培训系列 Java面向对象初步
东篱
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其他

4489 字
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47 分钟

在编程学习的早期阶段，许多人首先接触的是C语言。作为一种经典的面向过程语言，C语言为理解编程基础概念提供了坚实的基础。然而，在处理大型或复杂的项目时，面向过程的语言可能会导致诸多挑战，尤其是在代码管理和维护方面。

随着项目规模的扩大，面向对象的编程语言成为了更合适的选择。这类语言通过封装、继承和多态等概念，提供了更高的代码可重用性和更强的模块化能力。Java语言就是其中的典型代表。它不仅支持面向对象的核心原则，而且广泛应用于各种规模的软件开发项目中。因此，在本节课中，我们将重点讲解Java语言中的面向对象编程。这将帮助大家深入理解并熟练运用面向对象的概念和技巧。

在开始本课程之前，请确保你已经熟悉Java的基本语法，这将为理解更高级的概念奠定基础。通过这种方式，我们可以更有效地掌握面向对象编程，进而提高软件开发的质量和效率。

面向对象引入

想要学习面向对象，首先要清楚地认识到面向对象与面向过程有什么区别，弄明白了这一点，才能彻底理解面向对象到底好在哪

面向对象与面向过程

此处将通过一个例子带大家了解何为面向过程，何为面向对象。

大家想想这样一个场景，早上起床从宿舍骑自行车前往教学楼，这个场景如何通过编程语言进行描述呢？

面向过程：

  • 首先实现人从床上起来的逻辑 – 需要很多行代码
  • 实现下楼的逻辑 – 需要很多行代码
  • 接下来实现上车逻辑 – 需要很多行代码
  • 实现骑自行车逻辑 – 需要很多行代码
  • 然后实现下车逻辑 – 需要很多行代码
  • 实现上楼逻辑 – 需要很多行代码
  • 最后实现进入教室逻辑 – 需要很多行代码

面向对象：

  • 分别制造一个人对象，床对象，楼梯对象，自行车对象，教室对象 – 需要很多行代码
  • 床对象.下床(人对象) – 仅需一行代码
  • 楼梯对象.下楼(人对象) – 仅需一行代码
  • 自行车对象.上车(人对象) – 仅需一行代码
  • 自行车对象.骑行(人对象) – 仅需一行代码
  • 自行车对象.下车(人对象) – 仅需一行代码
  • 楼梯对象.上楼(人对象) – 仅需一行代码
  • 教室对象.进入(人对象) – 仅需一行代码

上面的例子很直观的描述了什么是面向过程，什么又是面向对象，同时我们可以明显的感受到面向对象的优势，实际上面向过程就类似于我们啥都不干，直接拿砖块盖房子，而面向对象就类似于先画好图纸，以后盖房子的时候都直接根据图纸来盖房子，不需要再思考怎么盖了。

从更加本质的角度上来说，面向过程是将一件事情分成了很多步骤，把这些步骤都完成，整件事情也就完成了，而面向对象是把整件事情中包含的所有物体都抽象为一个个的对象，每个对象都拥有自己的属性和能做的事情，通过这些对象，对于整件事情进行模拟，整件事情也就完成了。由此可见，面向过程更加繁琐，而面向对象更加简单易懂。

面向对象基础概念

类和对象

何为类

盖房子使用的图纸

何为对象

根据图纸盖出来的房子

类与对象的关系

类和对象

类中都有什么

  • 属性：比如学生的姓名，年龄，学号等该类型的固有信息
  • 方法：比如吃饭，睡觉，学习等该类型的动态行为

类的特性

封装性

封装是面向对象的核心思想。它有两层含义；一层含义是把对象的属性和行为看成一个密不可分的整体，将这两者“组合”在一起（即封装在对象中）；另一层含义指信息隐藏，将不想让外界知道的信息隐藏起来，例如，学开车时只需要知道如何操作汽车，不必知道汽车内部是如何工作的。

