Java

目录

对象和类

简概

OOP简概

• 面向对象程序设计（简称OOP）
  • 在OOP中，不必关心对象的具体实现，只要能够满足用户的需求即可
• 传统的结构化程序设计
  • 通过设计一系列的过程（即算法）来求解问题。一旦确定了这些过程，就要开始考虑存储数据的方式。
  • 这就是Pascal语言的设计者Niklaus Wirth将其著作命名为《算法+数据结构=程序》（Algorithms+Data Structures=Programs，Prentice Hall，1975）的原因。
  • 在Wirth命名的书名中，算法是第一位的，数据结构是第二位的，这就明确地表述了程序员的工作方式。
  • 传统的过程化程序设计，必须从顶部的main函数开始编写程序。在面向对象程序设计时没有所谓的“顶部”。对于学习OOP的初学者来说常常会感觉无从下手。答案是：首先从设计类开始，然后再往每个类中添加方法。
• 选择
  • 对于一些规模较小的问题，将其分解为过程的开发方式比较理想。而面向对象更加适用于解决规模较大的问题。
  • 要想实现一个简单的Web浏览器可能需要大约2000个过程，这些过程可能需要对一组全局数据进行操作。 采用面向对象的设计风格，可能只需要大约100个类，每个类平均包含20个方法 后者更易于程序员掌握，也容易找到bug。假设给定对象的数据出错了，在访问过这个数据项的20个方法中查找错误要比在2000个过程中查找容易得多。

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类简概

• 三个主要特性
  • 对象的行为（behavior）——可以对对象完成哪些操作，或者可以对对象应用哪些方法
  • 对象的状态（state）——当调用那些方法时，对象会如何相应
  • 对象的标识（identity）——如何区分具有相同行为与状态的不同对象
• 类、构造（construct）、实例（instance）
  • 是构造对象的模板或蓝图。由类构造对象的过程称为创建类的实例
• 封装（encapsulation，有时称为数据隐藏）
  • 形式上看，封装不过是将数据和行为组合在一个包中，并对对象的使用者隐藏了数据的实现方式
  • 关键在于绝对不能让类中的方法直接地访问其他类的实例域。程序仅通过对象的方法与对象数据进行交互
• 实例域（instance field）、方法（method）
  • 对象中的数据称为实例域，操纵数据的过程称为方法
• 状态（state）
  • 对于每个特定的类实例（对象）都有一组特定的实例域值。这些值的集合就是这个对象的当前状态
• 继承（inheritance）
  • 可以通过扩展一个类来建立另外一个新的类。扩展一个已有的类时，这个扩展后的新类具有所扩展的类的全部属性和方法。过程称为继承
• Object
  • 事实上，在Java中，所有的类都源自于一个“神通广大的超类”，它就是Object。

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类之间的关系

• 依赖（dependence），即“uses-a”关系
  • 应该尽可能地将相互依赖的类减至最少。用软件工程的术语来说，就是让类之间的耦合度最小。
• 聚合（aggregation），即“has-a”关系
  • 聚合关系意味着类A的对象包含类B的对象
  • 有些方法学家不喜欢聚合这个概念，而更加喜欢使用“关联”这个术语。从建模的角度看，这是可以理解的。但对于程序员来说，“has-a”显得更加形象。
• 继承（inheritance），即“is-a”关系
  • 一种用于表示特殊与一般关系的
• UML符号
  • 很多程序员采用UML（Unified Modeling Language，统一建模语言）绘制类图，用来描述类之间的关系。
  • 
    img
  • 

类（class）

使用预定义类

并不是所有的类都具有面向对象特征。例如Math类只封装了功能，它不需要也不必隐藏数据。

与C/C++不同：外壳类

• 用Java编写的所有代码都位于某个类的内部（包括main函数）
• 而C/C++、Python可以有代码在外面

使用预设类（通过Data类介绍）

定义类

Date birthday = new Date();
String s = new Date().toString();

创建一个新对象

对象不等于对象变量。一个对象变量并没有实际包含一个对象，而仅仅引用一个对象

在对象与对象变量之间存在着一个重要的区别，例如：

Date deadline;			// dones't refer to any object
s = deadline.toString;	// not yet

deadline = new Date();	// 必须首先初始化变量deadline或引用一个已经存在的对象

对象的指针、引用、内存相关

与C/C++不同：指针还是引用？

很多人错误地认为Java对象变量与C++的引用类似。然而，在C++中没有空引用，并且引用不能被赋值。可以将Java的对象变量看作C++的对象指针

Date birthday;	// Java
// 等同于
Date* birthday;	// C++
// 不同于
Date& birthday;	// C++，不可空引用、不可被赋值

与C/C++不同：存储空间

所有的Java对象都存储在堆中。当一个对象包含另一个对象变量时，这个变量依然包含着指向另一个堆对象的指针。

如果使用一个没有初始化的指针，运行系统将会产生一个运行时错误，而不是生成一个随机的结果。同时，不必担心内存管理问题，垃圾收集器将会处理相关的事宜。

自定义类

主力类（workhorse class）

通常，这些类没有main方法，却有自己的实例域和实例方法。要想创建一个完整的程序，应该将若干类组合在一起，其中只有一个类有main方法

定义类

类定义

class ClassName
{
    field1;			// 实例域
    field2;
    constructor1;	// 构造器
    constructor2;
    method1;		// 方法
    method2;
}

例如

class Employee
{
    // instance field
    private String name;
    private double salary;
    private Localdate hireDay;
    
    // constructor
    public Employee(String n, double s, int year, int month, int day)
    {
        name = n;
        salary = s;
        hireDay = LocalDate.of(year, moth, day);
    }
    
    // a method
    public String getName()
    {
        return name;
    }
}

使用

james = new Employee("James Bond", 100000, 1950, 1, 1);

类设计技巧

• 1.一定要保证数据私有

  • 不要破坏封装性。需要编写一个访问器方法或更改器方法。即使出现bug也易于检测

• 2.一定要对数据初始化

  • Java不对局部变量进行初始化，但是会对对象的实例域进行初始化。最好不要依赖于系统的默认值

• 3.不要在类中使用过多的基本类型

  • 例如，用一个称为Address的新的类替换以下的实例域

    private String street;
    private String city;
    private String state;
    private int zip;
    

• 4.不是所有的域都需要独立的域访问器和域更改器

  • 不想被知道的实例域就不需要域访问器和域更改器

• 5.将职责过多的类进行分解

  • 设计模式

• 6.类名和方法名要能够体现它们的职责

• 7.优先使用不可变的类

  • 例如LocalDate类以及java.time包中的其他类是不可变的——没有方法能修改对象的状态
  • 更改对象的问题在于，如果多个线程试图同时更新一个对象，就会发生并发更改。其结果是不可预料的
  • 当然，并不是所有类都应当是不可变的