【自学笔记】01Java基础-07面向对象基础-03常量、枚举类、抽象类、多态详解

记录java基础学习中有关常量、枚举类、抽象类和多态的内容。

1 常量

  • 什么是常量？
    • 常量是使用了public static final修饰的成员变量，必须有初始化值，而且执行的过程中其值不能被改变。
  • 常量名的命名规范：英文单词全部大写，多个单词下划线连接起来。
public class Constant { public static final String SCHOOL_NAME  = “清华校园";public static final String LOGIN_NAME  = “admin";public static final String PASS_WORD  = “123456";
}
  • 常量的作用：通常用来记录系统的配置数据。

2 枚举

枚举（enum）是一种特殊的类(class)，它用于盛放一组有限且确定的常量集合。

2.1 枚举的声明

修饰符 enum  枚举名称{
   第一行都是罗列枚举类实例的名称。每个实例实际是构造方法调用而来。
}

在这里插入图片描述

在这个例子中，每个枚举常量都是枚举类型的唯一实例，并且在编译时就被默认调用无参构造创建了。

2.2 枚举的特点：

  1. 类型安全：枚举类型确保只能使用预定义的值，从而避免了拼写错误或意外地使用非法值的情况。

  2. 单例性：枚举中的每个元素都是一个单例对象，这意味着无论何时何地创建枚举实例，同一枚举常量的引用始终指向相同的内存地址。

  3. 继承自Enum类：所有的枚举都隐式地继承自 java.lang.Enum 类，因此可以访问到 Enum 类提供的方法，如 name()（返回枚举常量的名称）、ordinal()（返回枚举常量在其枚举类型中的位置索引）等。

  4. 可定制化：枚举不仅可以包含预定义的常量，还可以定义自己的方法、属性以及实现接口：

    public enum Color {
//相当于调用了构造方法
//public static final Color RED = new Color("红色");RED("红色"),GREEN("绿色"),BLUE("蓝色");private String chineseName;// 有参构造器Color(String chineseName) {this.chineseName = chineseName;}// 自定义方法public String getChineseName() {return this.chineseName;}
}

  5. switch支持：Java的switch语句可以直接支持枚举类型作为判断条件。

  6. 序列化与反序列化支持：Java枚举类型自动实现了Serializable接口，可以被序列化和反序列化。

  7. 线程安全：枚举类的实例创建过程天然具有线程安全性。

2.3 使用场景

枚举在实际开发中广泛应用，例如：

  • 表示状态机的状态，如订单状态（PENDING、COMPLETED、CANCELLED）。
  • 星期几、月份、颜色、方向等固定数量且预先知道所有可能值的场合。
  • 在设计模式中，例如策略模式或者工厂模式，用以替代传统的基于字符串标识符的选择逻辑。

3 抽象类

abstract关键字修饰修饰的类或方法就是抽象类或抽象方法。详解见abstract关键字
当编程中遇到暂不明确实现的类或方法时，可以声明为抽象类/方法，在之后以继承的方式实现。

  • 抽象的使用场景
    • 抽象类可以理解成不完整的设计图，一般作为父类，让子类来继承。
    • 当父类知道子类一定要完成某些行为，但是每个子类该行为的实现又不同，于是该父类就把该行为定义成抽象方法的形式，具体实现交给子类去完成。此时这个类就可以声明成抽象类。

在这里插入图片描述

3.1 抽象类案例

  • 系统需求
    • 某加油站推出了2种支付卡，一种是预存10000的金卡，后续加油享受8折优惠，另一种是预存5000的银卡 ,后续加油享受8.5折优惠。
    • 请分别实现2种卡片进入收银系统后的逻辑，卡片需要包含主人名称，余额，支付功能。
  • 分析实现
    • 创建一张卡片父类：定义属性包括主人名称、余额、支付功能（具体实现交给子类）
    • 创建一张白金卡类：重写支付功能，按照原价的8折计算输出。
    • 创建一张银卡类：重写支付功能，按照原价的8.5折计算输出。
// 抽象卡片类：定义基本属性和支付功能接口
public abstract class Card {private String ownerName;private double balance;public Card(String ownerName, double initialBalance) {this.ownerName = ownerName;this.balance = initialBalance;}// 获取主人名称public String getOwnerName() {return ownerName;}// 获取余额public double getBalance() {return balance;}// 抽象的支付方法，由子类具体实现public abstract void pay(double originalPrice);// 充值方法public void recharge(double amount) {if (amount > 0) {balance += amount;}}
}// 金卡子类：实现8折优惠支付功能
public class PlatinumCard extends Card {public PlatinumCard(String ownerName, double initialBalance) {super(ownerName, initialBalance);}@Overridepublic void pay(double originalPrice) {double discountedPrice = originalPrice * 0.8;if (discountedPrice <= balance) {System.out.println("金卡用户" + ownerName + "成功支付：" + discountedPrice);balance -= discountedPrice;} else {System.out.println("金卡用户" + ownerName + "余额不足，无法完成支付！");}}
}// 银卡子类：实现8.5折优惠支付功能
public class SilverCard extends Card {public SilverCard(String ownerName, double initialBalance) {super(ownerName, initialBalance);}@Overridepublic void pay(double originalPrice) {double discountedPrice = originalPrice * 0.85;if (discountedPrice <= balance) {System.out.println("银卡用户" + ownerName + "成功支付：" + discountedPrice);balance -= discountedPrice;} else {System.out.println("银卡用户" + ownerName + "余额不足，无法完成支付！");}}
}