继承性

绘图3

我们把任何动物都拥有的属性和行为放到动物类中（比如【属性：年龄、体重】【行为：吃饭、睡觉】），然后我们让猫猫类、狗狗类和兔兔类都继承动物类，此时猫猫类、狗狗类和兔兔类都拥有了任何动物共有的属性和行为，因此在猫猫类、狗狗类和兔兔类中，我们不需要把动物共有的属性和行为再写一遍了，我们只需要在其中定义他们所特有的属性和行为。而金毛、二哈和柯基都继承了狗狗类，因此他们都具有狗狗所共有的属性和行为，我们只需要定义他们所特有的属性和行为即可。

多态性

同样是吃饭，猫猫一般吃鱼，狗狗一般吃骨头，而兔兔一般吃胡萝卜，如果一个数组中存放了几种不同的动物，我们让这些动物一起去食堂吃饭，我们让不同种类的对象执行相同的行为（吃饭），但是最终他们表现出来的结果却不一样（猫吃鱼、狗吃骨头、兔兔吃胡萝卜），这种现象就叫多态，就是同种行为表现出不同状态。

面向对象基础

类的定义

class 类名 {
    成员变量;
    成员方法;
}

示例

/**
 * 学生类
 */
public class Student {
    /**
     * 姓名
     */
    String name;
    /**
     * 年龄
     */
    int age;
    /**
     * 性别
     */
    String sex;

    /**
     * 读书方法
     */
    void read(){
        System.out.println("大家好，我是"+name+"，我在看书！");
    }
}

对象的创建与使用

创建对象

类名 对象名 = new 类名();

Student stu = new Student();

使用对象

对象名.属性名
对象名.方法名

stu.name = "张三";
System.out.println("姓名：" + stu.name);
stu.read();

完整示例

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Student stu = new Student();
        stu.name = "张三";
        System.out.println("姓名：" + stu.name);
        stu.read();
    }
}

对象的内存结构

对象内存图

思考一下下面这段代码的输出

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 值类型
        int a=10;
        int b=a;
        System.out.println("a="+a);
        System.out.println("b="+b);
        System.out.println("修改b的值后：");
        b=20;
        System.out.println("a="+a);
        System.out.println("b="+b);

        // 引用类型（对象）
        Student stu1=new Student();
        Student stu2=null;
        stu2=stu1;
        stu1.name="张三";
        stu1.age=10;
        stu2.age=20;
        System.out.println("修改stu2的值后：");
        System.out.println("stu1.name="+stu1.name);
        System.out.println("stu1.age="+stu1.age);
        System.out.println("stu2.name="+stu2.name);
        System.out.println("stu2.age="+stu2.age);
    }
}

搞懂了上面这段代码输出结果的原理，对象的内存结构自然也就明白啦。

访问控制权限

private < default < protected < public

权限修饰符

/**
 * 测试权限修饰符
 */
public class Test {
    /**
     * 私有变量
     */
    private int privateInt;
    /**
     * 默认变量
     */
    int defaultInt;
    /**
     * 受保护变量
     */
    protected int protectedInt;
    /**
     * 公共变量
     */
    public int publicInt;
}

权限修饰符使用规范

封装

为什么要封装

我们现在可以随意的访问对象中的属性和方法，但是很多时候我们并不希望类的外部能够访问某些属性和方法，就比如人类拥有心跳方法，但心跳方法我们不希望外界能够使用，外界随意使用会很危险，因此我们就需要使用权限修饰符private，使心跳方法变成一个私有的方法，只能在类的内部使用。

this关键字的使用

调用本类中的属性、方法、构造方法

如何实现封装

使用权限修饰符private

/**
 * 学生类
 */
public class Student {
    /**
     * 姓名
     */
    private String name;
    /**
     * 年龄
     */
    private int age;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        if (age < 0) {
            System.out.println("年龄不能为负数！");
            return;
        }
        this.age = age;
    }

    /**
     * 读书方法
     */
    void read() {
        System.out.println("大家好，我是" + name + "，刚满" + age + "岁~~~" + "，我在看书！");
    }
}


public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Student stu = new Student();
        stu.setName("张三");
        stu.setAge(-20);
        stu.setAge(18);
        stu.read();
    }
}

思考一下，如何让某个属性只读或只写

构造方法

在此之前，我们初始化对象中的属性，都是先创建一个对象，然后逐个为其中的属性赋值，这种方法并不是很方便，那我们有没有办法在创建对象的时候就给他赋上初值呢?

