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) { ... }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)类(class),而具体的每个人为该类的对象(object)

下图中汽车类(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:EmployeeEmployeeTest

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 Employee.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