Java基础教程 - 7 面向对象-1

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7 面向对象

面向对象，首先涉及到的两个概念就是：类和对象。

什么是类？

类就是对现实事物的抽象设计。

例如设计学生的类，可能包括属性：学号，姓名、年龄、性别等。

设计狗的类，可能包括属性：名字、年龄、品种。

类表示的是对一个事物的抽象，不是具体的某个事物。

什么是对象？

对象就是一个具体的实例，这个实例是从类派生出来的。

我们将类的属性赋值，就产生了一个个实例，也就是对象。

例如通过学生的类，我们赋值：学号=001，姓名=张三，年龄=16，性别=男，班级=三年二班，产生了就是一个名字叫张三的具体的学生，这样我们通过给类可以派生出一个个不同属性值的对象，李四、王五、赵六…。

所以是先设计类，然后根据类来生成一个个对象。

7.1 类和对象

1 类的定义

类中可以定义属性和行为，属性也就是成员变量，表示这个类有哪些数据信息，行为也叫成员方法，表示这个类能干什么。

例如，对于学生类而言，学号、姓名、年级就是属性，学习这个行为，可以定义为方法。

那么我们可以定义以下学生类：

/**
 *定义类使用class关键字，后面跟类名
 */
class Student {
    public String sid;
    public String name;
    public int age;

    public void study() {
        System.out.println("我是" + name + ", 我在学习");
    }
}

上面的类定义了三个成员变量（sid、name、age），public 表示访问修饰符，用来限制属性的访问权限，后面再讲，现在使用 public。后面是变量类型和变量的名称。

还定义了一个成员方法 study()，定义成员方法和之前定义静态方法是一样的，只是没有 static 关键字。

2 类的使用

上面我们定义好类了，现在可以使用类来创建对象了。

/**
 * 定义学生类
 */
class Student {
    public String sid;
    public String name;
    public int age;

    public void study() {
        System.out.println("我是" + name + ", 我在学习");
    }
}

/**
 * 测试类
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Student stu = new Student();   // 创建对象

        stu.sid = "001";        // 为对象的sid属性赋值
        stu.name = "张三";       // 为对象的name属性赋值，现在学生是张三了
        stu.age = 18;

        System.out.println(stu.name);   // 打印名称
        stu.study();       // 使用对象调用方法
    }
}

因为 Java 中所有的代码都要放到类中，这里将测试的 main 方法放到了另一个类中，当然 main 方法放到 Student 中也是可以的，这里为了结构清晰。

首先通过 new Student() 可以创建一个 Student 对象，赋值给 Student 类型的变量 stu 。

创建对象后，我们可以通过 对象.属性 来访问变量，也可以通过 对象.属性=值 来给属性赋值。

使用 对象.方法() 可以调用方法。

执行结果：

张三
我是张三, 我在学习

面向对象编程就是先设计类，然后通过类创建对象，由对象做具体的工作。

3 默认构造方法

在上面创建对象后，使用 对象.属性=值 来给属性赋值，有点麻烦，我们可以在创建对象的时候，直接传递参数，给属性赋值。

这里就需要用到 构造方法。构造方法会在创建对象的时候自动执行，通过传递的属性值，给属性进行初始化。

举个栗子：

构造方法的名称和类的名称是一致的，没有返回值类型。

/**
 * 定义类
 */
class Student {
    public String sid;
    public String name;
    public int age;

    /**
     * 构造方法
     */
    public Student(String sid, String name, int age) {
        this.sid = sid;			// this.sid 访问的是属性，sid 是方法的形参
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public void study() {
        System.out.println("我是" + name + ", 我在学习");
    }
}

/**
 * 测试类
 */
public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        // 创建张三
        Student stu1 = new Student("001", "张三", 18);
        stu1.study();

        // 创建李四
        Student stu2 = new Student("002", "李四", 19);
        stu2.study();
    }
}

在上面的代码中，定义了构造方法，接收三个参数 (String sid, String name, int age)，在构造方法中，分别将三个参数赋值给类中的成员变量。

因为构造方法的参数和类中的成员变量名称相同了（也可以不同），所以如果在构造方法中直接使用变量名，访问的将是构造方法的参数，访问不到成员变量，如果要访问成员，需要使用 this 关键字。

当然在 study() 方法中，没有参数和成员变量 name 同名，所以 name 访问到的就是成员变量，可以不用 this （当然使用也没毛病）。

在创建对象的时候，就可以传递参数为对象的属性赋值： new Student("001", "张三", 18) 。每次 new 就会创建新的对象，每个对象是独立的，所以上面张三和李四对象是独立的两个对象，修改其中一个对象的值，不会影响另一个对象。

