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Java【类和面向对象】

时间:2025/7/10 4:15:07来源:https://blog.csdn.net/weixin_74417251/article/details/141929890 浏览次数:0次

Java 作为一种面向对象的编程语言,支持类、对象、继承、封装、多态、接口、抽象、方法、方法重载的概念。

1.类和对象

1.1基本概念

1.1.1类(Class)

一组相关属性和行为的集合。可以看成是一类事物的模板,用于定义对象的蓝图,包括属性和方法(描述该类事物)。

1.1.2对象(Object)

一类事物的具体体现。对象是类的一个实例,必然具备该类事物的属性、行为和状态

1.1.3类与对象的关系

  • 类是对一类事物的描述,,是抽象的。
  • 对象是一类事物的实例,是具体的。
  • 类是对象的模板,对象是类的实体。

1.2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。

  • 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。

示例:

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

1.3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。

示例:

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


2.四大特征

2.1封装(Encapsulation)

  • 将对象的状态(字段)私有化,防止该类的代码和数据被外部类定义的代码随机访问,保护客户程序安全地访问某个类;要访问该类的代码和数据,必须通过严格的接口控制。
  • 将抽象性函式接口的实现细节部分包装、隐藏起来的方法;即使客户程序不了解某个类具体实现细节,也能方便访问该类。

2.1.1四种访问控制级别

访问级别访问控制修饰符同类同包子类子类不同包不同包
公开public
受保护protected✓/-(说明)-
默认无访问控制修格符---
私有private----

2.1.2封装的优点

  • 良好的封装能够减少耦合。
  • 类内部的结构可以自由修改。
  • 可以对成员变量进行更精确的控制。
  • 隐藏信息,实现细节。

2.1.3封装的步骤

  1. 修改属性的可见性来限制对属性的访问(一般限制为private);
  2. 对每个值属性提供对外的公共方法访问,创建一对赋取值方法,用于对私有属性的访问;

示例:

/* 采用 this 关键字是为了解决实例变量和局部变量之间发生的同名的冲突 */
/* public方法是外部类访问该类成员变量的入口 */
/* 任何要访问类中私有成员变量的类都要通过这些getter和setter方法 */
public class Person{private String name;private int age;
​public int getAge(){return age;}
​public String getName(){return name;}
​public void setAge(int age){this.age = age;}
​public void setName(String name){this.name = name;}
}

2.2继承(Inheritance)

Java允许创建分等级层次的类,一个类可以继承另一个类的属性和方法。利用继承的方法,可以重用已存在类的方法和属性,而不用重写这些代码。被继承的类称为超类(super class),派生类称为子类(sub class)。

2.2.1基本语法

子类通过extends关键字声明继承父类;在 Java 中,类的继承是单一继承,一个类只能直接继承一个类。

public class Sub extends Base{

  ......

}//Sub会自动继承Base中定义的一些变量和方法

  •  当Sub类和Base类位于同一个包中,Sub类继承Base类的public、protected默认访问级别的成员变量和方法。
  • 当Sub类和Base类不在同一个包中,Sub类继承Base类的public、protected访问级别的成员变量和方法。

示例

/**Base.java*/
package mypack1;
public class Base{public int publicVar=1;    //public访问级别int defualtVar=2;          //默认访问级别private int privateVar=3;  //private访问级别protected void method(){   //protected访问级别System.out.println(private);}
}
/**java.Sub*/
package mypack1;
public class Sub extends Base{public static void main(String[] args){Sub sub=new Sub();   //创建一个Sub对象System.out.println(sub.publicVar);       //合法System.out.println(sub.defualtcVar);     //合法//System.out.println(sub.defualtcVar);   //非法sub.method();    //合法}
}
  • 通过 super 关键字来实现对父类成员的访问,用来引用当前对象的父类。
  • 通过 this 关键字指向自己的引用,引用当前对象所在的方法或构造函数所属的对象实例。