/**
 * 学生类
 */
public class Student {

    /**
     * 无参构造方法
     */
    public Student() {
    }

    /**
     * 有参构造方法
     * @param name 姓名
     * @param age 年龄
     */
    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    /**
     * 姓名
     */
    private String name;
    /**
     * 年龄
     */
    private int age;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        if (age < 0) {
            System.out.println("年龄不能为负数！");
            return;
        }
        this.age = age;
    }

    /**
     * 读书方法
     */
    void read() {
        System.out.println("大家好，我是" + name + "，刚满" + age + "岁~~~" + "，我在看书！");
    }
}


public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Student stu = new Student("张三", 18);
        stu.read();
    }
}

注意事项

  • 构造方法的名称必须与类名一致
  • 构造方法名称前不能有任何返回值类型的声明
  • 不能在构造方法中使用return返回一个值，但可以单独写return语句作为方法的结束

构造块

用{}包裹，与构造方法同级，会在构造方法执行前（创建对象之前）执行

static关键字

前面讲到的类中的属性，都是需要创建对象后，通过 对象.属性 的方式使用，也就是这些属性都是属于对象的，而如果某个属性通过static关键字修饰，那么它将会属于类（通过 类.属性 使用），不仅是属性，方法也可以通过static修饰，效果一样。

示例

// 静态属性
类名.属性名
// 静态方法
类名.方法名

/**
 * 学生类
 */
public class Student {

    /**
     * 无参构造方法
     */
    public Student() {
    }

    /**
     * 有参构造方法
     *
     * @param name 姓名
     * @param age  年龄
     */
    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    /**
     * 姓名
     */
    private String name;
    /**
     * 年龄
     */
    private int age;
    /**
     * 学校
     */
    String school = "A大学";

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        if (age < 0) {
            System.out.println("年龄不能为负数！");
            return;
        }
        this.age = age;
    }

    /**
     * 读书方法
     */
    void info() {
        System.out.println("大家好，我是" + name + "，刚满" + age + "岁~~~，在" + school + "上大学");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Student stu1 = new Student("张三", 18);
        Student stu2 = new Student("李四", 20);
        Student stu3 = new Student("王五", 22);
        stu1.info();
        stu2.info();
        stu3.info();

        stu1.school= "B大学";
        stu1.info();
        stu2.info();
        stu3.info();
    }
}

上述示例中，张三、李四和王五是最开始是同一所大学 A大学 的学生，现在他们的大学改名叫 B大学 ，此时这里只改动了stu1的大学名称，而stu2和stu3的大学名称依然是 A大学 ，由此可见，我们想要让大学改名，就要把所有学生对象的大学名称全部更改成 B大学 ，假设有一千亿个学生，我们就要修改一千亿次。

上述这种情况肯定是不合理的，究其原因，其实是因为每个对象的大学属性是独立的，但如果大学属性 属于类 ，那么所有的学生对象都是共享大学属性的，只要使用 类名.属性名 修改了大学属性，那么属于该类型的所有对象的大学属性也就同步更新了。

使用静态属性后的代码

/**
 * 学生类
 */
public class Student {

    /**
     * 无参构造方法
     */
    public Student() {
    }

    /**
     * 有参构造方法
     *
     * @param name 姓名
     * @param age  年龄
     */
    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    /**
     * 姓名
     */
    private String name;
    /**
     * 年龄
     */
    private int age;
    /**
     * 学校
     */
    static String school = "A大学";

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        if (age < 0) {
            System.out.println("年龄不能为负数！");
            return;
        }
        this.age = age;
    }

    /**
     * 读书方法
     */
    void info() {
        System.out.println("大家好，我是" + name + "，刚满" + age + "岁~~~" + "，在" + school + "上学。");
    }
}

静态属性和方法的内存原理

静态成员变量内存机制

静态方法内存机制

静态代码块

在类第一次被使用的时候执行

静态代码块 -> 构造代码块 -> 构造方法

继承

绘图3

基础语法

class 父类{
    ...
}
class 子类 extends 父类{
    ...
}

示例

/**
 * 动物类
 */
public class Animal {
    private String name;
    private int age;
    public final String COLOR = "白色";

