Java基础：面向对象编程3

news2024/10/17 17:18:48

1 Java可变长参数

1.1 概述

Java 的可变长参数（Varargs）是在 Java 1.5 中引入的功能，允许方法接受任意数量的相同类型的参数。可变参数的语法是在参数类型后面加上三个点（...），例如 int... numbers。

1.2 使用规则

  • 可变参数必须放在参数列表的最后一位：如果方法有多个参数，可变参数必须放在最后。例如：
    public void printNumbers(String prefix, int... numbers) {
    // 方法体
}
  • 只能有一个可变参数：一个方法中只能有一个可变参数。

1.3 原理

当使用可变参数时，Java 会在编译时创建一个数组，数组的大小就是传入的可变参数的数量。然后将这些参数放入数组中，并将数组传递给方法。

例如：

public void printNumbers(int... numbers) {
    for (int number : numbers) {
        System.out.println(number);
    }
}

调用 printNumbers(1, 2, 3) 时，Java 会创建一个 int[] 数组 {1, 2, 3}，然后传递给方法。

1.4 使用场景

可变参数通常用于需要处理任意数量相同类型对象的场景。例如：

  • 打印任意数量的整数
  • 计算任意数量的数字的和
  • 处理任意数量的字符串

1.5 注意事项

  • 避免重载带有可变参数的方法：重载带有可变参数的方法可能会导致编译器无法确定调用哪个方法，从而引发编译错误。例如：

    public void print(String... args) {
    // 方法体
}

public void print(String arg1, String... args) {
    // 方法体
}

    调用 print("a") 时，编译器无法确定是调用第一个方法还是第二个方法。

  • 明确指示：如果必须重载带有可变参数的方法，确保在调用时明确指示参数，避免编译器混淆。

1.6 示例代码

public class VarargsExample {
    public static void main(String[] args) {
        printNumbers(1, 2, 3);
        printNumbers(4, 5);
        printNumbers();
    }

    public static void printNumbers(int... numbers) {
        for (int number : numbers) {
            System.out.println(number);
        }
    }
}

2 Java native方法

2.1 概念

本地方法（Native Method）是用 native 关键字修饰的方法，通常不需要用 Java 语言实现。本地方法允许 Java 代码调用其他语言（如 C/C++）编写的代码。

2.2 JNI：Java Native Interface

JNI（Java Native Interface）是 Java 平台的一部分，从 Java 1.1 开始引入，允许 Java 代码与其他语言编写的代码进行交互。JNI 主要用于以下场景：

  • 标准 Java 类库不支持的功能
  • 调用已有的 C/C++ 库
  • 提高性能，特别是在需要接近硬件或运行次数特别多的方法中

2.2.1 JNI 的优点

  • 扩展 Java 功能：可以通过 JNI 调用其他语言编写的库。
  • 性能优化：在某些情况下，使用本地代码可以提高性能。

2.2.2 JNI 的缺点

  • 跨平台性丧失：本地代码通常不跨平台，需要在不同系统环境下重新编译。
  • 安全性降低：本地代码的不当使用可能导致程序崩溃。

2.3 用 C 语言编写本地方法

2.3.1 步骤

  1. 编写带有 native 方法的 Java 类，生成 .java 文件。
  2. 编译 Java 类，生成 .class 文件。
  3. 生成头文件：使用 javah -jni 或 javac -h 生成 .h 文件。
  4. 实现本地方法：使用 C/C++ 实现 .h 文件中的方法，生成 .c 或 .cpp 文件。
  5. 生成动态链接库：将 C/C++ 编写的文件生成动态链接库（如 .dll 或 .so）。

2.3.2 示例：HelloWorld 程序

  1. 编写 Java 类：

    public class HelloJNI {
    static {
        System.loadLibrary("hello"); // 加载动态链接库
    }

    public native void sayHello(); // 声明本地方法

    public static void main(String[] args) {
        new HelloJNI().sayHello(); // 调用本地方法
    }
}

  2. 编译 Java 类：

    javac HelloJNI.java

  3. 生成头文件：

    javac -h . HelloJNI.java

    这将生成 HelloJNI.h 文件。

  4. 实现本地方法：

    #include <jni.h>
#include "HelloJNI.h"
#include <stdio.h>

JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *env, jobject obj) {
    printf("Hello, JNI!\n");
}

  5. 编写编译脚本：

    # compile.sh
gcc -I"$JAVA_HOME/include" -I"$JAVA_HOME/include/darwin" -dynamiclib -o libhello.dylib HelloJNI.c

  6. 执行脚本：

    sh compile.sh

  7. 运行 Java 程序：

    java HelloJNI

2.4 JNI 调用 C 的流程图

Java 代码 -> JNI 接口 -> 本地代码 (C/C++)

在这里插入图片描述

2.5 native 关键字

  • native 用于修饰方法，表示该方法的实现在外部定义，通常用 C/C++ 实现。

  • 语法：

    • 修饰方法的位置必须在返回类型之前。
    • 不能用 abstract 修饰，没有方法体。
    • 返回值可以是任意类型。

  • native 方法示例

public native void sayHello();

2.6 小结

  • JNI 允许 Java 代码与其他语言编写的代码进行交互，扩展了 Java 的功能。
  • 本地方法 用 native 关键字修饰，通常用于调用 C/C++ 库或提高性能。
  • 注意事项：使用 JNI 会丧失跨平台性，且本地代码的不当使用可能导致程序崩溃。

3 Java构造方法

3.1 概念

构造方法（Constructor）是 Java 中的一种特殊方法，用于在创建对象时初始化对象的状态。每次使用 new 关键字创建对象时，构造方法至少会被调用一次。如果没有显式定义构造方法，编译器会提供一个默认的无参构造方法。