 示例:

class Animal {void eat() {System.out.println("animal : eat");}
}class Dog extends Animal {void eat() {System.out.println("dog : eat");}void eatTest() {this.eat();   // this 调用自己的方法super.eat();  // super 调用父类方法}
}public class Test {public static void main(String[] args) {Animal a = new Animal();a.eat();Dog d = new Dog();d.eatTest();}
}
  • 使用 final 关键字声明类,就是把类定义定义为最终类,不能被继承,或者用于修饰方法,该方法不能被子类重写

//声明类
final class 类名 {//类体}

//声明方法
修饰符(public/private/default/protected) final 返回值类型 方法名() {//方法体}

  • 使用 implements 关键字可以变相的使java具有多继承的特性,使用范围为类继承接口的情况,可以同时继承多个接口(接口跟接口之间采用逗号分隔)。

示例:

public interface A {public void eat();public void sleep();
}public interface B {public void show();
}public class C implements A,B {
}

2.2.2继承类型

单继承

public class A { ...... }

public class B extends A { ...... }

多重继承(间接)

public class A { ...... }

public class B extends A { ...... }

public class C extends B { ...... }

不同类继承同一类

public class A { ...... }

public class B extends A { ...... }

public class C extends A { ...... }

多继承(不支持)

2.2.3构造器

子类是继承父类的构造器(构造方法或者构造函数)的,它只是调用(隐式或显式)。如果父类的构造器带有参数,则必须在子类的构造器中显式地通过 super 关键字调用父类的构造器并配以适当的参数列表。如果父类构造器没有参数,则在子类的构造器中无需使用 super 关键字调用父类构造器,系统会自动调用父类的无参构造器。

示例:

class SuperClass {private int n;// 无参数构造器public SuperClass() {System.out.println("SuperClass()");}// 带参数构造器public SuperClass(int n) {System.out.println("SuperClass(int n)");this.n = n;}
}// SubClass 类继承
class SubClass extends SuperClass {private int n;// 无参数构造器,自动调用父类的无参数构造器public SubClass() {System.out.println("SubClass()");}// 带参数构造器,调用父类中带有参数的构造器public SubClass(int n) {super(300);System.out.println("SubClass(int n): " + n);this.n = n;}
}// SubClass2 类继承
class SubClass2 extends SuperClass {private int n;// 无参数构造器,调用父类中带有参数的构造器public SubClass2() {super(300);System.out.println("SubClass2()");}// 带参数构造器,自动调用父类的无参数构造器public SubClass2(int n) {System.out.println("SubClass2(int n): " + n);this.n = n;}
}public class TestSuperSub {public static void main(String[] args) {System.out.println("------SubClass 类继承------");SubClass sc1 = new SubClass();SubClass sc2 = new SubClass(100);System.out.println("------SubClass2 类继承------");SubClass2 sc3 = new SubClass2();SubClass2 sc4 = new SubClass2(200);}
}

2.3多态(Polymorphism)

多态是同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。多态就是同一个接口使用不同的实例而执行不同操作。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。

2.3.1多态的优点

消除类型之间的耦合关系;可替换性、可扩充性、接口性、灵活性、简化性。

2.3.2多态存在的三个必要条件

  • 继承
  • 重写(详情看4)
  • 父类引用指向子类对象:Parent p = new Child();
class Shape {void draw() {}
}class Circle extends Shape {void draw() {System.out.println("Circle.draw()");}
}class Square extends Shape {void draw() {System.out.println("Square.draw()");}
}class Triangle extends Shape {void draw() {System.out.println("Triangle.draw()");}
}

注:当使用多态方式调用方法时,首先检查父类中是否有该方法,如果没有,则编译错误;如果有,再去调用子类的同名方法。 

2.3.3多态的实现方式

重写

当子类对象调用重写的方法时,调用的是子类的方法,而不是父类中被重写的方法。要想调用父类中被重写的方法,则必须使用关键字 super

示例:

