Java 对象和类

Java 作为一种面向对象的编程语言，支持以下基本概念：

1、类（Class）：

  • 定义对象的蓝图，包括属性和方法。
  • 示例：public class Car { ... }

2、对象（Object）：

  • 类的实例，具有状态和行为。
  • 示例：Car myCar = new Car();

3、继承（Inheritance）：

  • 一个类可以继承另一个类的属性和方法。
  • 示例：public class Dog extends Animal { ... }

4、封装（Encapsulation）：

  • 将对象的状态（字段）私有化，通过公共方法访问。
  • 示例：
    private String name; 
public String getName() { return name; }

5、多态（Polymorphism）：

  • 对象可以表现为多种形态，主要通过方法重载和方法重写实现。
  • 示例：
    • 方法重载：public int add(int a, int b) { ... } 和 public double add(double a, double b) { ... }
    • 方法重写：@Override public void makeSound() { System.out.println("Meow"); }

6、抽象（Abstraction）：

  • 使用抽象类和接口来定义必须实现的方法，不提供具体实现。
  • 示例：
    • 抽象类：public abstract class Shape { abstract void draw(); }
    • 接口：public interface Animal { void eat(); }

7、接口（Interface）：

  • 定义类必须实现的方法，支持多重继承。
  • 示例：public interface Drivable { void drive(); }

8、方法（Method）：

  • 定义类的行为，包含在类中的函数。
  • 示例：public void displayInfo() { System.out.println("Info"); }

9、方法重载（Method Overloading）：

  • 同一个类中可以有多个同名的方法，但参数不同。
  • 示例： 
    public class MathUtils {
    public int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    public double add(double a, double b) {
        return a + b;
    }
}

本节我们重点研究对象和类的概念。

  • 对象：对象是类的一个实例（对象不是找个女朋友），有状态和行为。例如，一条狗是一个对象，它的状态有：颜色、名字、品种；行为有：摇尾巴、叫、吃等。
  • 类：类是一个模板，它描述一类对象的行为和状态。

下图中男孩（boy）、女孩（girl）为类（class），而具体的每个人为该类的对象（object）：

下图中汽车为类（class），而具体的每辆车为该汽车类的对象（object），对象包含了汽车的颜色、品牌、名称等。

Java中的对象

现在让我们深入了解什么是对象。看看周围真实的世界，会发现身边有很多对象，车，狗，人等等。所有这些对象都有自己的状态和行为。

拿一条狗来举例，它的状态有：名字、品种、颜色，行为有：叫、摇尾巴和跑。

对比现实对象和软件对象，它们之间十分相似。

软件对象也有状态和行为。软件对象的状态就是属性，行为通过方法体现。

在软件开发中，方法操作对象内部状态的改变，对象的相互调用也是通过方法来完成。

Java 中的类

类可以看成是创建 Java 对象的模板。

通过上图创建一个简单的类来理解下 Java 中类的定义：

public class Dog { String breed; int size; String colour; int age; void eat() { } void run() { } void sleep(){ } void name(){ } }

一个类可以包含以下类型变量：

  • 局部变量：在方法、构造方法或者语句块中定义的变量被称为局部变量。变量声明和初始化都是在方法中，方法结束后，变量就会自动销毁。
  • 成员变量：成员变量是定义在类中，方法体之外的变量。这种变量在创建对象的时候实例化。成员变量可以被类中方法、构造方法和特定类的语句块访问。
  • 类变量：类变量也声明在类中，方法体之外，但必须声明为 static 类型。

一个类可以拥有多个方法，在上面的例子中：eat()、run()、sleep() 和 name() 都是 Dog 类的方法。

构造方法

每个类都有构造方法。如果没有显式地为类定义构造方法，Java 编译器将会为该类提供一个默认构造方法。

在创建一个对象的时候，至少要调用一个构造方法。构造方法的名称必须与类同名，一个类可以有多个构造方法。

下面是一个构造方法示例：

public class Puppy{ public Puppy(){ } public Puppy(String name){ // 这个构造器仅有一个参数：name } }

创建对象

对象是根据类创建的。在Java中，使用关键字 new 来创建一个新的对象。创建对象需要以下三步：

  • 声明：声明一个对象，包括对象名称和对象类型。
  • 实例化：使用关键字 new 来创建一个对象。
  • 初始化：使用 new 创建对象时，会调用构造方法初始化对象。

下面是一个创建对象的例子：

public class Puppy{ public Puppy(String name){ //这个构造器仅有一个参数：name System.out.println("小狗的名字是 : " + name ); } public static void main(String[] args){ // 下面的语句将创建一个Puppy对象 Puppy myPuppy = new Puppy( "tommy" ); } }

编译并运行上面的程序，会打印出下面的结果：

小狗的名字是 : tommy

访问实例变量和方法

通过已创建的对象来访问成员变量和成员方法，如下所示：

/* 实例化对象 */ Object referenceVariable = new Constructor(); /* 访问类中的变量 */ referenceVariable.variableName; /* 访问类中的方法 */ referenceVariable.methodName();

