类和对象(上)

2023-12-03 12:00:45

类和对象

一、面向对象的初步认识
- 1. 什么是面向对象
- 2. 面向对象与面向过程
二、类定义和使用
三、类的实例化
- 1.什么是实例化
- 2.类和对象的说明
四、this引用
五、对象的构造及初始化

一、面向对象的初步认识

1. 什么是面向对象

Java是一门纯面向对象的语言，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。

2. 面向对象与面向过程

面向过程： 代表性语言C语言。写大量的函数，通过函数之间的相互调用完成一件事情。按照这种方式写代码，将来扩展或者维护起来会比较麻烦。
面向对象： 不关注过程，通过对象之间的交互来完成。
注意： 面向对象和面向过程并不是一门语言，而是解决问题的方法，没有好坏之分，都有其专门的应用场景。

二、类定义和使用

面向对象程序设计关注的是对象，而对象是现实生活中的实体，比如：洗衣机。但是计算机并不认识洗衣机，需要开发人员告诉计算机什么是洗衣机。

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(用来干什么)，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...

在Java语言中，如何对上述的洗衣机类来进行定义呢？

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：

//创建类
class ClassName{
field;//字段(属性)或者 成员变量
method;//行为 或者 成员方法
}

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。

public class WashMachine {
    public String brand ;//品牌
    public String type ;//型号
    public double weight ;//重量
    public double length ;//长
    public double weidth ;//宽
    public double height ;//高
    public String color ;//颜色

    public void WashClothes(){      //洗衣服
        System.out.println("洗衣功能");
    }

    public void DryClothes(){      //脱水
        System.out.println("脱水功能");
    }

    public void SetTime(){      //定时
        System.out.println("定时功能");
    }
}

注意事项：

类名注意采用大驼峰定义。
成员前写法统一为public，后续详细解释。
此处写的方法不带static关键字，后续详细解释。

3.练习

定义一个学生类：

public class Student {
    //成员变量
    public String name;
    public int age;
    public String gender;//性别
    public double score;
    
    //成员方法
    public void DoClass(){
        System.out.println(name+"按时上课，不要迟到");
    }
    public void DoHomework(){
        System.out.println(name+"请及时完成作业");
    }
    public void Exam(){
        System.out.println(name+"认真对待，好好复习");
    }
}

注意事项：

一般一个文件中只定义一个类。
main方法所在的类必须使用public修饰。
public 修饰的类必须要和文件名相同。
不要轻易去修改public修饰的类的名称，如果要修改，通过开发工具修改。

三、类的实例化

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Student类。它就是一种新定义的类型，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。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Student std=new Student();//通过new实例化对象
        std.age=18;
        std.gender="女";
        std.name="李思";
        std.score=99;
        std.DoClass();
        std.DoHomework();
        std.Exam();
    }
}
//输出结果：
李思按时上课，不要迟到
李思请及时完成作业
李思认真对待，好好复习

注意事项：

new关键字用于创建一个对象的实例。
使用.来访问对象中的属性和方法。
同一个类可以创建多个实例。

2.类和对象的说明

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。
类只是一种自定义的类型，可以用来定义变量，但是在Java中用类定义出来的变量我们称为对象。
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内存空间，存储类成员变量。
举个栗子：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，占用内存空间。

四、this引用

1.为什么要有this引用

先来看一个日期类的例子：

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;
    
    public void setDay(int y,int m,int d){
        year=y;
        month=m;
        day=d;
    }
    
    public void printDate(){
        System.out.println(year+"/"+month+"/"+day);
    }

    public static void main(String[] args) {
        //构造三个日期类型的对象 d1 d2 d3
        Date d1=new Date();
        Date d2=new Date();
        Date d3=new Date();
        //对d1 d2 d3的日期设置
        d1.setDay(2020,9,25);
        d2.setDay(2020,9,26);
        d3.setDay(2020,9,27);
        //打印日期中的内容
        d1.printDate();
        d2.printDate();
        d3.printDate();
    }
}

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。
但是会出现两个问题：
1.形参名不小心与成员变量名相同：

public void setDay(int year,int month,int day){
year=year;
month=month;
day=day;
}

那函数体中到底是谁给谁赋值？我们可能就搞不清楚了。
2.上面代码中，d1，d2，d3三个对象都在调用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哪个对象的数据呢？想要搞清楚这个问题，先来了解一下this引用。

2.什么是this引用

Java编译器给每个"成员方法"增加了一个隐藏的引用类型参数，该引用参数指向当前对象(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，由编译器自动完成。

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;

    public void setDay(int year,int month,int day){
        this.year=year;
        this.month=month;
        this.day=day;
    }

    public void printDate(){
        System.out.println( this.year+"/"+ this.month+"/"+ this.day);
    }
}

this引用是编译器自动添加的，用户在实现代码时一般不需要显示给出。
注意：this引用的是调用成员方法的对象。

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

从上图中可以看到在d1对象调用setDay成员方法时，此时this引用指向d1。

3.this引用的特性

1.this的类型：对于类类型引用，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，具有final属性。
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。
从代码层面来简单演示------>注意：右侧的代码也是可以通过编译的。

4.this引用的作用

作用： 让成员方法知道在操作哪个对象。
注意： this一定不能为空。
this引用为空的代码示例：

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;

    public void setDay(int year,int month,int day){
        this.year=year;
        this.month=month;
        this.day=day;
    }

    public void printDate(){
        System.out.println( this.year+"/"+ this.month+"/"+ this.day);
    }

    public static void main(String[] args) {
     Date d4=null;
     d4.printDate();

