《Java从小白到大牛》之第10章面向对象基础（上）

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面向对象是Java最重要的特性。Java是彻底的、纯粹的面向对象语言，在Java中“一切都是对象”。本章将介绍面向对象基础知识。

面向对象概述

面向对象的编程思想：按照真实世界客观事物的自然规律进行分析，客观世界中存在什么样的实体，构建的软件系统就存在什么样的实体。

例如：在真实世界的学校里，会有学生和老师等实体，学生有学号、姓名、所在班级等属性（数据），学生还有学习、提问、吃饭和走路等操作。学生只是抽象的描述，这个抽象的描述称为“类”。在学校里活动是学生个体，即：张同学、李同学等，这些具体的个体称为“对象”，“对象”也称为“实例”。

在现实世界有类和对象，面向对象软件世界也会有，只不过它们会以某种计算机语言编写的程序代码形式存在，这就是面向对象编程（Object Oriented Programming，OOP）。作为面向对象的计算机语言——Java，具有定义类和创建对象等面向对象能力。

面向对象三个基本特性

面向对象思想有三个基本特性：封装性、继承性和多态性。

封装性 {#-0}

在现实世界中封装的例子到处都是。例如：一台计算机内部极其复杂，有主板、CPU、硬盘和内存，而一般用户不需要了解它的内部细节，不需要知道主板的型号、CPU主频、硬盘和内存的大小，于是计算机制造商将用机箱把计算机封装起来，对外提供了一些接口，如鼠标、键盘和显示器等，这样当用户使用计算机就变非常方便。

那么，面向对象的封装与真实世界的目的是一样的。封装能够使外部访问者不能随意存取对象的内部数据，隐藏了对象的内部细节，只保留有限的对外接口。外部访问者不用关心对象的内部细节，使得操作对象变得简单。

继承性 {#-1}

在现实世界中继承也是无处不在。例如：轮船与客轮之间的关系，客轮是一种特殊轮船，拥有轮船的全部特征和行为，即数据和操作。在面向对象中轮船是一般类，客轮是特殊类，特殊类拥有一般类的全部数据和操作，称为特殊类继承一般类。在Java语言中一般类称为“父类”，特殊类称为“子类”。

提示在有些语言如C++支持多继承，多继承就是一个子类可有多个父类，例如，客轮是轮船也是交通工具，客轮的父类是轮船和交通工具。多继承会引起很多冲突问题，因此现在很多面向对象的语言都不支持多继承。Java语言是单继承的，即只能有一个父类，但Java可以实现多个接口，可以防止多继承所引起的冲突问题。

多态性 {#-2}

多态性是指在父类中成员变量和成员方法被子类继承之后，可以具有不同的状态或表现行为。有关多态性详细解释，请参考12.4节，这里不再赘述。

类

类是Java中的一种重要的引用数据类型，是组成Java程序的基本要素。它封装了一类对象的数据和操作。

类声明 {#-0}

Java语言中一个类的实现包括：类声明和类体。类声明语法格式如下。

[public][abstract|final] class className [extends superclassName] [implements interfaceNameList] {

//类体

}

其中，class是声明类的关键字，className是自定义的类名；class前面的修饰符public、abstract、final用来声明类，它们可以省略，它们的具体用法后面章节会详细介绍；superclassName为父类名，可以省略，如果省略则该类继承Object类，Object类所有类的根类，所有类都直接或间接继承Object；interfaceNameList是该类实现的接口列表，可以省略，接口列表中的多个接口之间用逗号分隔。

提示本书语法表示符号约定，在语法说明中，括号（[]）部分表示可以省略；竖线（|）表示“或关系”，例如abstract|final，说明可以使用abstract或final关键字，两个关键字不能同时出现。
声明动物（Animal）类代码如下：

