day07_认识面向对象

2024-03-26 15:28:52

面向过程和面向对象的区别

“面向过程”(Procedure Oriented)：是一种以过程为中心的编程思想，简称 OP。“面向过程”也可称之为“面向记录”编程思想，就是分析出解决问题所需要的步骤，然后用函数把这些步骤一步一步实现，使用的时候一个一个依次调用就可以了。所以面向过程的编程方式关注点不在“事物”上，而是做这件事分几步，先做什么，后做什么。例如：早晨起来：起床、穿衣、洗漱、上班，只要按照这个步骤来，就能实现“一天”的功能，整个这个过程中关注的是一步一步怎么做，并没有关注“人”这个事物。再例如：开门、调整座椅、系好安全带、踩离合、

启动、挂档、给油，只要按照这个步骤来，车就走了，显然关注点还是在步骤上，只要实现每一步就行，整个过程并没有关注“汽车”这个事物。

“面向对象”(Object Oriented)：是一种以对象为中心的编程思想，简称 OO。随着计算机技术的不断提高，计算机被用于解决越来越复杂的问题。一切事物皆对象，通过面向对象的方式，将现实世界的事物抽象成对象。通过面向对象的方法，更利于用人理解的方式对复杂系统进行分析、设计与编程。同时，面向对象能有效提高编程的效率，通过封装技术，可以像搭积木的一样快速开发出一个全新的系统。面向对象将对象作为程序的基本单元，将程序和数据封装其中，以提高软件的重用性、灵活性和扩展性。

使用面向对象编程思想开发系统，在现代开发中会将面向对象贯穿整个过程，一般包括：OOA/OOD/OOP：

OOA：面向对象分析（Object-Oriented Analysis）
OOD：面向对象设计（Object-Oriented Design）
OOP：面向对象编程（Object-Oriented Programming）

面向过程和面向对象有什么关系呢？

面向过程其实是最为实际的一种思考方式，就算是面向对象的方法也是含有面向过程的思想。可以说面向过程是一种基础的方法。它考虑的是实际地实现。一般的面向过程是从上往下步步求精。面向对象主要是把事物给对象化，对象包括属性与行为。当程序规模不是很大时，面向过程的方法还会体现出一种优势。因为程序的流程很清楚，按着模块与函数的方法可以很好的组织。但对于复杂而庞大的系统来说，面向过程显得就很无力了。面向对象的好处之一就是显著的改善了软件系统的可维护性。对于编程语言来说，基于 C 语言的编程是面向过程的，C++只能说一半面向过程一半面向对象，java 语言就是一门完全面向对象的编程语言。因为 java 底层是 C++语言实现的。当然，除了 java 语言之外，还有很多都是完全面向对象的编程语言，例如：C#、Python 等。

面向对象分析方法分析问题的思路和步骤：

根据问题需要，选择问题所针对的现实世界中的实体。
从实体中寻找解决问题相关的属性和功能，这些属性和功能就形成了概念世界中的类。
把抽象的实体用计算机语言进行描述，形成计算机世界中类的定义。即借助某种程序语言，把类构造成计算机能够识别和处理的数据结构。
将类实例化成计算机世界中的对象。对象是计算机世界中解决问题的最终工具。

面向对象三大特征

封装（Encapsulation）
继承（Inheritance）
多态（Polymorphism）

面向对象的思想概述

软件存在的意义就是为了解决现实世界当中的问题，它必然模拟现实世界，也就是说现实世界中有什么，软件中就对应有什么。类(Class)和对象(Object)是面向对象的核心概念。

那么类和对象分别是什么，它们的区别和联系是什么呢？

类是对一类事物的描述，是抽象的、概念上的定义。
对象是实际存在的该类事物的每个个体，因而也称为实例(instance)。

例如：“沈腾”、“赵本山”、“宋丹丹”都是实际存在的对象，他们都属于“笑星”类，类描述事物的共同特征，那么“笑星”类都有哪些共同特征呢？笑星类都有姓名、性别、年龄等状态信息（属性），他们还有一个共同的行为就是“演出”（方法）。但当具体到某个对象上之后，我们发现姓名是不同的，性别是不同的，年龄也是不同的，演出的效果也是不同的。所以我们在访问姓名、性别、年龄的时候，必须先有笑星对象，通过真实存在的笑星对象去访问他的属性，包括“演出”的时候，只有“笑星”类是不行的，必须先有笑星对象，让笑星对象去执行“演出”这个动作。