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

/**
 * 狗狗类
 */
public class Dog extends Animal{
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        dog.setName("旺财");
        dog.setAge(3);
        System.out.println(dog.getName() + "的年龄是" + dog.getAge() + "岁，颜色是" + dog.COLOR);
    }
}

注意事项

  • Java仅支持单继承，不支持多继承
  • 多个类可以继承同一个父类，比如狗狗、猫猫和兔兔都继承动物
  • 允许多层继承，比如狗狗继承了动物，二哈继承了狗狗

方法重写

/**
 * 动物类
 */
public class Animal {
    void shout() {
        System.out.println("动物叫！");
    }
}


/**
 * 狗狗类
 */
public class Dog extends Animal{
    @Override
    void shout() {
        System.out.println("汪汪汪！");
    }
}

super关键字

super.属性
super.方法(参数1, 参数2, ...)

/**
 * 狗狗类
 */
public class Dog extends Animal{
    @Override
    void shout() {
        super.shout();
        System.out.println("汪汪汪！");
    }
}

final关键字

  • 修饰类，不可被继承
  • 修饰方法，不可被重写
  • 修饰变量，变为常量，只能赋初值

抽象类

有些时候，父类中某些方法的逻辑可以确定，有些方法的逻辑只有到了子类中才能确定，比如说叫声方法，动物类没法确定具体的叫声，而子类中可以确定，比如狗狗汪汪汪，猫猫喵喵喵，此时我们就需要用到抽象类，抽象类不能直接创建对象。

abstract class 抽象类名称 {
    属性;

    // 普通方法
    访问权限 返回值类型 方法名称(参数) {
        return 返回值;
    }

    // 抽象方法
    访问权限 abstract 返回值类型 抽象方法名称(参数);
}

示例

/**
 * 动物类
 */
public abstract class Animal {

    void eat() {
        System.out.println("吃东西！");
    }

    abstract void shout();
}


/**
 * 狗狗类
 */
public class Dog extends Animal{
    @Override
    void shout() {
        System.out.println("汪汪汪！");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        dog.eat();
        dog.shout();
    }
}

接口

我们在打游戏的时候，很多东西都有加血和扣血方法，怪物可以加血扣血，角色可以加血扣血，建筑也可以加血扣血，他们是截然不同的东西，父类是不一样的，很难找到上述几种类型的公共父类，但他们却拥有相同的几种行为，接口就是为了这种情况而存在的，任何具备加血和扣血操作的类型，都可以实现血量控制接口，以实现所有拥有加血扣血操作的类型的规范统一。

我们在生活中其实也常常用到接口，比如电脑的USB接口，鼠标，键盘，手机，U盘，等等各种毫不相关的东西都可以使用同样的USB接口，这是因为这些设备都遵循了USB的协议，就像是上面那个例子中截然不同的东西都具备加血和扣血操作一样。

定义接口

[public] interface 接口名 [implements 接口1, 接口2, ...] {
    [public] [static] [final] 数据类型 常量名 = 常量;
    [public] [abstract] 返回值的数据类型 方法名(参数列表);
    [public] static 返回值的数据类型 方法名(参数列表){}
    [public] default 返回值的数据类型 方法名(参数列表){}
}

// 其实接口中最常用的一般是之定义抽象方法，也就是第二条 [public] [abstract] 返回值的数据类型 方法名(参数列表); 其他几条了解一下即可

实现接口

修饰符 class 类名 implements 接口1, 接口2,...{
    ...
}

接口支持多实现，比如有一个血量控制接口，一个飞行控制接口，对于只有加血扣血操作的类型，只需要实现血量控制接口，对于没有生命值但是能飞的小精灵，只需要实现飞行控制接口，而对于即拥有生命值，又能飞的主角或者载具来说，就既要实现血量控制接口，也要实现飞行控制接口。

示例

/**
 * 血量控制接口
 */
public interface IBloodControl {
    void addBlood(int blood);
    void reduceBlood(int blood);
}