执行结果：

我是张三, 我在学习
我是李四, 我在学习

4 this的作用

在上面的代码中用到了 this，因为上面我们写构造方法的时候，形参和类的属性名相同（当然也可以不同），导致在构造方法中，使用 sid/name/age 无法访问到类的属性，使用this，就表示访问的是属性。

其实 this 表示的是调用当前方法的对象。如何理解？

举个栗子：

下面的代码，我们定义了学生类，创建了两个学生的对象。

/**
 * 定义类
 */
class Student {
    public String sid;
    public String name;
    public int age;

    /**
     * 构造方法
     */
    public Student(String sid, String name, int age) {
        this.sid = sid;			// this.sid 访问的是属性，sid 是方法的形参
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public void study() {
        System.out.println("我是" + this.name + "我" + age +"岁了" + ", 我在学习");
    }
}

/**
 * 测试类
 */
public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        // 创建张三
        Student stu1 = new Student("001", "张三", 18);
        stu1.study();

        // 创建李四
        Student stu2 = new Student("002", "李四", 19);
        stu2.study();
    }
}

执行结果：

我是张三, 我18岁了, 我在学习
我是李四, 我19岁了, 我在学习

当我们使用 stu1 调用 study() 方法的时候，this 就是指 张三 (stu1)这个对象，那么 this.name 的值就是张三；当我们使用 stu2 调用 study() 方法的时候，this 就是指 李四 (stu2) 这个对象，那么 this.name 的值就是李四。this 就是调用当前方法的对象。

5 对象内存解析

先查看下面的代码：

Student stu1 = new Student();   // 创建张三对象
stu1.sid = "001";        
stu1.name = "张三";
stu1.age = 18;

Student stu2 = new Student();   // 创建李四对象
stu2.sid = "002";        
stu2.name = "李四";
stu2.age = 19;

Student stu3 = stu1;
stu3.name = "王五";        

System.out.println(stu1.name);   // 王五
System.out.println(stu2.name);   // 李四
System.out.println(stu3.name);   // 王五

在上面的代码中，首先创建了两个对象赋值给了 stu1 和 stu2，并对属性进行赋值，然后定义了一个 stu3 的变量，将 stu1 赋值给了 stu3，我们前面说过 stu1 和 stu2 是独立的两个对象，那么 stu1 和 stu3 是独立的两个对象吗？两个是同一个对象。下面画一下内存示意图：

创建完 stu1 并赋值后，内存结构如下（其实字符串是不保存在堆或栈中的，这里简化了）：

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

创建完 stu2 并赋值后，内存结构如下：

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

Student stu3 = stu1 执行完，内存结构如下：

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

stu3.name = "王五"; 执行完成，内存结构如下：

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

所以只在 new 的时候才会创建新的对象，stu3 = stu1 只是将 stu1 执行的对象的引用赋值给了 stu3 。

6 静态变量

上面我们定义的属性和方法，是实例变量和实例方法，也叫成员变量和成员方法。

实例变量对于每个实例而言，是独立的数据，每个对象之间相互不会影响。创建一个对象，就会开辟独立的内存空间保存对象的实例变量数据。但是无论创建多少对象，实例方法只有一份，所有对象共享，通过 this，来确定是哪个对象调用了实例方法。

在类中还可以定义各个对象共享的数据，也就是静态变量。

打个比方，我们定义了一个 Student 类，然后通过 Student 类来创建对象，我们想知道一共创建了多少个 Student 对象，应该如何操作呢？

我们可以通过定义 静态变量 来实现，静态变量和成员变量的区别就是：前面通过 static 关键字来修饰。

/**
 * 定义类
 */
class Student {
    public static int stuCount = 0;		// 定义一个静态变量，用于记录创建的对象个数
    public String sid;
    public String name;
    public int age;

    /**
     * 构造方法
     */
    public Student(String sid, String name, int age) {
        stuCount++;				  // 创建对象会调用构造方法，调用一次就+1

        this.sid = sid;			// this.sid 访问的是属性，sid 是方法的形参
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

/**
 * 测试类
 */
public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        Student stu1 = new Student("001", "张三", 18);
        Student stu2 = new Student("002", "李四", 19);
        Student stu3 = new Student("003", "王五", 20);

        // 通过类名访问
        System.out.println(Student.stuCount);		// 输出: 3
      
       	// 通过对象也可以访问
      	System.out.println(stu1.stuCount);		// 输出: 3
        System.out.println(stu2.stuCount);		// 输出: 3
        System.out.println(stu3.stuCount);		// 输出: 3
    }
}

在上面的代码中，我们定义了一个类，然后在类中定义了一个 stuCount 静态变量。当创建对象的时候，会调用构造方法，我们在构造方法中将 stuCount++，这样就可以记录调用构造方法的次数。