3.2 创建构造方法的规则

  • 名称与类名相同：构造方法的名称必须与类名完全一致。
  • 无返回类型：构造方法没有返回类型，包括 void。
  • 不能是抽象的、静态的、最终的、同步的：
    • 抽象：构造方法不能被子类继承，因此用 abstract 修饰没有意义。
    • 静态：构造方法用于初始化对象，因此用 static 修饰没有意义。
    • 最终：构造方法不能被子类继承，因此用 final 修饰没有意义。
    • 同步：多个线程不会同时创建内存地址相同的同一个对象，因此用 synchronized 修饰没有必要。

3.3 语法格式

class class_name {
    public class_name(){}    // 默认无参构造方法
    public ciass_name([paramList]){}    // 定义有参数列表的构造方法
    …
    // 类主体
}

3.4 默认构造方法

  • 无参构造方法：如果构造方法没有任何参数，它就是一个无参构造方法。
  • 默认构造方法：如果类中没有显式定义构造方法，编译器会自动提供一个无参构造方法。
  • 目的：主要为对象的字段提供默认值。
  • 代码示例
public class DefaultConstructorExample {
    private int value;

    // 编译器提供的默认构造方法
    public DefaultConstructorExample() {
        this.value = 0; // 默认值
    }

    public static void main(String[] args) {
        DefaultConstructorExample obj = new DefaultConstructorExample();
        System.out.println(obj.value); // 输出: 0
    }
}

3.5 有参构造方法

  • 有参数的构造方法：可以有一个或多个参数，用于为不同的对象提供不同的初始值。
  • 替代方案：如果没有有参构造方法，可以通过 setter 方法为字段赋值。
  • 代码示例
public class ParameterizedConstructorExample {
    private String name;

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

    public static void main(String[] args) {
        ParameterizedConstructorExample obj = new ParameterizedConstructorExample("Java");
        System.out.println(obj.name); // 输出: Java
    }
}

3.6 重载构造方法

  • 构造方法重载：通过提供不同的参数列表来重载构造方法。编译器会根据参数的数量和类型来决定调用哪一个构造方法。
  • 代码示例
public class OverloadedConstructorExample {
    private int id;
    private String name;

    public OverloadedConstructorExample(int id) {
        this.id = id;
    }

    public OverloadedConstructorExample(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

    public static void main(String[] args) {
        OverloadedConstructorExample obj1 = new OverloadedConstructorExample(1);
        OverloadedConstructorExample obj2 = new OverloadedConstructorExample(2, "Java");
        System.out.println(obj1.id); // 输出: 1
        System.out.println(obj2.id + " " + obj2.name); // 输出: 2 Java
    }
}

3.7 构造方法和方法的区别

特性方法构造方法
目的反映对象的行为初始化对象的字段
返回类型可以有返回类型没有返回类型
调用方式明确的，开发者通过代码决定调用隐式的，通过编译器完成
编译器提供不会由编译器提供如果没有明确提供无参构造方法，编译器会提供
名称可以和类名相同，也可以不同必须和类名相同

3.8 复制对象

复制一个对象可以通过以下三种方式完成：

  1. 通过构造方法：使用另一个对象作为参数来创建新对象。
  2. 通过对象的值：手动复制对象的每个字段。
  3. 通过 Object 类的 clone() 方法：实现 Cloneable 接口并重写 clone() 方法。
  • 通过构造方法
public class CopyConstrutorPerson {
    private String name;
    private int age;

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

    public CopyConstrutorPerson(CopyConstrutorPerson person) {
        this.name = person.name;
        this.age = person.age;
    }

    public void out() {
        System.out.println("姓名 " + name + " 年龄 " + age);
    }

    public static void main(String[] args) {
        CopyConstrutorPerson p1 = new CopyConstrutorPerson("沉默王二",18);
        p1.out();

        CopyConstrutorPerson p2 = new CopyConstrutorPerson(p1);
        p2.out();
    }
}

在上面的例子中，有一个参数为 CopyConstrutorPerson 的构造方法，可以把该参数的字段直接复制到新的对象中，这样的话，就可以在 new 关键字创建新对象的时候把之前的 p1 对象传递过去。

  • 通过对象的值
public class CopyValuePerson {
    private String name;
    private int age;

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

    public CopyValuePerson() {
    }

    public void out() {
        System.out.println("姓名 " + name + " 年龄 " + age);
    }

    public static void main(String[] args) {
        CopyValuePerson p1 = new CopyValuePerson("沉默王二",18);
        p1.out();

        CopyValuePerson p2 = new CopyValuePerson();
        p2.name = p1.name;
        p2.age = p1.age;
        
        p2.out();
    }
}

直接拿 p1 的字段值复制给 p2 对象（p2.name = p1.name）

  • 通过 Object 类的 clone() 方法
public class ClonePerson implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;

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

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }

    public void out() {
        System.out.println("姓名 " + name + " 年龄 " + age);
    }

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        ClonePerson p1 = new ClonePerson("沉默王二",18);
        p1.out();

        ClonePerson p2 = (ClonePerson) p1.clone();
        p2.out();
    }
}

通过 clone() 方法复制对象的时候，ClonePerson 必须先实现 Cloneable 接口的 clone() 方法，然后再调用clone()方法（ClonePerson p2 = (ClonePerson) p1.clone()）。

3.9 小结

  • 构造方法虽然没有返回值，但返回的是类的对象。
  • 初始化字段只是构造方法的一种工作，它还可以做更多，比如启动线程、调用其他方法等。

4 思维导图

在这里插入图片描述
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参考链接

  1. Java可变参数详解，5分钟教会我妹

  2. 手把手教你用 C语言实现 Java native 本地方法

  3. Java构造方法：打开Java对象创建之门的钥匙

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