【Java】：类和对象

1.面向对象的初步认知

1.1 什么是面向对象

Java是一门面向对象的语言，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，扩展及维护都非常友好。

1.2 面向对象与面向过程

1.2.1 传统洗衣过程

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，那就是另一种方式了。

如果按照这种方式来写代码，将来扩展或者维护起来会比较麻烦。

1.2.2 现代洗衣过程

总共有四个对象：人、衣服、洗衣粉和洗衣机。

整个洗衣服的过程：人将衣服放进洗衣机、倒入洗衣粉，启动洗衣机，洗衣机就完成洗衣过程并且甩干。

整个过程主要是：人、衣服、洗衣粉和洗衣机四个对象之间的交互完成，人不需要关心洗衣机具体是如何洗衣服的，是如何甩干的。

注意：面向对象和面向过程不是一门语言，而是一种解决问题的办法，没有好坏之分，都有其善于运用的场景。

2.类定义和使用

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

上图右侧就是对洗衣机简单的描述，该过程称为对洗衣机对象（实体）进行抽象（对一个复杂事物的重新认知），但是这些简化的抽象结果计算机也不能识别，开发人员可以采用某种面向对象的编程语言来进行描述，比如：Java语言。

2.1 简单认识类

类是用来对一个实体（对象）来进行描述，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），没描述完成后计算机就可以识别了。

比如：洗衣机，它是一个实体，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？

2.2 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{filed;    //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（由自己命名，需要采用大驼峰定义），{}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。方法主要是用来说明类有哪些功能，称为类的成员方法。

类、属性和方法的关系为：

public class WashMachine {public String brand;    //品牌public String color;    //颜色public double weight;   //重量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");}
}

1~18行：定义的一个名为WashMashine的类，里面包含类的成员属性和成员方法。

2~4行：类的成员属性，分别为所定义类的品牌、颜色和重量。

6~8行、10~12行、14~16行：三组均为所定义类里的成员方法。其内面语句的作用分别为打印出“洗衣功能”、“脱水功能”和“定时功能”。

2.3 练习

2.3.1 定义一个狗类

public class Dog {public String name;public String color;//狗的属性public void barks(){    //狗叫行为System.out.println(color+name+"汪汪汪~~~");}public void wag(){      //狗的摇尾巴行为System.out.println(color+name+"摇尾巴~~~");}
}

2.3.2 定义一个学生类

public class Student {public String name;public String gender;public short age;public double score;public void DoClass(){System.out.println("按时上课，不要迟到，如果请假，及时去补");};public void DoHomeWork(){System.out.println("教务系统，完成作业，一旦拖沓，神仙难救");}public void Exam(){System.out.println("考试目的，了解学情，人人必考，暴露问题");};
}

注意：

  • 一般一个文件只定义一个类。
  • 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。

3.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，而类是用户自定义的一个新的类型，比如上述的：Dog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。

public class Main {public static void main(String[] args) {Dog dog1 = new Dog();  //通过new实例化对象dog1.name = "阿黄";dog1.color = "黑黄";dog1.barks();     //输出结果：黑黄阿黄汪汪汪~~~dog1.wag();       //输出结果：黑黄阿黄摇尾巴~~~Dog dog2 = new Dog();  //通过new实例化对象dog2.name = "赛虎";dog2.color = "棕黄";dog2.barks();     //输出结果：棕黄赛虎汪汪汪~~~dog2.wag();       //输出结果：棕黄赛虎摇尾巴~~~}
}

注意：

  • new关键字用于创建一个对象的实例。
  • 可以new多个对象，但不是无限多（内存限制）。
  • 使用 . 来访问对象中的属性和方法。

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，限定了类有那些成员。

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，类就是设计图，只要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。

4.this引用

4.1 为什么要有this引用

先看一个日期的例子：

public class Date {public int year;public int month;public int day;public void setDate(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，d3Date d1 = new Date();Date d2 = new Date();Date d3 = new Date();//对d1，d2，d3的日期设置d1.SetDate(2024,3,19);d2.SetDate(2024,3,20);d3.SetDate(2024,3,21);//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。

但细思之后有以下两个疑问：

1.若形参名不小心与成员变量名相同：

    public void setDate(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？成员变量给成员变量？参数给参数？成员变量给参数？参数给成员变量？估计自己都搞不清楚了。

2.三个对象都在调用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？

一切让this引用来揭开这层神秘的面纱。

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。

public class Date {public int year;public int month;public int day;public void SetDate(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);}
}

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.setDate(2024,3,20);d.printDate();
}

下图1：通过调试可以看到，被调用的方法地址均与被引用对象相同。 

4.3 this引用的特性

1.this的类型：对应类型引用，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。

5.对象的构造及初始化

5.1 如何初始化对象

通过前面的学习可以知道，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);
}//编译失败  Error：java: 可能尚未初始化变量a

若要上述代码通过编译，非常简单，只需要在正式使用之前，给a设置一个初始值即可。但如果是对象：

public static void main(String[] args) {Date d = new Date();d.setDate(2024,3,20);d.printDate();
}//代码可正常通过编译

需要调用之前写的setDate方法才能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，在创建变量时，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。

public class Date {public int year;public int month;public int day;//构造方法//名字与类名相同，没有返回值类型，设置为void也不行//一般情况下使用public修饰//在创建对象时由编译器自动调节，并且在对象的生命周期内只调用一次public Date(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) {//此处创建了一个Date类型的对象，并没有显示调用构造方法Date d = new Date(2024,3,20);  //Date()方法被调用了d.printDate();  //输出  2024/3/20}
}

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）

public class Date {public int year;public int month;public int day;//无参数的构造方法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;}public void printDate() {System.out.println(year + "/" + month + "/" + day);}public static void main(String[] args) {Date d1 = new Date();d1.printDate();  //输出  1900/1/1Date d2 = new Date(2024,3,20);d2.printDate();  //输出  2024/3/20}
}
}

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。

5.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，但其一定是无参的。

public class Date {public int year;public int month;public int day;public void printDate(){System.out.println(year+"/"+month+"/"+day);}public static void main(String[] args) {Date d = new Date();d.printDate();  //输出  0/0/0}
}

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。

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;}public void printDate(){System.out.println(year+"/"+month+"/"+day);}public static void main(String[] args) {//若编译器会自动生成构造方法，则生成的一定是无参的//则此处创建的对象是可以通过编译的//但实际情况是：编译器报错Date d = new Date();d.printDate();}
}

6.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——内部各个成员赋值初始化，//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);  若取消注释，编译会失败this(1900, 1, 1);//this.year = 1900;//this.month = 1;//this.day = 1;}//带有三个参数的工作方法public Date(int year, int month, int day) {this.year = year;this.month = month;this.day = day;}
}

注意：

1.this(...)必须是构造方法中的第一条语句：

2.不能形成环：

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