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Java——类和对象

前言

Java与C语言最大的区别就在于一个是面向过程，一个是面向对象的，今天我们就走进Java当中的类和对象。

一. 面向对象的初步认知

1.1 什么是面向对象

Java是一门纯面向对象的语言(Object Oriented Program，简称OOP)，在面向对象的世界里，一切皆为对象。面向对象是解决问题的一种思想，主要依靠对象之间的交互完成一件事情。用面向对象的思想来涉及程序，更符合人们对事物的认知，对于大型程序的设计、扩展以及维护都非常友好。

1.2 面向对象与面向过程

对于这个的理解，我们具一个例子大家就能很好的理解：

  1. 传统洗衣服过程

传统的方式：注重的是洗衣服的过程，少了一个环节可能都不行。而且不同衣服洗的方式，时间长度，拧干方式都不同，处理起来就比较麻烦。如果将来要洗鞋子，那就是另一种放方式。按照该种方式来写代码，将来扩展或者维护起来会比较麻烦。

  1. 现代洗衣服过程

如今洗衣服的对象共有四个：人，衣服，洗衣粉，洗衣机。

整个的过程只需要，四个对象交互完成即可，并不需要人去关心洗衣机是如何去洗衣服的。

以面向对象方式来进行处理，就不关注洗衣服的过程，具体洗衣机是怎么来洗衣服，如何来甩干的，用户不用去关心，只需要将衣服放进洗衣机，倒入洗衣粉，启动开关即可，通过对象之间的交互来完成的。

注意：面向过程和面相对象并不是一门语言，而是解决问题的方法，没有那个好坏之分，都有其专门的应用场景。

二. 类的定义和使用

面向对象程序设计关注的是对象，而对象指代就是生活中的各种实体，就例如洗衣机，但是我们的计算机并不认识洗衣机，这个时候就需要去给这个对象定义，告诉计算机什么是洗衣机

2.1 简单认识类

类是用来对一个实体(对象)来进行描述的，主要描述该实体(对象)具有哪些属性(外观尺寸等)，哪些功能(用来干啥)，描述完成后计算机就可以识别了。

比如：洗衣机，它是一个品牌，在Java中可以将其看成是一个类别。

属性：产品品牌，型号，产品重量，外观尺寸，颜色...

功能：洗衣，烘干、定时....

2.2 类的定义格式

在java中定义类时需要用到class关键字，具体语法如下：

  1. // 创建类
  2. class ClassName{
  3.     field; // 字段(属性) 或者 成员变量
  4.     method; // 行为 或者 成员方法
  5. }

class为定义类的关键字，ClassName为类的名字，{}中为类的主体。

类中包含的内容称为类的成员。属性主要是用来描述类的，称之为类的成员属性或者类成员变量。方法主要说明类具有哪些功能，称为类的成员方法。

  1. class WashMachine{
  2.   public String brand;  // 品牌
  3.   public String type;   // 型号
  4.   public double weight;  // 重量
  5.   public double length;  // 长
  6.   public double width;  // 宽
  7.   public double height;  // 高
  8.   public String color;  // 颜色
  9.  
  10.   public void washClothes(){  // 洗衣服
  11.     System.out.println("洗衣功能");
  12.  }
  13.  
  14.   public void dryClothes(){   // 脱水
  15.     System.out.println("脱水功能");
  16.  }
  17.  
  18.   public void setTime(){    // 定时
  19.     System.out.println("定时功能");
  20.  }
  21. }

采用Java语言将洗衣机类在计算机中定义完成，经过javac编译之后形成.class文件，在JVM的基础上计算机就可以识别了。

注意事项

1.类名注意采用大驼峰定义

2.成员前写法统一为public，后面会详细解释

3.此处写的方法不带 static 关键字. 后面会详细解释

三. 类的实例化

3.1 什么是实例化

定义了一个类，就相当于在计算机中定义了一种新的类型，与int，double类似，只不过int和double是java语言自带的内置类型，而类是用户自定义了一个新的类型，比如上述的：PetDog类和Student类。它们都是类(一种新定义的类型)有了这些自定义的类型之后，就可以使用这些类来定义实例(或者称为对象)。用类类型创建对象的过程，称为类的实例化，在java中采用new关键字，配合类名来实例化对象。例如：

