面向对象编程·上

1.包
- 1.1导入包中的类
- 1.2静态导入
- 1.3将类放到包中
- 1.4包的访问权限控制 - [只能在当前包当中使用]
- 1.5常见的系统包
2.继承
- 2.1背景
- 2.2语法规则
- - 2.2.1super[不能出现在静态方法当中]作用总结父类对象的引用
- 2.3protected 关键字
- 2.4更复杂的继承关系
- 2.5final 关键字
- 2.6组合
⭐小提问⭐

大家好，我是晓星航。今天为大家带来的是面向对象编程相关的讲解！😀

1.包

包 (package) 是组织类的一种方式.

使用包的主要目的是保证类的唯一性.

例如, 你在代码中写了一个 Test 类. 然后你的同事也可能写一个 Test 类. 如果出现两个同名的类, 就会冲突, 导致代码不能编译通过.

1.1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:

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());
    }
}

可以使用 java.util.Date 这种方式引入 java.util 这个包中的 Date 类.

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());
        }
    }

提问：util地下有很多的类。难道一下子全部导入了吗？

答：不是的。Java处理的时候，需要谁，他才会拿谁。C语言里面，通过include关键字，导入之后，就会把这个头文件的内容全部拿过来。

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());
        }
    }

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

1.2静态导入

使用 import static 可以导入包中的静态的方法和字段.

import static java.lang.System.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        out.println("hello");
    }
}

使用这种方式可以更方便的写一些代码, 例如

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);
        }
    }

虽然写法很简便，但是在日常工作中我们不提倡使用它。

1.3将类放到包中

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1)

在 IDEA 中先新建一个包(软件包): 右键 src -> 新建 -> 包

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.

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

1.4包的访问权限控制 - [只能在当前包当中使用]

我们已经了解了类中的 public 和 private. private 中的成员只能被类的内部使用.

如果某个成员不包含 public 和 private 关键字, 此时这个成员可以在包内部的其他类使用, 但是不能在包外部的类使用.

下面的代码给了一个示例. Demo1 和 Demo2 是同一个包中, Test 是其他包中.

Demo1.java

package com.bit.demo;
public class Demo1 {
    int value = 0;
}

Demo2.java

package com.bit.demo;
    public class Demo2 {
        public static void Main(String[] args) {
            Demo1 demo = new Demo1();
            System.out.println(demo.value);
        }
    }
// 执行结果, 能够访问到 value 变量
//10

Test.java

import com.bit.demo.Demo1;
    public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            Demo1 demo = new Demo1();
            System.out.println(demo.value);
        }
    }
// 编译出错
//Error:(6, 32) java: value在com.bit.demo.Demo1中不是公共的; 无法从外部程序包中对其进行访问

如果val没有加权限那么它的权限默认是包访问权限

1.5常见的系统包

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。

2.继承

意义：可以对代码进行重用，大大的减少了代码量

2.1背景

代码中创建的类, 主要是为了抽象现实中的一些事物(包含属性和方法).

有的时候客观事物之间就存在一些关联关系, 那么在表示成类和对象的时候也会存在一定的关联.

例如, 设计一个类表示动物

注意, 我们可以给每个类创建一个单独的 java 文件. 类名必须和 .java 文件名匹配(大小写敏感).

// Animal.java 
        public class Animal {
            public String name;

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

            public void eat(String food) {
                System.out.println(this.name + "正在吃" + food);
            }
        }
// Cat.java 
        class Cat {
            public String name;

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

            public void eat(String food) {
                System.out.println(this.name + "正在吃" + food);
            }
        }
// Bird.java 
        class Bird {
            public String name;

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

            public void eat(String food) {
                System.out.println(this.name + "正在吃" + food);
            }

            public void fly() {
                System.out.println(this.name + "正在飞 ︿(￣︶￣)︿");
            }
}

这个代码我们发现其中存在了大量的冗余代码.

仔细分析, 我们发现Animal和 Cat以及 Bird 这几个类中存在一定的关联关系:

这三个类都具备一个相同的 eat 方法, 而且行为是完全一样的.
这三个类都具备一个相同的 name 属性, 而且意义是完全一样的.
从逻辑上讲, Cat 和 Bird 都是一种 Animal (is - a 语义).

此时我们就可以让 Cat 和 Bird 分别继承 Animal 类, 来达到代码重用的效果.

此时, Animal 这样被继承的类, 我们称为父类 , 基类或超类, 对于像 Cat 和 Bird 这样的类, 我们称为子类, 派生类和现实中的儿子继承父亲的财产类似, 子类也会继承父类的字段和方法, 以达到代码重用的效果.

2.2语法规则

基本语法

class 子类 extends 父类 {

}

使用 extends 指定父类.
Java 中一个子类只能继承一个父类 (而C++/Python等语言支持多继承).
子类会继承父类的所有 public 的字段和方法.
对于父类的 private 的字段和方法, 子类中是无法访问的.
子类的实例中, 也包含着父类的实例. 可以使用 super 关键字得到父类实例的引用.

对于上面的代码, 可以使用继承进行改进. 此时我们让 Cat 和 Bird 继承自 Animal 类, 那么 Cat 在定义的时候就不必再写 name 字段和 eat 方法.

class Animal {
    public String name;
    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }
    public void eat(String food) {
        System.out.println(this.name + "正在吃" + food);
    }
}
class Cat extends Animal {
    public Cat(String name) {
        // 使用 super 调用父类的构造方法.
        super(name);
    }
}
class Bird extends Animal {
    public Bird(String name) {super(name);
    }
    public void fly() {
        System.out.println(this.name + "正在飞 ︿(￣︶￣)︿");
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat("小黑");
        cat.eat("猫粮");
        Bird bird = new Bird("圆圆");
        bird.fly();
    }
}

extends 英文原意指 “扩展”. 而我们所写的类的继承, 也可以理解成基于父类进行代码上的 “扩展”.

