初识面向对象

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面向对象概念

理解面向对象

• 面向对象是相对面向过程而言
• 面向对象和面向过程都是一种思想
• 面向过程强调的是功能行为
• 面向对象将功能封装进对象，强调具备了功能的对象
• 面向对象是基于面向过程的

面向对象的特点

• 是一种符合人们思考习惯的思想
• 可以将复杂的事情简单化
• 将程序员从执行者转换成了指挥者(即从过程的执行者，转换成了对象的指挥者)
• 完成需求时：
  
  1. 先要去找具有所需的功能的对象来用
  2. 如果该对象不存在，那么创建一个具有所需功能的对象
  3. 这样简化开发并提高复用

面向对象开发，设计，特征

• 开发的过程：其实就是不断的创建对象，使用对象，指挥对象做事情
• 设计的过程：其实就是在管理和维护对象之间的关系
• 面向对象有3个特征：封装(encapsulation)、继承(inheritance)、多态(polymorphism)

类与对象的关系

类就是对现实生活中事物的描述；对象就是这类事物实实在在存在的个体。
比如：现实生活中的对象：张三，李四。若想要描述：即提取对象中共性内容，也即对具体对象的抽象。描述时，这些对象的共性有：姓名，年龄，性别，学习java的功能。映射到java中，描述就是class定义的类，具体对象就是对应java在堆内存中用new建立的实体。
类与对象的关系如图所示：

可以这样理解类与对象的关系：

• 类就是图纸
• 汽车就是堆内存中的对象

例，需求1：描述汽车(颜色、轮胎数)。
（其实定义类）描述事物，其实就是在描述事物的属性和行为。

• 属性对应类中变量，行为对应类中的函数（方法）
• 属性和行为共同成为类中的成员（成员变量和成员函数）

class Car {    // 描述颜色    String color = "红色";    // 描述轮胎数    int num = 4;    // 运行行为    void run() {        System.out.println(color+"..."+num);    }}

描述完汽车，接下来就是生产汽车，在java中通过new操作符来完成，其实就是在堆内存产生一个实体。即：

Car c = new Car(); // c就是一个类类型变量。记住：类类型变量指向对象。

需求2：将已有车的颜色改成蓝色，就需要指挥该对象做事情，在java中指挥方式是：对象.对象成员。

c.color = "blue";

对象内存结构图
试分析如下代码：

Car c = new Car();c.color = "blue";c.run();Car c1 = new Car();c1.run();

在内存中的表示：

而对于代码：

Car c = new Car();c.num = 5;Car c1 = c;c1.color = "green";c.run();

在内存中表示为：

可以得出成员变量和局部变量的区别：

1. 源代码中定义的位置不同。
   成员变量定义在类中。
   局部变量定义在方法中(只要是类的下一级大括号都是局部的)，也可以定义在语句中。
2. 内存中的存储位置不同。
   成员变量存储在堆内存的对象中。
   局部变量存储在栈内存的方法中。
3. 生命周期不同。
   成员变量随着对象的出现而出现。
   局部变量随着所属区间的运行而出现，随着所属区间的结束而释放。

匿名对象
匿名对象是对象的简化形式。
匿名对象使用方式：

1. 当对对象的方法只调用一次时，可以用匿名对象来完成，这样写比较简化。如果对一个对象进行多个成员调用，必须给这个对象起个名字
2. 可以将匿名对象作为实际参数进行传递

例，

new Car().num = 5;new Car().color = "blue";new Car().run();

在内存中的表现形式为：

需求3：汽车修配厂对汽车进行改装，将来的车都改成黑色，3个轮胎。

public static void show(Car c) {    c.num = 3;    c.color = "black";    c.run();}

将匿名对象作为实际参数进行传递，如下：

public static void main(String[] args) {    show(new Car());}

此时，在内存中的表现形式为：

而代码

public static void main(String[] args) {    Car q = new Car();    show(q);}

在内存中的表示如图：

若要让堆内存中的对象成为垃圾，可让q = null。

封装(Encapsulation)

