OutClass {

private int a; 
static int b; 
int c; 

public void methodA(){

a = 10;

System.out.println(a);

}

public static void methodB(){ 

System.out.println(b); 

}

// 实例内部类：未被static修饰 

class InnerClass{

int c; public void methodInner(){ 

// 在实例内部类中可以直接访问外部类中：任意访问限定符修饰的成员

a = 100;

b =200;

methodA(); 

methodB();

// 如果外部类和实例内部类中具有相同名称成员时，优先访问的是内部类自己的

c = 300;

System.out.println(c);

// 如果要访问外部类同名成员时候，必须：外部类名称.this.同名成员名字 

OutClass.this.c = 400; 

System.out.println(OutClass.this.c);

}

}

public static void main(String[] args) {

// 外部类：对象创建 以及 成员访问 

OutClass outClass = new OutClass(); 

System.out.println(outClass.a); 

System.out.println(outClass.b); 

System.out.println(outClass.c); 

outClass.methodA(); 

outClass.methodB();

System.out.println("=============实例内部类的访问=============");

// 要访问实例内部类中成员，必须要创建实例内部类的对象 
// 而普通内部类定义与外部类成员定义位置相同，因此创建实例内部类对象时必须借助外部类

// 创建实例内部类对象 
OutClass.InnerClass innerClass1 = new OutClass().new InnerClass();

// 上述语法比较怪异，也可以先将外部类对象先创建出来，然后再创建实例内部类对象 OutClass.InnerClass innerClass2 = outClass.new InnerClass(); innerClass2.methodInner();

} 

}

【注意事项】

1. 外部类中的任何成员都可以在实例内部类方法中直接访问

2. 实例内部类所处的位置与外部类成员位置相同，因此也受public、private等访问限定符的约束

3. 在实例内部类方法中访问同名的成员时，优先访问自己的，如果要访问外部类同名的成员，必须：外部类名称.this.同名成员来访问

4. 实例内部类对象必须在先有外部类对象前提下才能创建

5. 实例内部类的非静态方法中包含了一个指向外部类对象的引用

6. 外部类中，不能直接访问实例内部类中的成员，如果要访问必须先要创建内部类的对象。

静态内部类

被static修饰的内部成员类称为静态内部类。

public class OutClass {

private int a; 
static int b; 
public void methodA(){

a = 10;

System.out.println(a);

}

public static void methodB(){ 
System.out.println(b); 

}

// 静态内部类：被static修饰的成员内部类 
static class InnerClass{

public void methodInner(){ 
// 在内部类中只能访问外部类的静态成员 
// a = 100; 

// 编译失败，因为a不是类成员变量

b =200;

// methodA(); methodB();

// 编译失败，因为methodB()不是类成员方法

}

}

public static void main(String[] args) { 
// 静态内部类对象创建 & 成员访问 
OutClass.InnerClass innerClass = new OutClass.InnerClass(); innerClass.methodInner(); }

}

【注意事项】

1. 在静态内部类中只能访问外部类中的静态成员

如果确实想访问，我们该如何做？

2. 创建静态内部类对象时，不需要先创建外部类对象

局部内部类

定义在外部类的方法体或者{}中，该种内部类只能在其定义的位置使用，一般使用的非常少，此处简单了解下语法格式。

public class OutClass {

int a = 10;

public void method(){

int b = 10;

// 局部内部类：定义在方法体内部 // 不能被public、static等访问限定符修饰 
class InnerClass{

public void methodInnerClass(){

System.out.println(a);

System.out.println(b);

} 
}

// 只能在该方法体内部使用，其他位置都不能用 
InnerClass innerClass = new InnerClass(); 
innerClass.methodInnerClass();

}

public static void main(String[] args) { 
// OutClass.InnerClass innerClass = null; 编译失败 }


}

【注意事项】

1. 局部内部类只能在所定义的方法体内部使用

2. 不能被public、static等修饰符修饰

3. 编译器也有自己独立的字节码文件，命名格式：外部类名字$数字内部类名字.class

4. 几乎不会使用

对象的打印

public class Person { 

String name; 

String gender; 

int age;

public Person(String name, String gender, int age) { 

this.name = name; 

this.gender = gender; 

this.age = age; 
}

public static void main(String[] args) { 

Person person = new Person("Jim","男", 18); 

System.out.println(person); 

}

}

// 打印结果：day20210829.Person@1b6d3586

如果想要默认打印对象中的属性该如何处理呢？答案：重写toString方法即可。

public class Person { 

String name; 

String gender; 

int age;

public Person(String name, String gender, int age) { 

this.name = name; 

this.gender = gender; 

this.age = age; 
}

@Override 
public String toString() { 

return "[" + name + "," + gender + "," + age + "]"; 

}

public static void main(String[] args) { 

Person person = new Person("Jim","男", 18); 

System.out.println(person); }

}

// 输出结果：[Jim,男,18]