Java程序设计基础 课件 第5章 Java类与对象

第五章Java类与对象5.1面向对象编程基础5.2类与对象5.3构造函数5.4成员修饰符本章小结

5.1面向对象编程基础

1．面向对象编程的优点

(1)方便建模：虽然面向对象语言中的对象与现实生活中的对象并不是同一个概念，但很多时候可以将现实生活中对象的概念抽象后稍作修改来进行建模，大大方便了建模的过程。

(2)模块化：通过封装可以定义对象的属性和方法的访问级别，通过不同的访问修饰符控制对外的接口，防止内部数据在不安全的情况下被修改。

(3)易维护：采用面向对象思想设计的结构可读性高，继承的存在增加了代码的复用性，即使改变需求，维护也只是在局部模块，方便且成本较低。

(4)易扩展：通过继承、多态等技术减少冗余代码，并易于扩展现有代码，即在标准的模块上构建程序，而不必一切从头开始，从而提高了编程效率。

2．面向对象编程的三大特征

(1)封装。封装即把对象的属性和方法封装成一个独立的单位，并隐蔽对象的内部细节。这主要体现为两方面内容：

①封装体：把对象的属性和方法结合在一起，形成一个不可分割的独立单位。

②信息隐蔽：可以通过访问控制符来控制信息对外的公开程度，对象的使用者只是通过预先定义的接口关联到某一对象的行为和数据，而不知道其内部细节。

(2)继承。继承是在已有的类的基础上进行扩充、改造，得到新的数据类型，可以实现程序的代码复用，它是存在于面向对象程序中的两个类之间的一种关系：当一个类获得另一个类中所有非私有的成员属性和行为时，就称这两个类之间具有继承关系。被继承的类称为父类或超类，继承了父类或超类的属性和行为的类称为子类。

(3)多态。在继承的基础上，某些类的方法只有在程序运行过程中才能看出具体表现出来的行为，称之为多态性。多态性是增强程序扩展性、可维护性的重要手段和技术。

5.2类与对象

5.2.1类的基本概念类(Class)用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合，可以看成是对象的模板，它定义了该集合中所有对象共有的属性和方法，而对象是类的具体实例。

程序设计所面对的问题域——客观世界是由许多事物构成的，这些事物既可以是有形的(比如一个学生、一张桌子)，也可以是无形的(比如一次购买、一次会议)，把客观世界中的事物映射到面向对象的程序设计中就是对象，对象是面向对象程序设计中用来描述客观事物的程序单位。客观世界中的许多对象，无论是其属性还是其行为常常有许多共同性，抽象出这些对象的共同性便可以构成类，所以类是对象的抽象和归纳，对象是类的实例。

Java中的类被认为是一种自定义数据类型，C语言中则可以使用已有的类型作为自定义结构体类型的成员，从而生成新的结构体类型；但是C语言中的结构体类型只是封装了成员变量，Java中的类除封装了成员变量外，还封装了成员方法，由类可以定义具体的实例——对象，每个对象具有自己的成员变量和成员方法。

5.2.2类的结构与定义

1．学生属性(field)

在学生类众多的属性中，程序设计时有些属性是必要的，如学生的学号、姓名、性别，有些属性就需要根据程序的上下文(软件的需求)进行取舍，比如软件主要用于处理学生的成绩，那么学生的籍贯、身高、爱好、体重、外貌、习惯、特长等等这些属性就可以不用设计到学生类中，这些属性对应到类的结构中，就称为成员变量。

2．学生行为(method)

真的需要将现实世界中学生的行为设计到学生类中吗？吃饭、学习、睡觉、跑步、游泳等等行为就算想在程序中实现，也很难设计到学生类中(在一些特定的软件环境中可能真的需要对这些行为进行程序实现，比如3D游戏)。大多数情况下对于学生类行为设计指的是方法(函数)的定义，对应学生类结构中的成员方法，这些成员方法主要是对学生类数据进行处理，比如显示学生的信息、获取学生的年龄、修改学生的成绩、求学生成绩的平均值等等，它们代表了学生类中提供的功能和服务，并不真的需要实现现实世界中学生的动态行为。

3．构造函数(Constructor)

学生类中有一类特殊的函数，用于构造出学生类的实例，即具体的学生对象(如名叫张三的学生)，这类函数被称为构造函数，在构造学生对象的时候使用new来调用。构造函数的作用是生成学生类对象，在函数中一般是对学生属性进行初始化。如果一个构造函数什么也不做，那生成的学生实例就类似一张白纸，只表示有这么一个学生，但是学生的各个属性没有值。