封装：是指隐藏对象的属性和实现细节，仅对外提供公共访问方式(接口)。
好处：

1. 将变化隔离
2. 便于使用
3. 提高重用性
4. 提高安全性，不允许直接访问细节，并通过公共的方式来访问，可实现可控

封装原则：

1. 将不需要对外提供的内容都隐藏起来
2. 把属性都隐藏，提供公共方法对其访问

private(私有)关键字

• private:私有，权限修饰符，用于修饰类中的成员（成员变量、成员函数）。私有只在本类中有效。
• 将成员变量私有化，对外提供对应的set， get方法对其进行访问。提高对数据访问的安全性。

具体到实例，即是：将age私有化以后，类以外即使建立对象也不能直接访问了，但是人应该有年龄，就需要在Person类中提供对应的访问age的方式。之所以对外提供访问方式，就因为可以在访问方式中加入逻辑判断等语句，对访问的数据进行操作，提高代码的健壮性。代码如下：

class Person{    private /*私有，权限修饰符，访问权限就降低了*/ int age;    /*    对私有的数据，可以通过方法的方式对其进行访问。    */    public void setAge(int a)     {        // 可以对数据进行控制        if (a < 0 || a > 130) {            // System.out.println(a + "，数值是错误的");            // 抛出异常。            throw new RuntimeException(a + "，数值是错误的");        } else {            age = a;        }       }    public int getAge()     {        return age;    }    void speak()     {        System.out.println("age = " + age);    }}class PersonDemo {    public static void main(String[] args) {        Person p = new Person();        // p.age = -20;        p.setAge(-40);        // p.speak();    }}

注意：私有仅仅是封装的一种表现形式。也即封装的体现之一：将属性私有化，对外提供对应的setXxx、getXxx方法来访问。

构造函数

对象一建立就会调用与之对应的构造函数。
特点：

1. 函数名和类名相同
2. 没有返回值类型
3. 没有具体的返回值

作用：可用于给对象进行初始化。
构造函数和一般函数的区别：构造函数和一般函数在写法上有不同，在运行上也有不同。构造函数在对象创建时执行，给对象初始化，而且只执行一次。而一般函数是对象调用时才执行，是给对象添加对象具备的功能。一个对象建立，构造函数只运行一次，而一般函数可以被该对象调用多次。
当初new对象时，也没有构造函数啊？那这个对象是怎么初始化的呢？

• 注意1：定义的每一个类中，都有一个默认的空参数构造函数。
• 注意2：一旦在类中自定义了构造函数后，默认的构造函数就没有了。

如：

class Car {    // Car() {} // 类中默认的空参构造函数，专门用于创建对象初始化用的}class CarDemo {    public static void main(String[] args)    {        Car c = new Car();    }}

构造函数的细节：
细节一：构造函数中有return语句吗？可以有，用于结束初始化的。如：

Person(String n){    name = n;    return;}

细节二：一般函数的名字是可以和类名一样的，但是不符合书写规范。如以下代码是可以通过编译的。

class Person{    void Person() // 可以编译通过，一般函数的名字是可以和类名一样的，但是不符合书写规范    {    }    void showPerson() {}}

细节三：构造函数里面是可以调用一般函数。
细节四：构造函数是可以私有化的，只在本类中使用，而且构造函数一旦私有化，其他程序就无法创建该类的对象。原因：无法对创建的对象进行初始化。
总结：

• 当一个类中没有定义构造函数时，那么系统会默认给该类加入一个空参数的构造函数。当在类中自定义了构造函数后，默认的构造函数就没有了。
• 一个类中默认会有一个空参数的构造函数，这个默认的构造函数的权限和所属类一致。如果类被public修饰，那么默认的构造函数也带public修饰符；如果类没有被public修饰，那么默认的构造函数也没有public修饰。简而言之：默认构造函数的权限是随着类的变化而变化的。
• 什么时候定义构造函数呢？
  答：当分析事物时，该事物存在具备一些特性或者行为，那么将这些内容定义在构造函数中。