  1. class PetDog {
  2.     public String name;//名字
  3.     public String color;//颜色
  4.     // 狗的属性
  5.         public void barks() {
  6.     System.out.println(name + ": 旺旺旺~~~");
  7.     }
  9.         // 狗的行为
  10.         public void wag() {
  11.     System.out.println(name + ": 摇尾巴~~~");
  12.     }
  13. }
  15. public class Test {
  16.     public static void main(String[] args) {
  17.     PetDog dogh = new PetDog(); //通过new实例化对象
  18.     dogh.name = "阿黄";
  19.     dogh.color = "黑黄";
  20.     dogh.barks();
  21.     dogh.wag();
  23.     PetDog dogs = new PetDog();
  24.     dogs.name = "阿黄";
  25.     dogs.color = "黑黄";
  26.     dogs.barks();
  27.     dogs.wag();
  28.     }
  29. }

注意事项

1.new 关键字用于创建一个对象的实例

2.使用 . 来访问对象中的属性和方法

3.同一个类可以创建多个实例

3.2 类和对象的说明

  1. 类只是一个模型一样的东西，用来对一个实体进行描述，限定了类有哪些成员.

  2. 类是一种自定义的类型，可以用来定义变量.

  3. 一个类可以实例化出多个对象，实例化出的对象 占用实际的物理空间，存储类成员变量

  4. 做个比方。类实例化出对象就像现实中使用建筑设计图建造出房子，类就像是设计图，只设计出需要什么东西，但是并没有实体的建筑存在，同样类也只是一个设计，实例化出的对象才能实际存储数据，占用物理空间

四. this引用

4.1 为什么要有this引用

先看这样一个例子：

  1. public class Date {
  2.   public int year;
  3.   public int month;
  4.   public int day;
  5.   public void setDay(int y, int m, int d){
  6.     year = y;
  7.     month = m;
  8.     day = d;
  9.  }
  10.   public void printDate(){
  11.     System.out.println(year + "/" + month + "/" + day);
  12.  }
  13.   public static void main(String[] args) {
  14.     // 构造三个日期类型的对象 d1 d2 d3
  15.     Date d1 = new Date();
  16.     Date d2 = new Date();
  17.     Date d3 = new Date();
  18.     // 对d1，d2，d3的日期设置
  19.     d1.setDay(2020,9,15);
  20.     d2.setDay(2020,9,16);
  21.     d3.setDay(2020,9,17);
  22.     // 打印日期中的内容
  23.     d1.printDate();
  24.     d2.printDate();
  25.     d3.printDate();
  26.  }
  27. }

以上代码定义了一个日期类，然后main方法中创建了三个对象，并通过Date类中的成员方法对对象进行设置和打印，代码整体逻辑非常简单，没有任何问题。

但是细思之下有以下两个疑问：

  1. 形参名不小心与成员变量名相同：
  1. public void setDay(int year, int month, int day){
  2.   year = year;
  3.   month = month;
  4.   day = day;
  5. }

那函数体中到底是谁给谁赋值？成员变量给成员变量？参数给参数？参数给成员变量？成员变量参数？估计自己都搞不清楚了。

  1. 三个对象都在调用setDate和printDate函数，但是这两个函数中没有任何有关对象的说明，setDate和printDate函数如何知道打印的是那个对象的数据呢？就像上面d1，d2，d3，我们知道是谁调用了这个函数，但是计算机并不知道是谁调用。

4.2 什么是this引用

this引用指向当前对象(成员方法运行时调用该成员方法的对象)，在成员方法中所有成员变量的操作，都是通过该引用去访问。只不过所有的操作对用户是透明的，即用户不需要来传递，编译器自动完成。

  1. public class Date {
  2.   public int year;
  3.   public int month;
  4.   public int day;
  5.   public void setDay(int year, int month, int day){
  6.     this.year = year;
  7.     this.month = month;
  8.     this.day = day;
  9.  }
  10.   public void printDate(){
  11.     System.out.println(this.year + "/" + this.month + "/" + this.day);
  12.  }
  13. }

注意：this引用的是调用成员方法的对象。

  1. public static void main(String[] args) {
  2.   Date d = new Date();
  3.   d.setDay(2020,9,15);
  4.   d.printDate();
  5. }