/* 文件名 : Employee.java */
public class Employee {private String name;private String address;private int number;public Employee(String name, String address, int number) {System.out.println("Employee 构造函数");this.name = name;this.address = address;this.number = number;}public void mailCheck() {System.out.println("邮寄支票给: " + this.name+ " " + this.address);}public String toString() {return name + " " + address + " " + number;}public String getName() {return name;}public String getAddress() {return address;}public void setAddress(String newAddress) {address = newAddress;}public int getNumber() {return number;}
}/* 文件名 : Salary.java */
//继承Employee类
public class Salary extends Employee
{private double salary; // 全年工资public Salary(String name, String address, int number, double salary) {super(name, address, number);setSalary(salary);}public void mailCheck() {System.out.println("Salary 类的 mailCheck 方法 ");System.out.println("邮寄支票给:" + getName()+ " ,工资为:" + salary);}public double getSalary() {return salary;}public void setSalary(double newSalary) {if(newSalary >= 0.0) {salary = newSalary;}}public double computePay() {System.out.println("计算工资,付给:" + getName());return salary/52;}
}/* 文件名 : VirtualDemo.java */
public class VirtualDemo {public static void main(String [] args) {Salary s = new Salary("员工 A", "北京", 3, 3600.00);Employee e = new Salary("员工 B", "上海", 2, 2400.00);  //父类引用指向子类对象System.out.println("使用 Salary 的引用调用 mailCheck -- ");s.mailCheck();System.out.println("\n使用 Employee 的引用调用 mailCheck--");e.mailCheck();}
}

解析:

  • 实例中,实例化了两个 Salary 对象:一个使用 Salary 引用 s,另一个使用 Employee 引用 e。
  • 当调用 s.mailCheck() 时,编译器在编译时会在 Salary 类中找到 mailCheck(),执行过程 JVM 就调用 Salary 类的 mailCheck()。
  • e 是 Employee 的引用,但引用 e 最终运行的是 Salary 类的 mailCheck() 方法。在编译的时候,编译器使用 Employee 类中的 mailCheck() 方法验证该语句, 但是在运行的时候,Java虚拟机(JVM)调用的是 Salary 类中的 mailCheck() 方法。

接口

一些方法特征的集合,但没有方法的实现。详情在3。

抽象类和抽象方法

详情在2.4。

2.4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。

2.4.1抽象类概念

  • 所有的对象都是通过类来描绘的,但不是所有的类都用来描绘对象。如果一个类中没有包含足够的信息来描绘一个具体的对象,这样的类就是抽象类。只有抽象类的非抽象子类可以创建对象
  • 在 Java 中抽象类表示的是一种继承关系,一个类只能继承一个抽象类,而一个类却可以实现多个接口
  • 抽象类除了不能实例化对象之外,类的其它功能依然存在,成员变量、成员方法和构造方法的访问方式和普通类一样。
  • 由于抽象类不能实例化对象,所以抽象类必须被继承,才能被使用
  • 父类包含了子类集合的常见的方法,但是由于父类本身是抽象的,所以不能使用这些方法。

2.4.2定义抽象类

Java 语言中使用 abstract class 来定义抽象类;实例:

/* 文件名 : Employee.java */
public abstract class Employee
{private String name;private String address;private int number;public Employee(String name, String address, int number){System.out.println("Constructing an Employee");this.name = name;this.address = address;this.number = number;}public double computePay(){System.out.println("Inside Employee computePay");return 0.0;}public void mailCheck(){System.out.println("Mailing a check to " + this.name+ " " + this.address);}public String toString(){return name + " " + address + " " + number;}public String getName(){return name;}public String getAddress(){return address;}public void setAddress(String newAddress){address = newAddress;}public int getNumber(){return number;}
}

抽象类不可以创建对象:

/* 文件名 : AbstractDemo.java */
public class AbstractDemo
{public static void main(String [] args){/* 以下是不允许的,会引发错误 *///Employee e = new Employee("George W.", "Houston, TX", 43);//System.out.println("\n Call mailCheck using Employee reference--");//e.mailCheck();}
}

2.4.3继承抽象类

示例:

/* 文件名 : Salary.java */
public class Salary extends Employee
{private double salary; //Annual salarypublic Salary(String name, String address, int number, doublesalary){super(name, address, number);setSalary(salary);}public void mailCheck(){System.out.println("Within mailCheck of Salary class ");System.out.println("Mailing check to " + getName()+ " with salary " + salary);}public double getSalary(){return salary;}public void setSalary(double newSalary){if(newSalary >= 0.0){salary = newSalary;}}public double computePay(){System.out.println("Computing salary pay for " + getName());return salary/52;}
}