废话少说，直接上代码，分析一下构造函数的内存图。例有如下代码：

class Person{     private String name;    private int age;    Person(String n)    {        name = n;    }    Person(String n, int a)    {        name = n;        age = a;    }    public void setName(String n)     {        name = n;    }    public String getName()    {        return name;    }    public void setAge(int a)     {        age = a;    }    public int getAge()    {        return age;    }    public void show()     {        System.out.println("name = " + name + ",age = " + age);    }}class PersonDemo{    public static void main(String[] args)    {        Person p1 = new Person("xiaoqiang", 30);        p1.show();    }}

则构造函数的内存图如下图所示：

this关键字

下面我们通过构造函数之间的调用来引出this关键字的讲解。试着思考一下：若构造函数私有，则就表示只在本类中有效，那么该如何访问呢？这里有个注意点，即构造函数只能被构造函数调用，不能直接被一般方法调用。还是回到我们的问题中来，构造函数之间该如何访问呢？答案是通过关键字this来解决。
this看上去，是用于区分局部变量和成员变量同名情况(当成员变量和局部变量同名时，可以通过this关键字区分。)。那么this到底代表的是什么呢？答案是：this代表本类的对象，到底代表哪一个呢？this代表它所在函数所属对象的引用，简单说：哪个对象在调用this所在的函数，this就代表哪个对象。
其实在Java里面有一个机制：只要用对象调用了方法，这个方法里面就持有一个引用，该引用指向哪个对象呢？哪个对象调用我，我就指向谁。总结一点就是：只要是直接被对象调用的方法都持有this引用。（凡是访问了对象中的数据的方法都持有this引用）
废话不多说，也是直接上代码，看看构造函数之间的调用以及其用到的this关键字。例有如下代码：

class Person{     private String name;    private int age;    private Person(String n)    {        name = n;    }    Person(String n, int a)    {        this(n);        age = a;    }    public void show()     {        System.out.println("name = " + name + ",age = " + age);    }}class ThisDemo{    public static void main(String[] args)    {        Person p = new Person("小明", 21);        p.show();    }}

以上构造函数之间的调用用图来表示即为：

this带上参数列表的方式就可以访问本类中的其他构造函数。比如：this("lisi"):访问的就是本类中带一个字符串参数的构造函数。还有一点要注意，即用于调用构造函数的this语句必须定义在构造函数的第一行，因为初始化动作要先执行。
this的应用：当定义类中功能时，该函数内部要用到调用该函数的对象时，这时用this来表示这个对象。但凡本类功能内部使用到了本类对象都用this表示。用例子来说话：

class Person {    private String name;    private int age;    Person(int age) {        this.age = age;    }    Person(String name) {        this.name = name;    }    Person(String name, int age) {        this.name = name;        this.age = age;    }    public void speak() {        System.out.println("name="+this.name+"...age="+this.age);        this.show();    }    public void show() {        System.out.println(this.name);    }    /*    需求：给人用于比较年龄是否相同的功能，也即是否是同龄人。    */    public boolean compare(Person per) {        return this.age == per.age;    }}class PersonDemo3 {    public static void main(String[] args) {        Person p = new Person(20);        Person p1 = new Person(25);        boolean b = p1.compare(p2);        System.out.println(b);    }}

static(静态)关键字

static用法：是一个修饰符，用于修饰成员（成员变量、成员函数）。
当成员被静态修饰后，就多了一个调用方式，除了可以被对象调用外，还可以直接被类名调用：类名.静态成员。
被修饰后的成员具备以下特点:

1. 随着类的加载而加载，类的消失而消失，说明它的生命周期最长。
2. 优先于对象存在，明确一点：静态是先存在的，对象是后存在的。
3. 被所有对象所共享。
4. 可以直接被类名所调用。

静态使用注意事项：

1. 静态方法只能访问静态成员，不能访问非静态成员，这就是静态方法的访问局限性。而非静态方法既可以访问静态也可以访问非静态。
2. 静态方法中不可以定义this、super关键字。因为静态优先于对象存在，所以静态方法中不可以出现this。
3. 主函数是静态的。

那么static关键字在程序开发中，什么时候使用呢？

• 成员变量：如果数据在所有对象中的都是一样的，直接静态修饰。
• 成员函数：如果函数没有访问过对象中的属性数据，那么该函数就是静态的。

下面我们着重看一下成员变量和静态变量的区别：

• 名称上的区别
  成员变量也叫实例变量。
  静态变量也叫类变量。
• 内存存储上的区别
  成员变量存储在堆内存的对象中。
  静态变量存储在方法区的静态区中。
• 生命周期不同
  成员变量随着对象的出现而出现，随着对象的消失而消失。
  静态变量随着类的出现而出现，随着类的消失而消失。

下面我们通过实际代码来看一下静态特点。例有如下代码：

class Person{    private String name;    private int age;    // public static String country = "CN"; // 全局变量    static String country = "CN";    Person(String name, int age)    {        this.name = name;        this.age = age;    }    public void show()    {        System.out.println("name = " + name + ",age = " + age);    }    public static void sleep()    {        System.out.println("呼呼");        // System.out.println("呼呼..." + name); // 无法从静态上下文中引用非静态变量name    }}class StaticDemo{    public static void main(String[] args)     {        Person p = new Person("lisi", 21);        p.show();        /*        如果创建对象调用sleep方法，发现，并没有使用对象中的数据。        该对象的建立是没有意义的。        该方法所属于Person.class，可以通过类名的方式来访问。        注意：用类名直接调用的方法必须通过指定修饰符来修饰，就是关键字static        */        Person.sleep();    }}

以上代码一图以蔽之：

静态代码块

格式：

static {    静态代码块中的执行语句}

特点：随着类的加载而执行，只执行一次，并优先于主函数。用于给类进行初始化。
其应用场景为：类不需要创建对象，但是需要初始化，这时将部分代码存储到静态代码块中。
例，

class StaticCode {    static {        System.out.println("a");    }}class StaticCodeDemo {    static {        System.out.println("b");    }    public static void main(String[] args) {        new StaticCode(); // 将StaticCode.class这个类加载进内存         new StaticCode(); // 注意StaticCode.class已经加载进内存，不会再次加载        System.out.println("over");    }    static {        System.out.println("c");    }}

输出结果：

b
c
a
over

注意：StaticCode s = null;，StaticCode类并没有被加载进内存。只有用到了类中的内容，才涉及类的加载问题，光建立引用，是不会加载的。

构造代码块

格式：

{    构造代码块中的执行语句}

构造代码块定义的是不同对象共性的初始化内容。
作用：给对象进行初始化，对象一建立就运行，而且优先于构造函数执行。
和构造函数的区别：构造代码块是给所有对象进行统一初始化，而构造函数是给对应的对象初始化。
例，

class Person {    private String name;    private int age;    // 构造代码块    {        cry();    }    Person() {        System.out.println("A:name="+name+",age="+age);    }    Person(String n) {        name = n;        System.out.println("B:name="+name+",age="+age);    }    Person(String n, int a) {        name = n;        age = a;        System.out.println("C:name="+name+",age="+age);    }    public void cry() {        System.out.println("cry.......");    }}class PersonDemo {    public static void main(String[] args) {        Person p1 = new Person();        Person p2 = new Person("lisi");    }}