使用 Object 类型声明变量只能在编译时访问 Object 类中的方法和属性，但在运行时，你可以通过强制类型转换将其转换为特定类型，以便访问特定类型的方法和属性。

实例

下面的例子展示如何访问实例变量和调用成员方法：

Puppy.java 文件代码：

public class Puppy { private int age; private String name; // 构造器 public Puppy(String name) { this.name = name; System.out.println("小狗的名字是 : " + name); } // 设置 age 的值 public void setAge(int age) { this.age = age; } // 获取 age 的值 public int getAge() { return age; } // 获取 name 的值 public String getName() { return name; } // 主方法 public static void main(String[] args) { // 创建对象 Puppy myPuppy = new Puppy("Tommy"); // 通过方法来设定 age myPuppy.setAge(2); // 调用另一个方法获取 age int age = myPuppy.getAge(); System.out.println("小狗的年龄为 : " + age); // 也可以直接访问成员变量（通过 getter 方法） System.out.println("变量值 : " + myPuppy.getAge()); } }

编译并运行上面的程序，产生如下结果： 

小狗的名字是 : tommy
小狗的年龄为 : 2
变量值 : 2

源文件声明规则

在本节的最后部分，我们将学习源文件的声明规则。当在一个源文件中定义多个类，并且还有import语句和package语句时，要特别注意这些规则。

  • 一个源文件中只能有一个 public 类
  • 一个源文件可以有多个非 public 类
  • 源文件的名称应该和 public 类的类名保持一致。例如：源文件中 public 类的类名是 Employee，那么源文件应该命名为Employee.java。
  • 如果一个类定义在某个包中，那么 package 语句应该在源文件的首行。
  • 如果源文件包含 import 语句，那么应该放在 package 语句和类定义之间。如果没有 package 语句，那么 import 语句应该在源文件中最前面。
  • import 语句和 package 语句对源文件中定义的所有类都有效。在同一源文件中，不能给不同的类不同的包声明。

类有若干种访问级别，并且类也分不同的类型：抽象类和 final 类等。这些将在访问控制章节介绍。

除了上面提到的几种类型，Java 还有一些特殊的类，如：内部类、匿名类。

Java 包

包主要用来对类和接口进行分类。当开发 Java 程序时，可能编写成百上千的类，因此很有必要对类和接口进行分类。

import 语句

在 Java 中，如果给出一个完整的限定名，包括包名、类名，那么 Java 编译器就可以很容易地定位到源代码或者类。import 语句就是用来提供一个合理的路径，使得编译器可以找到某个类。

例如，下面的命令行将会命令编译器载入 java_installation/java/io 路径下的所有类

import java.io.*;

一个简单的例子

在该例子中，我们创建两个类：Employee 和 EmployeeTest。

首先打开代码编辑器，把下面的代码粘贴进去，将文件保存为 Employee.java。

Employee 类有四个成员变量：name、age、designation 和 salary，该类显式声明了一个构造方法，该方法只有一个参数。

Employee.java 文件代码：

import java.io.*; public class Employee { private String name; private int age; private String designation; private double salary; // Employee 类的构造器 public Employee(String name) { this.name = name; } // 设置 age 的值 public void setAge(int age) { this.age = age; } // 获取 age 的值 public int getAge() { return age; } // 设置 designation 的值 public void setDesignation(String designation) { this.designation = designation; } // 获取 designation 的值 public String getDesignation() { return designation; } // 设置 salary 的值 public void setSalary(double salary) { this.salary = salary; } // 获取 salary 的值 public double getSalary() { return salary; } // 打印信息 public void printEmployee() { System.out.println(this); } // 重写 toString 方法 @Override public String toString() { return "名字: " + name + "\n" + "年龄: " + age + "\n" + "职位: " + designation + "\n" + "薪水: " + salary; } }

Java 程序都是从 main 方法开始执行，为了能运行这个程序，必须包含 main 方法并且创建一个实例对象。

下面给出 EmployeeTest 类，该类实例化 2 个 Employee 类的实例，并调用方法设置变量的值。

将下面的代码保存在 EmployeeTest.java文件中。

EmployeeTest.java 文件代码：

import java.io.*; public class EmployeeTest { public static void main(String[] args) { // 使用构造器创建两个对象 Employee empOne = new Employee("RUNOOB1"); Employee empTwo = new Employee("RUNOOB2"); // 调用这两个对象的成员方法 empOne.setAge(26); empOne.setDesignation("高级程序员"); empOne.setSalary(1000); empOne.printEmployee(); empTwo.setAge(21); empTwo.setDesignation("菜鸟程序员"); empTwo.setSalary(500); empTwo.printEmployee(); } }

编译这两个文件并且运行 EmployeeTest 类，可以看到如下结果：

$ javac EmployeeTest.java
$ java EmployeeTest 
名字:RUNOOB1
年龄:26
职位:高级程序员
薪水:1000.0
名字:RUNOOB2
年龄:21
职位:菜鸟程序员
薪水:500.0