静态变量用来定义那些所有对象共享的数据。

**静态变量是属于类的，而不是属于类的实例。在类的方法中，如果没有局部变量和静态变量重名，那么可以直接使用静态变量，就像上面在构造方法中一样，如果有局部变量和静态变量重名，可以使用 类名.静态变量 来访问。 **

在类外，像上面在 Test 类中访问 Student 类中的静态变量，那么可以通过 类名.静态变量 来赋值和访问，也可以通过 对象.静态变量 来访问，但是推荐使用 类名.静态变量 。

7 静态方法

除了静态变量，还有静态方法。静态变量也是属于类的，而不是属于类的实例。

静态方法通过 static 关键字来修饰的方法，之前在学习方法的时候，我们定义的全是静态方法。

/**
 * 定义类
 */
class Student {
    public static int stuCount = 0;		// 定义一个静态变量，用于记录创建的对象个数
    public String sid;
    public String name;
    public int age;

    /**
     * 构造方法
     */
    public Student(String sid, String name, int age) {
        stuCount++;				// 创建对象会调用构造方法，调用一次就+1

        this.sid = sid;			// this.sid 访问的是属性，sid 是方法的形参
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public void study() {
        System.out.println("我正在学习");
    }


    /**
     * 定义静态方法
     */
    public static void getStuCount() {
        System.out.println("一共创建了" + stuCount + "个学生");

        // System.out.println(name);   // 静态方法中无法访问成员变量
        // study();  // 静态方法中无法调用成员方法
    }
}

/**
 * 测试类
 */
public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        // 创建张三
        new Student("001", "张三", 18);
        // 创建李四
        new Student("002", "李四", 19);
        // 创建王五
        new Student("003", "王五", 20);

        Student.getStuCount();		// 输出: 一共创建了3个学生
    }
}

在静态方法不能访问成员变量和成员方法，因为静态方法是通过 类.静态方法() 调用的，不是通过对象实例来调用的，所以如果在静态方法中调用的成员变量没法确定是哪个实例的变量。但是在成员方法中是可以访问静态变量和静态方法的。

静态方法一般用来定义一些工具类，例如定义一个字符串的工具类：

public class StringUtils {
    /**
     * 判断字符串是否为空
     */
    public static boolean isEmpty(String arg) {
        // trim()方法是去掉字符串的前后空格
        return (null == arg || arg.trim().length() < 1);
    }

    /**
     * 判断字符串是否不为空
     */
    public static boolean isNotEmpty(String arg) {
        return !isEmpty(arg);
    }
    
    // ...定义其他的工具方法
}

定义完工具类，我就可以在其他的类中，通过 StringUtils.isEmpty("字符串") 来调用这个工具类中的方法了。

8 局部变量和全局变量

变量的作用域也就是在哪里可以访问到这个变量。按照作用域的不同，变量可分为 局部变量 和 全局变量。

什么是局部变量？

局部变量就是在方法中（包括方法的参数）或代码块中（例如for循环中定义的变量）定义的变量，这些变量只能在该方法中进行访问，其他方法中无法访问。

什么是全局变量？

全局变量就是类的属性，这些变量可以在多个方法中进行访问。

局部变量和全局变量除了作用域不同，还有一些地方也不同：

权限修饰符：全局变量是类的属性，可以添加权限修饰符，我们目前只使用了 public，局部变量没有权限修饰符，关于权限修饰符后面再讲解；
初始化：全局变量有初始化值，而局部变量在使用前，需要自己进行初始化，否则无法使用；
内存中的位置：全局变量是保存在堆中的，而局部变量（非static，static是保存在虚拟机的方法区中的）是保存在栈中的。

关于全局变量的初始化值，在这里举个栗子：

/**
 * 定义类
 */
class DataClass {
    public byte byteValue;
    public short shortValue;
    public int intValue;
    public long longValue;
    public float floatValue;
    public double doubleValue;
    public boolean booleanValue;
    public char charValue;
    public String stringValue;
}

/**
 * 测试类
 */
public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        DataClass data = new DataClass();
        System.out.println(data.byteValue);     // 0
        System.out.println(data.shortValue);    // 0
        System.out.println(data.intValue);      // 0
        System.out.println(data.longValue);     // 0
        System.out.println(data.floatValue);    // 0.0
        System.out.println(data.doubleValue);   // 0.0
        System.out.println(data.booleanValue);  // false
        char c = 0;
        System.out.println(data.charValue == c);// true
        System.out.println(data.stringValue);   // null
    }
}

在上面的代码中，我们并没有对类的属性进行初始化，但是类中的属性会默认有初始化值。

byte、short、int、long、char默认初始化值为 0，float、double 默认初始化值为 0.0，boolean 默认初始化值为 false，引用类型的默认初始化值为 null。

9 构造方法的重载

如果一个类中，没有显式的构造方法，那么会有一个隐式的无参构造方法。

class Student {
    public String sid;
    public String name;
    public int age;
}

public class ObjectTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 这里的Student()调用的就是默认隐式的构造方法
        Student stu = new Student();
    }
}