/**
 * 飞行控制接口
 */
public interface IFlyControl {
    void fly();
}

public class Bird implements IFlyControl, IBloodControl{

    private int blood;

    @Override
    public void addBlood(int blood) {
        this.blood += blood;
    }

    @Override
    public void reduceBlood(int blood) {
        this.blood -= blood;
    }

    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("鸟儿飞行！");
    }
}

抽象类和接口

从本质上来讲，接口就像是文章的大纲，等着我们去填充（实现接口），而抽象类更像是写了一半的文章，但是还没完全写完，没写完的部分先列好大纲，等之后在子类中填充。

多态

对象类型转换

向上转型

子类对象 -> 父类对象

父类类型 父类对象 = 子类实例;

因为子类对象一定属于其父类，就比如二哈一定属于狗狗，狗狗一定属于动物一样，所以能够直接隐式转换

向下转型

父类对象 -> 子类对象

子类类型 子类对象 = (子类)父类对象;

父类对象不一定属于子类，就比如动物对象不一定是狗狗对象，所以想要进行类型转换需要强制类型转换

多态的使用

/**
 * 动物类
 */
public abstract class Animal {

    abstract void shout();
}


/**
 * 狗狗类
 */
public class Dog extends Animal{
    @Override
    void shout() {
        System.out.println("汪汪汪！");
    }
}

/**
 * 猫猫类
 */
public class Cat extends Animal{
    @Override
    void shout() {
        System.out.println("喵喵喵！");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal dog = new Dog();
        dog.shout();
        Animal cat = new Cat();
        cat.shout();
    }
}

多态的好处

小动物们开了一家KTV，猫猫狗狗和兔兔一起去唱歌，通过代码实现上述场景。

其实上述场景中，我们可以实例化一个猫猫对象，一个狗狗对象，一个兔兔对象，然后依次调用他们的叫声方法，但是这样很麻烦，如果有一千个动物，我们就要调用不同对象的叫声方法一千次，有没有更好的办法呢？

猫猫狗狗和兔兔其实都属于动物，我们可以让他们都转型成动物类型，然后放到一个动物类型的列表（List）里面，然后遍历这个列表，在循环体中调用每一个元素的叫声方法。

/**
 * 动物类
 */
public abstract class Animal {
    abstract void shout();
}

/**
 * 猫猫类
 */
public class Cat extends Animal{
    @Override
    void shout() {
        System.out.println("喵喵喵！");
    }
}

/**
 * 狗狗类
 */
public class Dog extends Animal{
    @Override
    void shout() {
        System.out.println("汪汪汪！");
    }
}

/**
 * 兔兔类
 */
public class Rabbit extends Animal{
    @Override
    void shout() {
        System.out.println("哞哞哞！");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Animal> animals = new ArrayList<>();
        animals.add(new Dog());
        animals.add(new Cat());
        animals.add(new Rabbit());
        animals.forEach(Animal::shout);
    }
}

instanceof关键字

instanceof关键字用于判断一个对象是否属于某个类（或接口）的实例，语法格式如下：

对象 instanceof 类(或接口);

Object类（万类之祖）

Object是任何类的父类，所有的类都会直接或间接的继承Object类，其中有一些通用的方法我们可以重写，例如输出形式，比较，哈希值等。

除特殊说明，博客文章均为东篱原创，依据 CC BY-SA 4.0 许可证进行授权，转载请附上出处链接及本声明。
Java研发室培训面向对象
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٩(ˊᗜˋ*)و
(ノ°ο°)ノ
(´இ皿இ｀)
⌇●﹏●⌇
(ฅ´ω`ฅ)
(╯°A°)╯︵○○○
φ(￣∇￣o)
ヾ(´･ ･｀｡)ノ"
( ง ᵒ̌皿ᵒ̌)ง⁼³₌₃
(ó﹏ò｡)
Σ(っ °Д °;)っ
( ,,´･ω･)ﾉ"(´っω･｀｡)
╮(╯▽╰)╭
o(*////▽////*)q
＞﹏＜
( ๑´•ω•) "(ㆆᴗㆆ)
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