这样我们就能明确知道是d使用了这个这个方法，这个this所指向的就是d。

4.3 this引用的特性

  1. this的类型：对应类类型引用，即哪个对象调用就是哪个对象的引用类型

  2. this只能在"成员方法"中使用

  3. 在"成员方法"中，this只能引用当前对象，不能再引用其他对象

  4. this是“成员方法”第一个隐藏的参数，编译器会自动传递，在成员方法执行时，编译器会负责将调用成员方法对象的引用传递给该成员方法，this负责来接收

在代码层面来简单演示--->注意：下图右侧中的Date类也是可以通过编译的

五. 对象的构造及初始化

5.1 如何初始化对象

通过前面知识点的学习知道，在Java方法内部定义一个局部变量时，必须要初始化，否则会编译失败。

  1. public static void main(String[] args) {
  2.   int a;
  3.   System.out.println(a);
  4. }
  5. // Error:(26, 28) java: 可能尚未初始化变量a

要让上述代码通过编译，非常简单，只需在正式使用a之前，给a设置一个初始值即可。如果是对象：

  1. public static void main(String[] args) {
  2.   Date d = new Date();
  3.   d.printDate();
  4.   d.setDate(2021,6,9);
  5.   d.printDate();
  6. }
  7. // 代码可以正常通过编译

需要调用之前写的SetDate方法才可以将具体的日期设置到对象中。通过上述例子发现两个问题：

  1. 每次对象创建好后调用SetDate方法设置具体日期，比较麻烦，那对象该如何初始化？
  2. 局部变量必须要初始化才能使用，为什么字段声明之后没有给值依然可以使用？

5.2 构造方法

5.2.1 概念

构造方法(也称为构造器)是一个特殊的成员方法，名字必须与类名相同，在创建对象时，由编译器自动调用，并且在整个对象的生命周期内只调用一次。

  1. public class Date {
  2.   public int year;
  3.   public int month;
  4.   public int day;
  5.   // 构造方法：
  6.   // 名字与类名相同，没有返回值类型，设置为void也不行
  7.   // 一般情况下使用public修饰
  8.   // 在创建对象时由编译器自动调用，并且在对象的生命周期内只调用一次
  9.   public Date(int year, int month, int day){
  10.     this.year = year;
  11.     this.month = month;
  12.     this.day = day;
  13.     System.out.println("Date(int,int,int)方法被调用了");
  14.  }
  15.   public void printDate(){
  16.     System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
  17.  }
  18.   public static void main(String[] args) {
  19.     // 此处创建了一个Date类型的对象，并没有显式调用构造方法
  20.     Date d = new Date(2021,6,9);  // 输出Date(int,int,int)方法被调用了
  21.     d.printDate();   // 2021-6-9
  22.  }
  23. }

注意：构造方法的作用就是对对象中的成员进行初始化，并不负责给对象开辟空间。

5.2.2 特性

  1. 名字必须与类名相同

  2. 没有返回值类型，设置为void也不行

  3. 创建对象时由编译器自动调用，并且在对象的生命周期内只调用一次(相当于人的出生，每个人只能出生一次)

  4. 构造方法可以重载(用户根据自己的需求提供不同参数的构造方法)

  1. public class Date {
  2.   public int year;
  3.   public int month;
  4.   public int day;
  5.  
  6.   // 无参构造方法
  7.   public Date(){
  8.     this.year = 1900;
  9.     this.month = 1;
  10.     this.day = 1;
  11.  }
  12. // 带有三个参数的构造方法
  13.   public Date(int year, int month, int day) {
  14.     this.year = year;
  15.     this.month = month;
  16.     this.day = day;
  17.  }
  18.   public void printDate(){
  19.     System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
  20.  }
  21.   public static void main(String[] args) {
  22.     Date d = new Date();
  23.     d.printDate();
  24.  }
  25. }

上述两个构造方法：名字相同，参数列表不同，因此构成了方法重载。

  1. 如果用户没有显式定义，编译器会生成一份默认的构造方法，生成的默认构造方法一定是无参的。
  1. public class Date {
  2.   public int year;
  3.   public int month;
  4.   public int day;
  5.   public void printDate(){
  6.     System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
  7.  }
  8.   public static void main(String[] args) {
  9.     Date d = new Date();
  10.     d.printDate();
  11.  }
  12. }