编译可以通过，没有语法错误
运行结果
Method invocation 'printDate' will produce 'NullPointerException'
   }
}

五、对象的构造及初始化

1.如何初始化对象

我们已经知道，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。

public static void main(String[] args) {
int a;
 System.out.println(a);
 //编译报错
 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，只需在定义a时，将a的初始值设置成功即可。如果是对象：

```java
public static void main(String[] args) {
Date d=new Date();
d.printDate();
d.setDate(2021,6,9);
d.printDate();
}
//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。通过上述例子可以发现两个问题：
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，为什么成员变量声明之后没有给值依然可以使用？

2.构造方法

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，并且在整个对象的声明周期内只调用一次。

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;

    public Date(int year,int month,int day){
        this.year=year;
        this.month=month;
        this.day=day;
        System.out.println("Date(int,int,int)方法被调用了");
    }

    public void printDate(){
        System.out.println( this.year+"/"+ this.month+"/"+ this.day);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Date d=new Date(2021,6,9);
        d.printDate();
    }
}

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。

2.2 特性

名字必须与类名相同。
没有返回值类型，设置为void也不行。
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)。
创造方法可以重载(用户根据自己的需求提供不同参数的构造方法)。

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;

    //无参构造方法
    public Date(){
        this.year=1900;
        this.month=1;
        this.day=1;
    }
    //带有三个参数的构造方法
    public Date(int year,int month,int day){
        this.year=year;
        this.month=month;
        this.day=day;
        System.out.println("Date(int,int,int)方法被调用了");
    }

    public void printDate(){
        System.out.println( this.year+"/"+ this.month+"/"+ this.day);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Date d=new Date();
        d.printDate();
    }
}

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。

如果用户没有显示定义，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。

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;
    public void printDate(){
        System.out.println( this.year+"/"+ this.month+"/"+ this.day);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Date d=new Date();
        d.printDate();
    }
}

上述Date类中，没有定义任何构造方法，那如何证明编译器生成了默认的构造方法呢？我们可以通过字节码来查看：

注意：一旦用户显式定义，编译器则不再生成无参的构造方法了。
接下来，我们从两个方面来验证。
(1)代码层面说明：

public class DateTest {
        public int year;
        public int month;
        public int day;

        public DateTest(int year,int month,int day){
            this.year=year;
            this.month=month;
            this.day=day;
        }
        public void printDate(){
            System.out.println(year+"/"+month+"/"+day);
        }

        public static void main(String[] args) {
            //如果编译器生成，则生成的构造方法一定是无参的。
            //则此处创建对象是可以编译通过的。
            DateTest d=new DateTest();
            d.printDate();
        }
}
//报错
java: 无法将类 DateTest中的构造器 DateTest应用到给定类型;
  需要: int,int,int
  找到: 没有参数
  原因: 实际参数列表和形式参数列表长度不同

(2)字节码层面说明：
我们显式定义一个带有一个参数的构造方法，如果编译器会默认生成一个构造方法，那么该方法一定是无参的。那么我们将会看到两个构造方法。

实际上，从上面的图片中可以看到，只有一个我们自己定义的构造方法。

经过javac编译之后，构造函数的名字会被修改成<init>。
构造方法中，可以通过this调用其他构造方法来简化代码。

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;

    //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
    //此处可以在无参构造方法中通过this引用调用带有三个参数的构造方法
    //但是this(1900,1,1);必须是构造方法中的第一条语句
    public Date(){
        //System.out.println(year);
        this(1900, 1, 1);

        //this.year=1900;
        //this.month=1;
        //this.day=1;
    }

    //带有三个参数的构造方法
    public Date(int year, int month, int day) {
        this.year = year;
        this.month = month;
        this.day = day;
    }
}

注意：

this()必须是构造方法中第一条语句。
不能形成环，因为会形成无限递归。

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;

    public Date() {
        //System.out.println(year);
        this(1900, 1, 1);
    }

    //带有三个参数的构造方法
    public Date(int year, int month, int day) {
        this();
    }
}
//无参构造器调用三个参数的构造器，而三个参数的构造器调用无参的构造器，形成构造器的递归调用
//编译报错：java: 递归构造器调用

一般使用public来修饰，特殊场景下会被private修饰(单例模式)。

3.默认初始化

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？

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;

    public Date(int year,int month,int day){
        //成员变量在定义时，并没有给初始值，为什么就可以使用呢？
        System.out.println(this.year);
        System.out.println(this.month);
        System.out.println(this.day);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Date d=new Date(2021,6,9);
    }
}

我们需要知道new关键字背后所发生的一些事情;

 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，下面简单介绍一下：

检测对象对应的类是否加载了，如果没有加载则加载。
为对象分配内存空间。
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。
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	0.0d
reference	null

设置对象头信息
调用构造方法<>，给对象中各个成员赋值。

4.就地初始化

就地初始化：在声明成员变量时，就直接给出了初始值。
如果成员变量使用了就地初始化，则编译器在编译代码期间，将就地初始化的内容拷贝到每个构造方法中，并且在用户所写的语句之前。

public class Date {
    public int year=1900;
    public int month=1;
    public int day=1;

    public Date(){
    }
    public Date(int year,int month,int day){
    }

    public static void main(String[] args) {
        Date d1=new Date(2021,6,9);
        Date d2=new Date();
    }
}

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。

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