上述内容定义一个学生类的主要结构，如图5-1所示。图5-1Student类结构

(1)定义一个学生类使用class关键字，如：

publicclassStudent1{

…

}

该类的名字Student1要与文件名Student1.java一致，花括号{}之间是类的定义。

(2)该类有五个成员变量，对应学生类的五个属性，即学号、姓名、性别、分数1、分数2。对每个属性需要定义属性的类型，比如学号的类型可以是int，也可以是String，这需要根据学生的学号取值来定。如果学号全是整数，可以使用int，也可以使用String；如果有其它字符，就只能使用String。

(3)成员变量还有一些其它的修饰符，如访问控制符，静态修饰符static，终态修饰符final等，会在后面具体说明。

(4)该类具有一个空的构造函数(目前暂时不用，具体在后面进行说明)，使用new来调用该函数能够生成一个Student类的对象。

(5)成员方法1用于求一个学生对象两科分数的平均分。

(6)成员方法2用于显示学生对象各个成员变量的信息。

5.2.3对象的基本概念

对象(object)是类的一个具体实例(instance)，每个对象都有自己的成员变量和成员方法，在堆内存中具有一段内存空间以保存自己的成员变量，例如张三是学生类的一个具体学生对象。

上一节定义好了Student类，将现实世界的学生抽象到了程序中，这一节在程序中由该类产生具体的学生对象实例，如图5-2所示。

图5-2Student类与对象

定义好了Student类，就可以由类生成对象，主要语法是使用new调用类的构造函数，在堆内存区域获得一个对象的内存空间，在该空间中存放该对象的成员变量的值。例如语句“Students1=newStudent();”表示使用Student类生成了一个该类的对象，使用s1这个引用变量指向该对象，具体的内存示意图如图5-3所示。图5-3Student对象内存示意图

5.2.4对象的初始化

1.对象成员的类型

如何给s1对象中的成员进行赋值呢？首先要分清楚对象的成员有哪些类型，对象成员变量的类型主要有基本数据类型、JDK预定义类型和用户自定义类型。

1)基本数据类型

如果某个成员变量是基本数据类型，即使没有进行初始化，Java也会确保其有一个默认值，如表5-1所示。

2) JDK预定义类型

预定义类型即JDK自带的类，例如常用的字符串类String，学生类中很多成员变量都是String字符串类型的，如名字、性别、班级等等。JDK庞大的类库能够方便程序员构造程序，比如可以使用Date或者Calendar类来作为学生类的出生日期成员变量(出生日期)。在使用这些类作为成员变量类型时可查询JDK帮助文档，了解这些类的用法。

3)用户自定义类型

也可以使用用户自定义的类型来作为成员变量的类型，比如可以在学生类中定义一个Teacher(教师)类型的成员变量，表示学生的班主任属性，那么在生成学生类对象的时候就要生成一个Teacher类对象作为该学生类对象的一个对象成员。

2.对象的初始化

学生类对象的初始化有以下两种方式：

(1)使用圆点成员运算符(.)。“.”直接对指定对象的成员变量进行赋值：

s1.num=101;

="张三";

s1.gander="男";

s1.score1=80.0;

s1.score2=74.0;

(2)使用构造函数。构造函数的主要作用是对成员变量进行初始化。可以在类中定义不同参数的多个构造函数来对成员变量进行初始化(在一个类中有多个同名的函数，但是参数列表不同，这称为函数重载，在调用函数时根据传入的参数来决定具体调用哪个函数)，前面的Student类中只有一个空的构造函数：

publicStudent1(){

}

函数定义的三个参数(intn,Strings,Stringg)是函数的形参，也是函数定义的局部变量。使用new调用该函数来生成学生类对象时，传入三个实参(102,"李四","男")，分别交给n、s、g，然后该构造函数的函数体将这三个实参赋值给成员变量num、name和gander，这个赋值的内存示意图如图5-4所示。

图5-4Student对象生成的内存示意图

3．this

上述构造函数是写在Student1类定义中的，定义该类的时候，是无法知道将要生成的对象名字是什么，所以用this这个关键字来代替将要生成的对象的名字，以构成“对象名.成员名”的形式，所以可以称this为“当前(将要生成)对象的引用”。

除了构造函数能够对成员变量初始化外，还可以使用一些成员函数来对指定的成员变量赋值或修改，如：

publicvoidsetNum(intnum){

this.num=num;

}

定义类的目的主要是生成对象，有了对象就能保存对象的成员变量值，并且调用对象的成员方法，这是面向对象编程的主要操作。成员方法往往代表了要提供的功能或服务，比如Student1类中有两个成员方法，一个是用于求对象两个成员变量的平均分，一个是用于显示对象的信息。