学了静态代码块和构造代码块之后，极有可能遇到这样的面试题：

class StaticCode {    int num = 9;    StaticCode() {        System.out.println("b");    }    static {        System.out.println("a");    }    {        System.out.println("c"+this.num);    }    StaticCode(int x) {        System.out.println("d");    }    public static void show() {        System.out.println("show run");    }}class StaticCodeDemo {    public static void main(String[] args) {        new StaticCode(4);    }}

问运行结果？
答：输出为：

a
c9
d

主函数

主函数：是一个特殊的函数，作为程序的入口，可以被JVM调用。
主函数的定义：

• public：代表着该函数访问权限是最大的。
• static：代表主函数随着类的加载就已经存在了。
• void：主函数没有具体的返回值。
• main：不是关键字，但是是一个特殊的单词，可以被JVM设别。
• String[] args：函数的参数，参数类型是一个数组，该数组中的元素是字符串，也称为字符串类型的数组。

主函数是固定格式的：JVM设别。JVM在调用主函数时，传入的是new String[0];。我们可以通过以下代码测试：

class MainDemo {    public static void main(String[] args) {         System.out.println(args); // [Ljava.lang.String;@139a55        System.out.println(args.length); // 0    }}

须知主函数也是一个函数，即支持函数重载，所以以下代码也是可行的：

class MainDemo {    // 函数的重载    public static void main(int x) {    }    public static void main(String[] args, int x) {    }    public static void main(String[] args) {     }}

我们也可以在运行的时候指定输入一些字符串，打印在控制台上。

class MainDemo {    public static void main(String[] args) {         for (int x = 0; x < args.length; x++) {            System.out.println(args[x]);        }    }}

运行时指令：java MainDemo li yun ling。
输出：

li
yun
ling

当然了，如果不爽也可以这样做：

class MainDemo {    public static void main(String[] args) {         String[] arr = {"haha", "hehe", "heihei", "xixi", "haihai"};        MainTest.main(arr);    }}class MainTest {    public static void main(String[] args) {         for (int x = 0; x < args.length; x++) {            System.out.println(args[x]);        }    }}

静态的应用

什么时候使用静态？
要从两方面下手：因为静态修饰的内容有成员变量和函数。
什么时候定义静态变量(类变量)呢？
当对象中出现共享数据时，该数据被静态所修饰，对象中的特有数据要定义成非静态，存在堆内存中。
什么时候定义静态函数呢？
当功能内部没有访问到非静态数据(对象的特有数据)，那么该功能就定义成静态的。
下面以一个例子来说明静态的应用。
每一个应用程序中都有共性的功能，可以将这些功能进行抽取，独立封装，以便复用。我们试图建立一个可以对数组进行操作的工具类，该类中提供了获取最值、排序等功能。
分析：虽然可以通过建立ArrayTool的对象使用这些工具方法，对数组进行操作，发现了问题：

1. 对象是用于封装数据的，可是ArrayTool对象并未封装特有数据
2. 操作数组的每一个方法都没有用到ArrayTool对象中的特有数据

这时就考虑，让程序更严谨，是不需要对象的。可以将ArrayTool中的方法都定义成static的。直接通过类名调用即可。
将方法都静态后，可以方便于使用，但是该类还是可以被其他程序建立对象的。为了更为严谨，强制让该类不能建立对象。可以通过将构造函数私有化完成。并且，为了能生成API文档，我们加入java文档注释。代码为：