例如我们写的 Bird 类, 就是在 Animal 的基础上扩展出了 fly 方法.

如果我们把 name 改成 private, 那么此时子类就不能访问了.

class Bird extends Animal {
    public Bird(String name) {
        super(name);
    }
    public void fly() {
        System.out.println(this.name + "正在飞 ︿(￣︶￣)︿");
    }
}
// 编译出错
//Error:(19, 32) java: name 在 Animal 中是 private 访问控制

父类构造的同时，也要帮助子类来进行构造。(用super来构造子类的方法)

子类构造前(报错)：

子类构造后(不报错)：

因此在父类使用构造方法时，也要帮助子类一起使用构造方法

当子类和父类都有自己的name使用父类时，我们会优先使用子类自己的name。

eg：子类name：hehe。父类name：没赋值(null)。

打印输出结果：null；

基本格式为：

public 类名(参数即类型，参数即类型) {
    super(参数，参数);
}

2.2.1super[不能出现在静态方法当中]作用总结父类对象的引用

1、super();//调用父类的构造方法

2、super.func();

3、super.data;

注：super只能在当前类的构造方法中出现(出现在其他地方会报错)，而且必须放在第一行。

2.3protected 关键字

刚才我们发现, 如果把字段设为 private, 子类不能访问. 但是设成 public, 又违背了我们 “封装” 的初衷.

两全其美的办法就是 protected 关键字.

对于类的调用者来说, protected 修饰的字段和方法是不能访问的
对于类的子类和 同一个包的其他类 来说, protected 修饰的字段和方法是可以访问的

// Animal.java
public class Animal {
    protected String name;
    public Animal(String name) { this.name = name;
    }
    public void eat(String food) {
        System.out.println(this.name + "正在吃" + food);
    }
}
// Bird.java 
public class Bird extends Animal {
    public Bird(String name) {
        super(name);
    }
    public void fly() {
        // 对于父类的 protected 字段, 子类可以正确访问
        System.out.println(this.name + "正在飞 ︿(￣︶￣)︿");
    }
}
// Test.java 和 Animal.java 不在同一个 包 之中了. 
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Animal("小动物");
        System.out.println(animal.name); // 此时编译出错, 无法访问 name 
    }
}

小结: Java 中对于字段和方法共有四种访问权限

private: 类内部能访问, 类外部不能访问
默认(也叫包访问权限): 类内部能访问, 同一个包中的类可以访问, 其他类不能访问.
protected: 类内部能访问, 子类和同一个包中的类可以访问, 其他类不能访问.
public : 类内部和类的调用者都能访问

什么时候下用哪一种呢?

我们希望类要尽量做到 “封装”, 即隐藏内部实现细节, 只暴露出必要的信息给类的调用者.

因此我们在使用的时候应该尽可能的使用 比较严格 的访问权限. 例如如果一个方法能用 private, 就尽量不要用public.

另外, 还有一种 简单粗暴 的做法: 将所有的字段设为 private, 将所有的方法设为 public. 不过这种方式属于是对访问权限的滥用, 还是更希望同学们能写代码的时候认真思考, 该类提供的字段方法到底给 “谁” 使用(是类内部自己用, 还是类的调用者使用, 还是子类使用).

2.4更复杂的继承关系

刚才我们的例子中, 只涉及到 Animal, Cat 和 Bird 三种类. 但是如果情况更复杂一些呢?

针对 Cat 这种情况, 我们可能还需要表示更多种类的猫~

这个时候使用继承方式来表示, 就会涉及到更复杂的体系.

// Animal.java 
public Animal { 
 ...
        }
// Cat.java 
        public Cat extends Animal { 
 ...
        }
// ChineseGardenCat.java 
        public ChineseGardenCat extends Cat { 
 ...
        }
// OrangeCat.java 
        public Orange extends ChineseGardenCat { 
 ...
        } 
......

如刚才这样的继承方式称为多层继承, 即子类还可以进一步的再派生出新的子类.

时刻牢记, 我们写的类是现实事物的抽象. 而我们真正在公司中所遇到的项目往往业务比较复杂, 可能会涉及到一系列复杂的概念, 都需要我们使用代码来表示, 所以我们真实项目中所写的类也会有很多. 类之间的关系也会更加复杂.

但是即使如此, 我们并不希望类之间的继承层次太复杂. 一般我们不希望出现超过三层的继承关系. 如果继承层次太多, 就需要考虑对代码进行重构了.

如果想从语法上进行限制继承, 就可以使用 final 关键字

2.5final 关键字

曾经我们学习过 final 关键字, 修饰一个变量或者字段的时候, 表示常量 (不能修改).

final int a = 10;
a = 20; // 编译出错

final 关键字也能修饰类, 此时表示被修饰的类就不能被继承.

final public class Animal { 
     ...
}
public class Bird extends Animal { 
     ...
}
// 编译出错
//Error:(3, 27) java: 无法从最终com.bit.Animal进行继承

final 关键字的功能是限制类被继承

“限制” 这件事情意味着 “不灵活”. 在编程中, 灵活往往不见得是一件好事. 灵活可能意味着更容易出错.

是用 final 修饰的类被继承的时候, 就会编译报错, 此时就可以提示我们这样的继承是有悖这个类设计的初衷的.

我们平时是用的 String 字符串类, 就是用 final 修饰的, 不能被继承.

2.6组合

和继承类似, 组合也是一种表达类之间关系的方式, 也是能够达到代码重用的效果.

例如表示一个学校:

public class Student { 
    ...
}
public class Teacher { 
    ...
}
public class School {
    public Student[] students;
    public Teacher[] teachers;
}