// Animal.java

public class Animal extends Object {

//类体

}

上述代码声明了动物（Animal）类，它继承了Object类。继承Object类extends Object代码可以省略。

类体是类的主体，包括数据和操作，即成员变量和成员方法。下面就来展开介绍一下。

### 成员变量 {#-1}

声明类体中成员变量语法格式如下：
```java
class className {

[public | protected | private ] [static] [final] type variableName; //成员变量

}

其中type是成员变量数据类型，variableName是成员变量名。type前的关键字都是成员变量修饰符，它们说明如下：

public、protected和private修饰符用于封装成员变量。
static修饰符用于声明静态变量，所以静态变量也称为“类变量”。
final修饰符用于声明变量，该变量不能被修改。

下面看一个声明成员变量示例：

// Animal.java

public class Animal extends Object {

//动物年龄

int age = 1;

//动物性别

public boolean sex = false;

//动物体重

private double weight = 0.0;

}

上述代码中没有展示静态变量声明，有关静态变量稍后会详细介绍。

成员方法 {#-2}

声明类体中成员方法语法格式如下：

class className {

[public | protected | private ] [static] [final | abstract] [native] [synchronized]

type methodName([paramList]) [throws exceptionList] {

//方法体

}

}

其中type是方法返回值数据类型，methodName是方法名。type前的关键字都是方法修饰符，它们说明如下：

public、protected和private修饰符用于封装方法。
static修饰符用于声明静态方法，所以静态方法也称为“类方法”。
final | abstract不能同时修饰方法，final修饰的方法不能在子类中被覆盖；abstract用来修饰抽象方法，抽象方法必须在子类中被实现。
native修饰的方法，称为“本地方法”，本地方法调用平台本地代码（如：C或C++编写的代码），不能实现跨平台。
synchronized修饰的方法是同步的，当多线程方式同步方法时，只能串行地执行，保证是线程安全的。

方法声明中还有([paramList])部分，它是方法的参数列表。throws exceptionList是声明抛出异常列表。

下面看一个声明方法示例：

public class Animal {// extends Object {

//动物年龄

int age = 1;

//动物性别

public boolean sex = false;

//动物体重

private double weight = 0.0;

public void eat() { ①

// 方法体

return; ②

}

int run() { ③

// 方法体

return 10; ④

}

protected int getMaxNumber(int number1, int number2) { ⑤

// 方法体

if (number1 &gt; number2) {

return number1; ⑥

}

return number2;

}

}

上述代码第①、③、⑤行声明了三个方法。方法在执行完毕后把结果返还给它的调用者，方法体包含“return 返回结果值;”语句，见代码第④行的“return 10;”，“返回结果值”数据类型与方法的返回值类型要匹配。如果方法返回值类型为void时，方法体包含“return;”语句，见代码第②行，如果“return;”语句是最后一行则可以省略。

提示通常return语句通常用在一个方法体的最后，否则会产生编译错误，除非用在if-else语句中，见代码第⑥行。

包

在程序代码中给类起一个名字是非常重要的，但是有时候会出现非常尴尬的事情，名字会发生冲突，例如：项目中自定义了一个日期类，我为它取名为Date，但是会发现Java SE核心库中还有两个Date，它们分别位于java.util包和java.sql包中。

包作用 {#-0}

在Java中为了防止类、接口、枚举和注释等命名冲突引用了包（package）概念，包本质上命名空间（namespace）[^9]。在包中可以定义一组相关的类型（类、接口、枚举和注释），并为它们提供访问保护和命名空间管理。

在前面提到的Date类名称冲突问题，很好解决，将不同Date类放到不同的包中，我们自定义Date，可以放到自己定义的包com.a51work6中，这样就不会与java.util包和java.sql包中Date发生冲突问题了。

包定义 {#-1}

Java中使用package语句定义包，package语句应该放在源文件的第一行，在每个源文件中只能有一个包定义语句，并且package语句适用于所有类型（类、接口、枚举和注释）的文件。定义包语法格式如下：

package pkg1[.pkg2[.pkg3…]];

pkg1~ pkg3都是组成包名一部分，之间用点（.）连接，它们命名应该是合法的标识符，其次应该遵守Java包命名规范，即全部小写字母。

定义包示例代码如下：

// Date.java文件

package com.a51work6;

public class Date {

}

com.a51work6是自定义的包名，包名一般是公司域名的倒置。

提示我们公司的域名是51work6.com，倒置后是com.51work6，其中51work6是非法标识符（不能用数字开头），所以com.51work6包名是非法的，于是将包名改为com.a51work6。

如果在源文件中没有定义包，那么类、接口、枚举和注释类型文件将会被放进一个无名的包中，也称为默认包。

定义好包后，包采用层次结构管理这些类型（类、接口、枚举和注释），如图10-1所示是在Eclipse包资源视图中查看包，可见有默认包和com.a51work6包。如果文件系统中查看这些包，会发现如同10-2所示的层次结构，源文件目录是根目录，也是默认包目录，可见其中有一个HelloWorld.java文件。com是文件夹，a51work6子文件夹，在a51work6中包含：Animal.java和Date.java两个文件。Java编译器把包对应于文件系统的目录管理，不仅是源文件，编译之后的字节码文件也采用文件系统的目录管理的。

图10-1　Eclipse包资源视图中查看包

图10-2　文件系统目录与包

包引入 {#-2}

为了能够使用一个包中类型（类、接口、枚举和注释），需要在Java程序中明确引入该包。使用import语句实现引入包，import语句应位于package语句之后，所有类的定义之前，可以有0~n条import语句，其语法格式为：

import package1[.package2…].(类型名|*);