通过类可以创建对象，对象又被称为实例（instance），这个过程也可以称为实例化。
面向对象程序设计的重点是类的设计
类的设计，其实就是类的成员的设计

通过以上的描述，我们得知：类 = 属性 + 方法，而属性描述的是状态，方法描述的是行为动作。行为动作以方法的形式存在，那属性以什么形式存在呢？例如：姓名、性别、年龄，变量用来存储数据。不错，对象的属性以变量形式存在，并且这里所说的变量是我们之前提过的“成员变量当中的实例变量”。为什么是实例变量呢，实例变量就是对象级别的变量，这样的变量要求必须先存在对象，通过对象才能访问。例如：“中国人”这个类，有一个属性是“身份证号”，每一个中国人的“身份证号”都是不一样的，所以身份证号必须使用一个真实存在的“中国人对象”来访问。不能使用“中国人”这个类去访问身份证号。一个类可以实例化 N 多个对象，假设通过“中国人”这个类创建了 100 个“中国人对象”，那么“身份证号”必然会有 100 个实例变量空间去存储。

总结一下常见的类的成员

现实中的属性：对应类中的成员变量
现实中的行为：对应类中的成员方法

类的语法格式

创建Java自定义类

步骤：

定义类（考虑修饰符、类名）
编写类的属性（考虑修饰符、属性类型、属性名、初始化值）
编写类的方法（考虑修饰符、返回值类型、方法名、形参等）

代码示例

package demo;

/*
 * 要求：
 * (1)创建Person类的对象，设置该对象的name、age和sex属性，调用study方法，
 * 输出字符串“studying”，调用showAge()方法显示age值，
 * 调用addAge()方法给对象的age属性值增加2岁。
 *
 */
public class Person {
    //成员变量
    String name;
    int age;
    /**
     * sex:1 表明是男性
     * sex:0 表明是女性
     */
    int sex;

    //成员方法
    public void study(){
        System.out.println("studying");
    }

    public void showAge(){
        System.out.println("age:" + age);
    }

    public int addAge(int i){
        age += i;
        return age;
    }
}

类的访问机制：

在一个类中的访问机制：类中的方法可以直接访问类中的成员变量。（例外：static方法访问非static，编译不通过。）
在不同类中的访问机制：先创建要访问类的对象，再用对象访问类中定义的成员。

对象的创建和使用

类定义之后，就可以使用类这个“模板”来创造“对象”了，一个类是可以创建多个对象的哦！怎么创建呢，语法是什么？其实语法格式很简单：new 类名()，这样就可以完成对象的创建了。俗话说，你想要什么 java 都可以给你，想要啥你就 new啥。创建对象完整语法：

类名对象名 = new 类名();

使用“对象名.对象成员”的方式访问对象成员（包括属性和方法）

使用上面自定义的类，创建对象

package demo;

public class PersonTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象p1
        Person p1 = new Person();
        //给变量赋值
        p1.name = "Tom";
        p1.age = 18;
        p1.sex = 1;

        //调用成员方法
        p1.study();//studying
        p1.showAge();//age:18
        //调用成员方法，把方法的返回值赋值给变量newAge
        int newAge = p1.addAge(2);
        System.out.println(p1.name + "的新年龄为：" + newAge);//Tom的新年龄为：20

        System.out.println(p1.age);//20

        //创建对象p2
        Person p2 = new Person();
        //调用常用方法
        p2.showAge();//age:0
        p2.addAge(10);
        p2.showAge();//age:10

        p1.showAge();//age:20
    }
}

以上代码最初接触的时候，大家肯定会感觉非常陌生，这也是正常的，Person p1 = new Person();实际上和 int i = 10 是类似的，对于 int i = 10 来说，int 是一种基本数据类型，i 是变量名，10 是 int 类型的字面量。那对于 Person p1 = new Person() 来说，其中 Person 是一种引用数据类型，p1 是变量名，new Person()执行之后是一个 Person 类型的对象。大家要注意了，java 语言当中凡是使用 class 关键字定义的类都属于引用数据类型，类名本身就是这种引用数据类型的类型名。

注意：

如果创建了一个类的多个对象，对于类中定义的属性（成员变量），每个对象都拥有各自的一套副本，且互不干扰。
在 java 语言当中，当实例变量没有手动赋值，在创建对象的时候，也就是说在 new 的时候，系统会对实例变量默认赋值，它们的默认值请参考下表：