此时创建 Student 类对象，就是调用的隐式无参构造方法。当然，我们也可以手动写一个无参构造方法。

class Student {
    public String sid;
    public String name;
    public int age;

    public Student() {
        System.out.println("无参构造方法");
    }
}

public class ObjectTest {
    public static void main(String[] args) {
        Student stu = new Student();	// 打印：无参构造方法
    }
}

当我们手动写了显式的无参构造方法，那么就会调用这个显式的无参构造方法了。

如果我们显式的写了有参的构造方法，那么隐式的无参构造方法就没有了，所以在创建对象的时候，就必须传递参数。

举个栗子：

class Student {
    public String sid;
    public String name;
    public int age;

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

public class ObjectTest {
    public static void main(String[] args) {
        // Student stu = new Student();  // 报错，没有无参构造方法了
        Student stu = new Student("001", "ZhangSan", 18);
    }
}

当然构造方法也是可以重载的，我们可以定义多个构造方法。

class Student {
    public String sid;
    public String name;
    public int age;

    public Student() {
        System.out.println("无参构造方法");
    }

    public Student(String sid, String name) {
        System.out.println("有参构造方法: sid, name");
        this.sid = sid;
        this.name = name;
    }

    public Student(String sid, String name, int age) {
        System.out.println("有参构造方法: sid, name, age");

        this.sid = sid;
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

public class ObjectTest {
    public static void main(String[] args) {
        Student stu1 = new Student();
        Student stu2 = new Student("001", "ZhangSan");
        Student stu3 = new Student("001", "ZhangSan", 18);
    }
}

执行结果:

无参构造方法
有参构造方法: sid, name
有参构造方法: sid, name, age

那么如何在一个构造方法中调用另一个构造方法呢？

使用 this([参数]) 来调用，举个栗子：

class Student {
    public String sid;
    public String name;
    public int age;

    public Student() {
        System.out.println("无参构造方法");
    }

    public Student(String sid, String name) {
        this();	// 调用无参构造方法
        System.out.println("有参构造方法: sid, name");
        this.sid = sid;
        this.name = name;
    }

    public Student(String sid, String name, int age) {
        this(sid, name);	// 调用其他的构造方法
        System.out.println("有参构造方法: sid, name, age");
        this.sid = sid;
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

public class ObjectTest {
    public static void main(String[] args) {
        Student stu1 = new Student();
        Student stu2 = new Student("001", "ZhangSan");
        Student stu3 = new Student("001", "ZhangSan", 18);
    }
}

需要注意，使用 this([参数]) 调用其他的构造方法，这句代码必须放在构造方法的第一句。

执行结果：

无参构造方法
无参构造方法
有参构造方法: sid, name
无参构造方法
有参构造方法: sid, name
有参构造方法: sid, name, age

10 代码块

在类中还有代码块，代码块的主要作用也是进行一些初始化的工作。

代码块有静态代码块和非静态代码块。

静态代码块主要用于 初始化类的静态变量 或执行只需在类加载时运行一次的代码。

非静态代码块主要是对成员变量进行初始化工作。

举个栗子：

class Student {
    // 静态变量
    public static int staticValue;
    // 成员变量
    public int value;


    // 静态代码块
    static {
        staticValue = 10;
        System.out.println("执行静态代码块");
    }

    // 非静态代码块
    {
        value = 20;
        System.out.println("执行非静态代码块");
    }

    // 构造方法
    public Student() {
        System.out.println("执行构造方法");
    }
}

/**
 * 测试类
 */
public class ObjectTest {
    public static void main(String[] args) {
        new Student();
        new Student();
    }
}

执行结果：

执行静态代码块
执行非静态代码块
执行构造方法
执行非静态代码块
执行构造方法

从执行结果可以看出，静态代码块只会在类加载的时候执行一次，后面不会再执行了。静态代码块在每次创建对象的时候都会执行，而且会在构造方法之前执行。在代码块中也是可以调用类中的方法的，当然静态代码块只能调用静态方法。

静态代码块可以在需要进行一些逻辑处理后，再初始化静态变量的时候会用到，非静态代码块用的不多，一般使用构造方法就可以完成相同的功能。

需要注意，代码块和属性的显式赋值是同级的。谁写在后面，谁后生效。

举个栗子：

class Student {
    // 静态变量
    public static int staticValue = 20;

    // 静态代码块
    static {
        staticValue = 10;
    }
}

class Teacher {
    // 静态代码块
    static {
        staticValue = 10;
    }

    // 静态变量
    public static int staticValue = 20;
}

/**
 * 测试类
 */
public class ObjectTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Student.staticValue);    // 10
        System.out.println(Teacher.staticValue);    // 20
    }
}