实例化一个非抽象子类:

/* 文件名 : AbstractDemo.java */
public class AbstractDemo
{public static void main(String [] args){Salary s = new Salary("Mohd Mohtashim", "Ambehta, UP", 3, 3600.00);Employee e = new Salary("John Adams", "Boston, MA", 2, 2400.00);System.out.println("Call mailCheck using Salary reference --");s.mailCheck();System.out.println("\n Call mailCheck using Employee reference--");e.mailCheck();}
}

2.4.4抽象方法

  • 抽象类中不一定包含抽象方法,但是有抽象方法的类必定是抽象类。
  • 抽象类中的抽象方法只是声明,不包含方法体,就是不给出方法的具体实现也就是方法的具体功能。
  • 构造方法,类方法(static 修饰)不能声明为抽象方法。
  • 抽象类的子类必须给出抽象类中的抽象方法的具体实现,除非该子类也是抽象类;否则,从最初的父类到最终的子类都不能用来实例化对象。
  • Abstract 关键字同样可以用来声明抽象方法,抽象方法只包含一个方法名,而没有方法体
public abstract double computePay();


3.接口(Interface)

定义类必须实现的方法,支持多重继承。在JAVA编程语言中接口是一个抽象类型,是抽象方法的集合。
 

3.1接口特性

  • 接口中每一个方法是隐式抽象的,当声明一个接口或方法时,不必使用abstract关键字,接口中的方法会被隐式地指定为 public abstract(只能是 public abstract,其他修饰符会报错)。
  • 接口中可以含有变量,但是接口中的变量会被隐式的指定为 public static final 变量(并且只能是 public,用 private 修饰会报编译错误)。
  • 接口中的方法是不能在接口中实现的,只能由实现接口的类来实现接口中的方法

3.1.1接口与类相似点和区别

相似点区别
  • 一个接口可以有多个方法。
  • 接口文件保存在 .java 结尾的文件中,文件名使用接口名。
  • 接口的字节码文件保存在 .class 结尾的文件中。
  • 接口相应的字节码文件必须在与包名称相匹配的目录结构中。
  • 接口不能用于实例化对象。
  • 接口没有构造方法
  • 接口中所有的方法必须是抽象方法,Java 8 之后接口中可以使用 default 关键字修饰的非抽象方法
  • 接口不能包含成员变量,除了 static 和 final 变量。
  • 接口不是被类继承了,而是要被类实现
  • 接口支持多继承

3.1.2抽象类和接口的区别

  • 抽象类中的方法可以有方法体,能实现方法的具体功能,但是接口中的方法不行。
  • 抽象类中的成员变量可以是各种类型的,接口中的成员变量只能是 public static final 类型。
  • 接口中不能含有静态代码块以及静态方法,而抽象类是可以有静态代码块和静态方法。
  • 一个类只能继承一个抽象类,而一个类却可以实现多个接口。

:JDK 1.8 以后,接口里可以有静态方法和方法体了。

:JDK 1.8 以后,接口允许包含具体实现的方法,该方法称为"默认方法",默认方法使用 default 关键字修饰。

:JDK 1.9 以后,允许将方法定义为 private,使得某些复用的代码不会把方法暴露出去。

 

3.2接口的声明

接口通常以interface来声明。一个类通过继承接口的方式,从而来继承接口的抽象方法。

语法格式:

[可见度] interface 接口名称 [extends 其他的接口名] {
        // 声明变量
        // 抽象方法
}

示例:

/* 文件名 : Animal.java */
interface Animal {public void eat();public void travel();
}

3.3接口的实现

语法格式:

...implements 接口名称[, 其他接口名称, 其他接口名称..., ...] ...