对象创建和使用的深层次解密

为了更好的理解上面的程序，先来看看java 虚拟机是如何管理它的内存的，请看下图：

程序计数器：

概念：可以看做当前线程所执行的字节码的行号指示器。
特点：线程私有的内存

java 虚拟机栈（重点）：

概念：描述的是 java 方法执行的内存模型。（每个方法在执行的时候会创建一个栈帧，用于存储局部变量表，局部变量表存放了编译期可知长度的各种基本数据类型（boolean、byte、char 、 short 、 int 、 float 、 long 、double）、对象引用（reference类型，它不等同于对象本身，是对象在堆内存的首地址操作数栈，动态链接，方法出口等信息。每个方法从调用直至完成的过程，就对应一个栈帧从入栈到出栈的过程。）
特点： 线程私有，生命周期和线程相同。这个区域会出现两种异常：*Error 异常：若线程请求的深度大于虚拟机所允许的深度。OutOfMemoryError异常：若虚拟机可以动态扩展，如果扩展是无法申请到足够的内存。

本地方法栈：

概念：它与虚拟机栈所发挥的作用是相似的，区别是 java 虚拟机栈为执行 java 方法服务，而本地方法栈是为本地方法服务。
特点：线程私有，也会抛出两类异常：*Error 和 OutOfMemoryError。

java 堆（重点）：

概念：是被所有线程共享的一块区域，在虚拟机启动时创建。
特点：线程共享，存放的是对象实例（所有的对象实例和数组），GC 管理的主要区域。可以处于物理上不连续的内存空间。这一点在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。

⑤ 方法区（重点）：

概念：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量，即时编译器编译后的代码等数据。
特点：线程共享的区域，抛出异常 OutOfMemory 异常：当方法区无法满足内存分配需求的时候。

以上所描述内容，有看得懂的，也有看不懂的，例如：线程、本地方法等，这个需要大家在学习后面内容之后，返回来再看一看，那个时候你就全部明白了。针对于目前来说，大家必须要知道 java 虚拟机有三块主要的内存空间，分别是“虚拟机栈（后面简称栈）”、“方法区”、“堆区”，方法区存储类的信息，栈中存储方法执行时的栈帧以及局部变量，堆区中主要存储 new 出来的对象，以及对象内部的实例变量。其中垃圾回收器主要针对的是堆内存，方法区中最先有数据，因为程序执行之前会先进行类加载。栈内存活动最频繁，因为方法不断的执行并结束，不断的进行压栈弹栈操作。将目前阶段需要掌握的内存空间使用一张简单的图表示出来，这个图是大家需要掌握的：

大概了解了 java 虚拟机内存分配之后，来看看以下代码在执行过程中，内存是如何变化的：

package demo;

public class StudentTest {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        Student s1 = new Student();
    }
}

以上代码在执行过程中内存的变化如下图所示：

第一步：进行类加载

第二步： main 方法调用，给 main 方法分配栈帧（压栈）

第三步：执行 int i = 10，局部变量

第四步：执行 new Student()，在堆中创建对象，同时初始化实例变量

第五步：将堆区中学生对象的内存地址赋值给局部变量 s1

上图所描述内存图有些地方为了帮助大家更好的理解，有些位置画的不是很精确，随着后面内容的学习我们再进一步修改，目前上图已经够大家用了。上图中 i 变量和 s1 变量都是局部变量，都在栈内存当中，只不过 i 变量是基本数据类型 int，而 s1 变量是引用数据类型 Student。上图中堆区当中的称为“对象”，该“对象”内部 no、name、age、sex 都是实例变量/属性，这些变量在 new对象的时候初始化，如果没有手动赋值，系统会赋默认值。上图堆区中“对象”创建完成之后，该对象在堆区当中的内存地址是：0x1111，程序中的“=”将 0x1111 这个堆内存地址赋值给 s1 变量，也就是说 s1 变量保存了堆内存对象的内存地址，我们对于这种变量有一种特殊的称呼，叫做“引用”。也就是说对于 Student s1 = new Student()代码来说，s1 不是对象，是一个引用，对象实际上是在堆区当中，s1 变量持有这个对象的内存地址。java 中没有指针的概念（指针是 C 语言当中的机制），所以 java 程序员没有权利直接操作堆内存，只能通过“引用”去访问堆内存中的对象，例如：s1.no、s1.name、s1.sex、s1.age。访问一个对象的内存，其实就是访问该对象的实例变量，而访问实例变量通常包括两种形式，要么就是读取数据，要么就是修改数据，例如：System.out.println(s1.no)这就是读取数据，s1.no= 100 这就是修改数据。

实例变量执行赋值运算之后的内存图

创建多个对象的内存结构图

匿名对象

我们也可以不定义对象的句柄，而直接调用这个对象的方法。这样的对象叫做匿名对象。如：

new Person().shout();

使用情况

如果对一个对象只需要进行一次方法调用，那么就可以使用匿名对象。
我们经常将匿名对象作为实参传递给一个方法调用。

码农公寓