程序示例5-2定义学生类。

程序分析：

(1) Student2类中具有两个构造函数的重载，在生成该类对象的时候，根据是否传入参数来区分调用哪个构造函数。

(2) Student2类中使用this来区分同名的成员变量和局部变量。

(3)定义好Student2类，在后面就能够使用该类产生对象，并使用对象去调用其成员，完成相应的程序功能。

程序结果：

5.3构造函数

构造函数(constructor)是某个类用来生成该类对象的一类特殊函数。这里对构造函数总结如下：

1．构造函数的特点(1)构造函数的名字必须与类名一致。(2)构造函数没有返回值类型。我们知道，函数定义的三要素中必须要有返回值类型，即使函数没有返回值，在定义的时候也要用void修饰，但是构造函数既没有返回值类型也没有用void修饰。

2．构造函数的作用

(1)构造函数是使用new生成对象的时候被调用的函数。

(2)构造函数的功能主要是对对象成员变量进行初始化，在生成对象的时候能让一些成员变量获得值。

(3)可以按照程序的上下文和需求在对对象初始化的时候进行一些特定的操作，例如对构造函数实参的值范围进行检测等，但是不建议在该函数内进行复杂的逻辑处理，毕竟构造函数的主要作用是生成对象和初始化对象。

3．构造函数的重载

(1)一个类中具有多个构造函数，但是参数列表不同，比如Student2类中就有两个构造函数，一个是没有参数的，一个有三个参数对三个成员变量进行初始化。

(2)无参且空函数体的构造函数，一般建议保留。如果在定义类的时候一个构造函数都没写，系统会自动生成一个无参空函数体的构造函数；如果有了一个构造函数，系统就不会再自动生成构造函数了。

(3)如果一个类有10个成员变量，需要写几个构造函数呢？可以根据软件需求进行取舍，以方便在程序中进行调用。例如上述的Student2类，在实际生成对象的时候，必须对3个成员变量初始化，而有一些成员变量就可以在其它地方进行初始化。

(4)在一个类的一个构造函数中，可以使用this()来调用本类其它的构造函数，如程序5-4所示。

5.4成 员 修 饰 符

5.4.1访问控制符Java提供了3个访问控制符，即private、protected和public，分别代表了三种访问控制级别，另外还有一个不加任何访问控制符的访问控制级别，共四个访问控制级别。Java访问控制符的开放性如图5-5所示，越往右边，成员的可见性和可访问性越趋于公开。

图5-5访问控制符的开放性

1．private(私有访问权限)

如果类中的一个成员(包括成员变量、方法和构造器等)使用private访问控制符来修饰，则这个成员只能在当前类的内部被访问，对于外部类是不可见的。private访问控制符用于修饰成员变量较合适，使用它来修饰成员变量就可以把成员变量隐藏在该类的内部，外部的类就不能直接使用“对象名.成员名”的方式来直接访问该成员了。

为什么要采用较复杂的getter-setter方法，而不直接使用“对象名.成员名”方式直接来获取/修改成员变量呢？原因如下：

(1)采用getter-setter方法能隐藏、保护对象的成员变量的数据。

(2)采用getter-setter方法的方式访问和设置对象的成员，可以在方法中实施访问、权限、日志记录、修改值范围等控制，如：

2．default(包package访问权限)

如果类里的一个成员(包括成员变量、方法和构造器等)不使用任何访问控制符修饰，就称它为包(即文件夹)访问权限。default访问控制的成员可以被处于同一个包下的其他类访问。在初学Java阶段，使用这个进行访问控制较为简便。

3．protected(子类访问权限)

如果一个成员(包括成员变量、方法和构造器等)使用protected访问控制符修饰，那么这个成员既可以被同一个包中的其它类访问，也可以被不同包中的子类(在后面的继承知识点中将涉及)访问。

4. public(公共访问权限)

这是一个最开放的访问控制级别，如果一个成员(包括成员变量、方法和构造器等)或者一个外部类使用public访问控制符修饰，那么这个成员或外部类就可以被所有类访问，不管访问类和被访问类是否处于同一个包中，是否具有父子继承关系，都可以直接使用“对象名.成员名”方式进行访问或设置。

访问控制修饰符的总结如表5-2所示。

5.4.2static修饰符

static修饰符可以修饰一个类的成员变量、成员方法和内部类等。

1．static修饰成员

在第3.5.2节中提到，类定义中的方法分为两种：

(1)对象成员：不带static修饰符，要使用该成员，必须先生成该类的对象，由对象调用该成员。

(2)类成员：带static修饰符，可以由类名或者对象名来调用该成员，这样的成员在内存中只有一个副本。

2．static修饰符的特点

(1) static修饰的成员(变量/方法)，随着所在类的加载而被加载。当JVM把类的字节码加载进JVM的时候，static修饰的成员已经在内存中存在了，优先于对象的存在，对象只有通过new创建出来后才会在堆内存中出现。

(2) static修饰的成员被该类型的所有对象所共享；该类创建出来的任何对象，都可以访问static成员；每个对象在内存中都有自己的副本，但是不管一个类具有多少个对象，static成员都只有一个副本。

(3)静