现在可以在收银系统中实例化不同类型的卡片，并调用其支付方法进行支付操作。例如：

public class CashierSystem {public static void main(String[] args) {Card platinumCard = new PlatinumCard("张三", 10000);Card silverCard = new SilverCard("李四", 5000);platinumCard.pay(200);  // 金卡用户张三成功支付：160.0silverCard.pay(150);   // 银卡用户李四成功支付：127.5// 更多支付操作...}
}

3.2 final和abstract是什么关系？

  • 互斥关系。
  • abstract定义的抽象类作为模板让子类继承，final定义的类不能被继承。
  • 抽象方法定义通用功能让子类重写，final定义的方法子类不能重写。

3.3 设计模式之模板方法模式

当系统中出现同一个功能多处在开发，而该功能中大部分代码是一样的，只有其中部分可能不同的时候。
实现步骤：
1、定义一个抽象类。
2、定义2个方法，把相同代码放模板方法中，建议定义为final让子类不可修改，不同代码定义成抽象方法。
3、子类继承抽象类，重写抽象方法。

4 多态

4.1 什么是多态？

多态，指对象可以有多种形态。
同类型的对象，执行统一行为，可以表现出不同的特征。如动物类下的猫和狗对象，发出叫声，声音不同。

多态实现了在同一个父类中使用不同子类的对象，对同一消息做出不同的响应。

多态的常见形式
 父类类型 对象名称 = new 子类构造器();创建子类对象，并将其引用赋值给父类类型的变量

class Animal {// ...
}class Dog extends Animal {public Dog() {// 这里是Dog类的构造方法}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Animal animal = new Dog(); // 创建Dog对象，并将Dog对象的引用赋值给Animal类型的变量		}
}

多态中成员访问特点
 方法调用：编译看左边确认是哪个父类，运行看右边确认是哪个子类。
 变量调用：编译和运行都看左边确认是哪个父类。

Java中的多态（Polymorphism）是面向对象编程的三大特性之一，另外两个特性是封装和继承。多态允许不同类的对象对同一消息做出不同的响应，它增强了代码的灵活性、可扩展性和重用性。

多态的概念：

  1. 静态多态（编译时多态）：通过方法重载（Overloading）实现，即在同一个类中可以有多个同名的方法，但参数列表不同（参数数量、类型或顺序不同）。编译器根据调用方法时提供的参数自动选择对应的方法执行。

  2. 动态多态（运行时多态）：通过继承和接口实现，具体表现为：

    • 方法重写（Override）：子类继承父类并覆盖其非私有的实例方法。
    • 父类引用指向子类对象：声明为父类类型的变量可以引用子类对象，在程序运行期间调用实际对象的方法时，会调用该对象的实际类型所重写的方法。

多态示例：

class Animal {void sound() {System.out.println("Animal makes a sound");}
}class Dog extends Animal {@Overridevoid sound() {System.out.println("Dog barks");}
}public class PolymorphismExample {public static void main(String[] args) {Animal animal = new Animal(); // 动物对象Animal dog = new Dog(); // 动物引用指向狗对象animal.sound();  // 输出 "Animal makes a sound"dog.sound();     // 输出 "Dog barks"，由于dog实际上是Dog对象，因此调用的是Dog类重写的sound方法// 这里体现了运行时多态，尽管animal变量被声明为Animal类型，但它实际绑定的是Dog对象}
}

注意事项：

  • 调用方法时遵循“动态绑定”，即在运行时决定调用哪个方法。但对于静态方法、final方法以及private方法，不存在多态，它们是在编译时期就确定了要调用的方法。
  • 当父类引用指向子类对象时，只能访问父类中定义的属性和方法，不能直接访问子类新增加的属性和方法，除非进行显式向下转型操作。

4.2 多态的优势与劣势

多态的好处：

  • 提高代码通用性，可以使用父类类型作为方法的参数或者返回值类型，使得方法能够处理多种子类对象。
  • 增强可扩展性，当添加新的子类时，无需修改父类的代码就能与新子类协同工作。
  • 遵循里氏替换原则，定义方法的时候，使用父类型作为参数，任何基类出现的地方都可以用子类替代，而不会影响程序的正确性。

多态的劣势：

  • 多态下不能使用子类的独有功能。

4.3 父类如何实现调用子类独有功能

将对象类型由父类转换为子类即可。
在这里插入图片描述

// 定义一个父类 Animal
class Animal {public void makeSound() {System.out.println("动物发出声音");}
}// 定义一个子类 Dog 继承自 Animal，并添加自己特有的方法
class Dog extends Animal {public void bark() {System.out.println("小狗汪汪叫");}@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("狗发出声音");}
}public class Main {public static void main(String[] args) {// 创建一个 Dog 对象，但使用 Animal 类型的引用指向它Animal animal = new Dog(); // 只能调用 Animal 接口中的方法animal.makeSound(); // 输出 "狗发出声音"，多态的表现// 虽然animal实际上是Dog对象，但由于类型是Animal，所以无法直接调用bark()// 若要调用Dog类特有的bark()方法，必须进行强制类型转换if (animal instanceof Dog) { // 检查是否可以安全转换Dog dog = (Dog) animal; // 强制类型转换dog.bark(); // 现在可以调用Dog类特有的方法，输出 "小狗汪汪叫"}}
}

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