上述Date类中，没有定义任何构造方法，编译器会默认生成一个不带参数的构造方法。

注意：一旦用户定义，编译器则不再生成。

  1. public class Date {
  2.   public int year;
  3.   public int month;
  4.   public int day;
  5.   public Date(int year, int month, int day) {
  6.     this.year = year;
  7.     this.month = month;
  8.     this.day = day;
  9.  }
  10. public void printDate(){
  11.     System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
  12.  }
  13.   public static void main(String[] args) {
  14.     // 如果编译器会生成，则生成的构造方法一定是无参的
  15.     // 则此处创建对象是可以通过编译的
  16.     // 但实际情况是：编译期报错
  17.     Date d = new Date();
  18.     d.printDate();
  19.  }
  20. }
  21. /*
  22. Error:(26, 18) java: 无法将类 extend01.Date中的构造器 Date应用到给定类型;
  23.  需要: int,int,int
  24.  找到: 没有参数
  25.  原因: 实际参数列表和形式参数列表长度不同
  26. */
  1. 构造方法中，可以通过this调用其他构造方法来简化代码
  1. public class Date {
  2.   public int year;
  3.   public int month;
  4.   public int day;
  5.  
  6.   // 无参构造方法--内部给各个成员赋值初始值，该部分功能与三个参数的构造方法重复
  7.   // 此处可以在无参构造方法中通过this调用带有三个参数的构造方法
  8.   // 但是this(1900,1,1);必须是构造方法中第一条语句
  9.   public Date(){
  10.     //System.out.println(year);  注释取消掉，编译会失败
  11.     this(1900, 1, 1);
  12.    
  13.     //this.year = 1900;
  14.     //this.month = 1;
  15.     //this.day = 1;
  16.  }
  17.   // 带有三个参数的构造方法
  18.   public Date(int year, int month, int day) {
  19.     this.year = year;
  20.     this.month = month;
  21.     this.day = day;
  22.  }
  23. }

注意：

  1. this(...)必须是构造方法中第一条语句
  2. 不能形成环
  1. public Date(){
  2.  this(1900,1,1);
  3. }
  4. public Date(int year, int month, int day) {
  5.  this();
  6. }
  7. /*
  8. 无参构造器调用三个参数的构造器，而三个参数构造器有调用无参的构造器，形成构造器的递归调用
  9. 编译报错：Error:(19, 12) java: 递归构造器调用
  10. */
  1. 绝大多数情况下使用public来修饰，特殊场景下会被private修饰(后序讲单例模式时会遇到)

5.3 默认初始化

在上文中提出的第二个问题：为什么局部变量在使用时必须要初始化，而成员变量可以不用呢？

  1. public class Date {
  2.   public int year;
  3.   public int month;
  4.   public int day;
  5.   public Date(int year, int month, int day) {
  6.     // 成员变量在定义时，并没有给初始值, 为什么就可以使用呢？
  7.     System.out.println(this.year);
  8.     System.out.println(this.month);
  9.     System.out.println(this.day);
  10.  }
  11.  
  12.   public static void main(String[] args) {
  13.     // 此处a没有初始化，编译时报错：
  14.     // Error:(24, 28) java: 可能尚未初始化变量a
  15.     // int a;
  16.     // System.out.println(a);
  17.     Date d = new Date(2021,6,9);
  18.  }
  19. }

要搞清楚这个过程，就需要知道 new 关键字背后所发生的一些事情：

  1. Date d = new Date(2021,6,9);

在程序层面只是简单的一条语句，在JVM层面需要做好多事情，下面简单介绍下：

  1. 检测对象对应的类是否加载了，如果没有加载则加载

  2. 为对象分配内存空间

  3. 处理并发安全问题

比如：多个线程同时申请对象，JVM要保证给对象分配的空间不冲突

  1. 初始化所分配的空间

即：对象空间被申请好之后，对象中包含的成员已经设置好了初始值，比如：

数据类型

默认值

byte

0

char

‘\u0000’

short

0

int

0

long

0L

boolean

false

float

0.0f

double

0.0

reference

null

  1. 设置对象头信息(关于对象内存模型后面会介绍)

  2. 调用构造方法，给对象中各个成员赋值

5.4 就地初始化

在声明成员变量时，就直接给出了初始值。

  1. public class Date {
  2.   public int year = 1900;
  3.   public int month = 1;
  4.   public int day = 1;
  5.   public Date(){
  6.  }
  7.   public Date(int year, int month, int day) {
  8.  }
  9.   public static void main(String[] args) {
  10.     Date d1 = new Date(2021,6,9);
  11.     Date d2 = new Date();
  12.  }
  13. }

注意：代码编译完成后，编译器会将所有给成员初始化的这些语句添加到各个构造函数中

以上就是今天的全部内容，下期再见。

标签： java 开发语言 jvm
本文转载自: https://blog.csdn.net/m0_67910848/article/details/129723141
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