 示例:

/* 文件名 : MammalInt.java */
public class MammalInt implements Animal{public void eat(){System.out.println("Mammal eats");}public void travel(){System.out.println("Mammal travels");} public int noOfLegs(){return 0;}public static void main(String args[]){MammalInt m = new MammalInt();m.eat();m.travel();}
}

重写接口中声明的方法时的规则:

  • 类在实现接口的方法时,不能抛出强制性异常,只能在接口中,或者继承接口的抽象类中抛出该强制性异常。
  • 类在重写方法时要保持一致的方法名,并且应该保持相同或者相兼容的返回值类型。
  • 如果实现接口的类是抽象类,那么就没必要实现该接口的方法。

实现接口时的规则:

  • 一个类可以同时实现多个接口。
  • 一个接口能继承另一个接口,这和类之间的继承比较相似。

e.g.使用Scanner接收键盘输入的用户信息

自行创建的类的main()方法能输出数据,也可以读入数据,但需借助JDK类库中的java.util.Scanner类实现。

//Scanner类、System、String位于java.util包中
//java.util.Scanner是Scanner类的完整类名
java.util.Scanner sc = new java.util.Scanner(System.in);
String name = new sc.next();  //读取用户输入的字符串

1.导包:告诉程序去哪个包找扫描器技术,就不用再在类前面添加前缀。

improt java.util.Scanner;

2.得到键盘扫描器对象

Scanner sc = nem Scanner(System.in);

3.等待接收用户数据

int info = sc.next();

3.4接口的继承

接口的继承使用extends关键字,子接口继承父接口的方法。

示例:

// 文件名: Sports.java
public interface Sports
{public void setHomeTeam(String name);public void setVisitingTeam(String name);
}// 文件名: Football.java
public interface Football extends Sports
{public void homeTeamScored(int points);public void visitingTeamScored(int points);public void endOfQuarter(int quarter);
}// 文件名: Hockey.java
public interface Hockey extends Sports
{public void homeGoalScored();public void visitingGoalScored();public void endOfPeriod(int period);public void overtimePeriod(int ot);
}

在接口的多继承中extends关键字只需要使用一次,在其后跟着继承接口。 如下所示:

public interface Hockey extends Sports, Event
//Sports及 Event 可以定义或是继承相同的方法

3.5标记接口

标记接口是没有任何方法和属性的接口,它仅表明它的类属于一个特定的类型,供其他代码来测试允许做一些事情。

示例:

/* java.awt.event 包中的 MouseListener 接口继承的 java.util.EventListener 接口定义*/
package java.util;
public interface EventListener
{}

标记接口的目的:

  • 建立一个公共的父接口
  • 向一个类添加数据类型


4.方法(Method)

Java方法是语句的集合,它们在一起执行一个功能,定义类的行为,包含在类中的函数。

System.out.println()

  • println() 是一个方法。
  • System 是系统类。
  • out 是标准输出对象

用法:调用系统类 System 中的标准输出对象 out 中的方法 println()

4.1方法的优点

使程序变得更简短而清晰,提高了代码的重用性和程序开发的效率,有利于程序维护。

4.2方法的定义

语法规则:

修饰符 返回值类型 方法名(参数类型 参数名){
    ...
    方法体
    ...
    return 返回值;
}

示例:

public static int max(int num1, int num2) {return num1 > num2 ? num1 : num2;
}

4.3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。

 有些类无需创建实例,只能通过专门的静态方法来获取类的实例。

/**java.lang.Runtime类表示Java运行时的环境,它的构造方法是private级别*/
public class Runtime{private static Runtime currentRuntime = new Runtime();Public static Runtime getRuntime(){return currentRuntime;}private Runtime(){}  //private访问级别的构造方法......
}

4.4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。重载的方法必须拥有不同的参数列表。

示例:

/* 之前的max():
public static int max(int num1, int num2) {return num1 > num2 ? num1 : num2;
} *///方法重载:如果传递的是double型参数,则double类型的max方法体会被调用
public static double max(double num1, double num2) {if (num1 > num2)return num1;elsereturn num2;
}

命令行参数的使用

命令行参数是在执行程序时候紧跟在程序名字后面的信息。

public class CommandLine {public static void main(String[] args){ for(int i=0; i<args.length; i++){System.out.println("args[" + i + "]: " + args[i]);}}
}/* 程序运行结果:
$ javac CommandLine.java 
$ java CommandLine this is a command line 200 -100
args[0]: this
args[1]: is
args[2]: a
args[3]: command
args[4]: line
args[5]: 200
args[6]: -100
*/

关键字:Java【类和面向对象】

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