/**这是一个可以对数组进行操作的工具类，该类中提供了获取最值、排序等功能。@author 李阿昀@version V1.1*/public class ArrayTool {    // ArrayTool() {}    /**    空参数构造函数    */    private ArrayTool() {    }    /**    获取一个整型数组中的最大值    @param arr 接受一个int类型的数组    @return 会返回一个该数组中的最大值    */    public static int getMax(int[] arr) {        int max = 0;        for (int x = 0; x < arr.length; x++) {            if(arr[x] > arr[max])                max = x;        }        return arr[max];    }    /**    获取一个整型数组中的最小值    @param arr 接受一个int类型的数组    @return 会返回一个该数组中的最小值    */    public static int getMin(int[] arr) {        int min = 0;        for (int x = 0; x < arr.length; x++) {            if(arr[x] < arr[min])                min = x;        }        return arr[min];    }    /**    给int数组进行选择排序    @param arr 接受一个int类型的数组    */    public static void selectSort(int[] arr) {        for (int x = 0; x < arr.length - 1; x++) {            for (int y = x + 1; y < arr.length; y++) {                if(arr[x] > arr[y]) {                    swap(arr, x, y);                    }            }        }    }    /**    给int数组进行冒泡排序    @param arr 接受一个int类型的数组    */    public static void bubbleSort(int[] arr) {        for (int x = 0; x < arr.length - 1; x++) {            for (int y = 0; y < arr.length - x - 1; y++) {                if(arr[y] > arr[y+1]) {                    swap(arr, y, y+1);                      }            }        }    }    /**    给数组中的元素进行位置的置换    @param arr 接受一个int类型的数组    @param a 要置换的位置    @param b 要置换的位置    */    private static void swap(int[] arr, int a, int b) {        int temp = arr[a];        arr[a] = arr[b];        arr[b] = temp;    }    /**    用于打印数组中的元素。打印形式是：[element1, element2, ...]    @param arr 接受一个int类型的数组    */    public static void printArray(int[] arr) {        System.out.print("[");        for (int x = 0; x < arr.length; x++) {            if(x != arr.length - 1)                 System.out.print(arr[x]+", ");            else                System.out.println(arr[x]+"]");        }    }}

接下来，将ArrayTool.class文件发送给其他人，其他人只要将该文件设置到classpath路径下，就可以使用该工具类。但是，很遗憾，该类中定义了多少个方法，对方不清楚，因为该类并没有使用说明书。开始制作程序的说明书，java的说明书通过文档注释来完成。
即javac -d myhelp -author -version ArrayTool.java。
myhelp：为文档生成的目录，默认为当前目录，也可以指定为其他目录
-author：文档作者的名字
-version：文档版本

对象的初始化流程

到了最后一个知识点了，即对象的初始化流程。我们还是一个例子来说明，例有如下代码：

class Person{    private int age = 8; // 显示初始化    { // 构造代码块。给所有对象进行初始化的。构造函数只给对应的对象初始化。        System.out.println("constructor code run!!!......." + age);    }    Person()    {        // 隐藏了以下三句代码：        // 1. super()调用父类构造函数        // 2. 显示初始化        // 3. 构造代码块初始化。        System.out.println("person run!!!");    }    Person(int age)    {        this.age = age;        System.out.println("person(age) run!!!");    }}/*创建一个对象的流程：1，加载指定的字节码文件进内存2，通过new在堆内存中开辟空间，并分配首地址值3，对对象中的属性进行默认初始化4，调用与之对应的构造函数，构造函数压栈5，构造函数中执行隐式的语句super()访问父类中的构造函数6，对属性进行显示初始化7，调用类中的构造代码块8，执行构造函数中自定义的初始化代码9，初始化完毕，将地址赋值给指定的引用*/class ConsCodeDemo {    public static void main(String[] args)     {        Person p = new Person();    }}

试着说明Person p = new Person();该句话都做了什么事情呢？
答：创建一个对象的流程为：

1. 加载指定的字节码文件进内存
2. 通过new在堆内存中开辟空间，并分配首地址值
3. 对对象中的属性进行默认初始化
4. 调用与之对应的构造函数，构造函数压栈
5. 构造函数中执行隐式的语句super()访问父类中的构造函数
6. 对属性进行显示初始化
7. 调用类中的构造代码块
8. 执行构造函数中自定义的初始化代码
9. 初始化完毕，将地址赋值给指定的引用