“包名.类型名”形式只引入具体类型，“包名.*”采用通配符，表示引入这个包下所有的类型。但从编程规范的角度提倡明确引入类型名，即“包名.类型名”形式可以提高程序的可读性。

如果需要在程序代码中使用com.a51work6包中Date类。示例代码如下：

// HelloWorld.java文件

import com.a51work6.Date; ①

public class HelloWorld {

public static void main(String[] args) {

Date date = new Date(); ②

System.out.println(date);

}

}

上述代码第②行使用了Date类，需要引入Date所在的包，见代码第①行，import是关键字，代码第①行的import语句采用“包名.类型名”形式。

提示如果在一个源文件中引入两个相同包名+类型名，见如下代码，代码第②行会发生编译错误。为避免这个编译错误，可以在没有引入包的类型名前加上包名，详见如下代码第②行中的java.util.Date。

// HelloWorld.java文件

import com.a51work6.Date;

//import java.util.Date; ①

public class HelloWorld {

public static void main(String[] args) {

Date date = new Date();

System.out.println(date);

java.util.Date now = new java.util.Date(); ②

System.out.println(now);

}

}

注意当前源文件与要使用的类型（类、接口、枚举和注释）在同一个包中，可以不用引入包。

常用包 {#-3}

Java SE提供一些常用包，其中包含了Java开发中常用的基础类。这些包有：java.lang、java.io、java.net、java.util、java.text、java.awt和javax.swing。

java.lang包

java.lang包含中包含了Java语言的核心类，如Object、Class、String、包装类和Math等，还有包装类Boolean、Character、Integer、Long、Float和Double。使用java.lang包中的类型，不需要显示使用import语句引入，它是由解释器自动引入。

java.io包

java.io包含中提供多种输入/输出流类，如InputStream、OutputStream、Reader和Writer。还有文件管理相关类和接口，如File和FileDescriptor类以及FileFilter接口。

java.net包

java.net包含进行网络相关的操作的类，如URL、Socket和ServerSocket等。

java.util包

java.util包含一些实用工具类和接口，如集合、日期和日历相关类和接口。

java.text包

java.text包中提供文本处理、日期式化和数字格式化等相关类和接口。

java.awt和javax.swing包

java.awt和javax.swing包提供了Java图形用户界面开发所需要的各种类和接口。java.awt提供是一些基础类和接口，javax.swing提供了一些高级组件。

[^9]: 命名空间，也称名字空间、名称空间等，它表示着一个标识符（identifier）的可见范围。一个标识符可在多个命名空间中定义，它在不同命名空间中的含义是互不相干的。这样，在一个新的命名空间中可定义任何标识符，它们不会与任何已有的标识符发生冲突，因为已有的定义都处于其他命名空间中。 ——引自于维基百科 https://zh.wikipedia.org/wiki/命名空间

方法重载（Overload） {#overload}

在第10章介绍字符串时就已经用到过方法重载，这一节详细介绍一下重载。出于使用方便等原因，在设计一个类时将具有相似功能的方法起相同的名字。例如String字符串查找方法indexOf有很多不同版本，如图10-3所示：

图10-3　indexOf方法重载

这些相同名字的方法之所以能够在一个类中同时存在，是因为它们的方法参数列表，调用时根据参数列表调用相应重载方法。

提示方法重载中参数列表不同的含义是：参数的个数不同或者是参数类型不同。另外，返回类型不能用来区分方法重载。

方法重载示例MethodOverloading.java代码如下：

// MethodOverloading.java文件

package com.a51work6;

class MethodOverloading {

void receive(int i) { ①

System.out.println(&quot;接收一个int参数&quot;);

System.out.println(&quot;i = &quot; + i);

}

void receive(int x, int y) { ②

System.out.println(&quot;接收两个int参数&quot;);

System.out.printf(&quot;x = %d, y = %d \r&quot;, x, y);

}

int receive(double x, double y) { ③

System.out.println(&quot;接收两个double参数&quot;);

System.out.printf(&quot;x = %f, y = %f \r&quot;, x, y);

return 0;

}

}

// HelloWorld.java文件调用MethodOverloading

package com.a51work6;

public class HelloWorld {

public static void main(String[] args) {

MethodOverloading mo = new MethodOverloading();

//调用void receive(int i)

mo.receive(1); ④

//调用void receive(int x, int y)

mo.receive(2, 3); ⑤

//调用void receive(double x, double y)

mo.receive(2.0, 3.3); ⑥

}

}

MethodOverloading类中有三个相同名字的receive方法，在HelloWorld的main方法中调用MethodOverloading的receive方法。运行结果如下：

接收一个int参数

i = 1

接收两个int参数

x = 2, y = 3

接收两个double参数

x = 2.000000, y = 3.300000

调用哪一个receive方法是根据参数列表决定的。如果参数类型不一致，编译器会进行自动类型转换寻找适合版本的方法，如果没有适合方法，则会发生编译错误。假设删除代码第②行的void receive(int x, int y)方法，代码第⑤行的mo.receive(2, 3)语句调用的是void receive(double x, double y)方法，其中int类型参数（2和3）自动会转换为double类型（2.0和3.0）再调用。