面向对象 03:类与对象的创建、初始化和使用,通过 new 关键字调用构造方法,以及创建对象过程的内存分析

一、前言

记录时间 [2024-05-10]

系列文章简摘:
Java 笔记 01:Java 概述,MarkDown 常用语法整理
Java 笔记 11:Java 方法相关内容,方法的设计原则,以及方法的定义和调用
面向对象 01:Java 面向对象相关内容整体概述
面向对象 02:区分面向过程与面向对象,类和对象的关系

更多 Java 相关文章,请参考专栏哦。

本文内容主要关于类与对象的创建、初始化和使用,以及如何通过 new 关键字调用构造方法。此外,文章还对无参 / 有参这两种构造器进行描述,并通过内存分析创建对象的过程


二、类与对象的创建

以类的形式组织代码,以对象的形式封装数据。

1. 关键字 new

在 Java 中,关键字 new 是一个非常重要的运算符。

使用 new 关键字创建对象时:

  • 为该对象分配进行内存分配
  • 给对象进行默认的初始化
  • 在类中使用构造器进行调用。

2. 关键字 this

在 Java 中,关键字 this 是一个非常重要的引用,它在类的方法或构造器中使用,通常用于引用当前对象或当前实例的引用。

具体如下:

引用当前对象

类的内部this 关键字用来指代当前正在操作的这个类的对象实例。

当方法内部的局部变量与类的成员变量同名时,this 可以帮助明确指代成员变量,避免混淆。

例如:

public class Person {String name;public void setName(String name) {// 这里的 this.name 指的是 Person 类的成员变量 namethis.name = name; }
}

调用当前类的构造器

在一个构造器中,可以使用 this 关键字调用本类中的其他构造器。这种机制简化了代码,避免了重复初始化代码。

但是,必须作为构造器的第一条语句,并且只能在非静态构造器中使用。

例如:

public class Person {String name;int age;public Person() {this("未知", 0); // 调用带有两个参数的构造器}public Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}
}

作为方法的参数传递

可以使用 this 关键字将当前对象作为一个参数传递给其他方法。

例如:

先编写一个 Person 类,在 introduce() 方法中调用 display() 方法,并将当前类的对象作为参数传递。

public class Person {// Person 类中的 name 属性的对象是 zhangsanString name = "zhangsan";void display(Person friend) {System.out.println("朋友的名字是: " + friend.name);}void introduce() {display(this); // 将当前对象作为参数传递}
}

接着,在 main ()方法中,实例化一个 Person 类,并调用该类中的 introduce() 方法,得到输出结果。

public static void main(String[] args) {// 实例化一个 Person 类Person person = new Person();// 调用该类中的方法person.introduce();}// 得到输出结果:朋友的名字是: zhangsan

返回当前对象的引用

在某些情况下,可以让方法返回 this,以便实现链式调用或者构建流式接口。

例如:

public class StringBuilderExample {StringBuilder sb = new StringBuilder();public StringBuilderExample append(String str) {sb.append(str);return this; // 返回当前对象,允许链式调用}
}

3. 创建和初始化对象

在 Java 中,创建和初始化对象是一个基本且核心的过程,以下是创建和初始化对象的基本步骤。

准备学生类

在类中,只能写属性和方法。

先准备学生类 Student 用于创建和初始化对象的演示。该类中,包含 name 和 age 两个属性,以及一个 study 方法。

// 学生类
public class Student {// 属性:字段String name;    // nullint age;        // 0// 方法public void study() {System.out.println(this.name + "在学习");}
}

创建和初始化

Application 类中,创建 main 方法。注意,一个项目应该只有一个 main 方法。

使用 new 关键字,以及默认构造器创建 Student 对象。

在这个示例中,为 Student 类创建了 xiaoming 和 zhangsan 两个对象,并分别给它们赋值。

public static void main(String[] args) {// 类:抽象的,实例化// 类实例化后返回一个自己的对象// student 对象就是一个 Student 类的具体实例Student xiaoming = new Student();Student zhangsan = new Student();// 给 xiaoming 对象赋值xiaoming.name = "小明";xiaoming.age = 3;System.out.println(xiaoming.name);System.out.println(xiaoming.age);// 给 zhangsan 对象赋值zhangsan.name = "张三";zhangsan.age = 3;System.out.println(zhangsan.name);System.out.println(zhangsan.age);}

使用

  • 使用对象的属性:student.name
  • 使用对象的方法:student.study()

三、构造器

1. 构造器概述

在 Java 中,类的构造器,也称为构造方法,是一种特殊类型的方法。

构造器的主要职责是初始化新创建的对象,是在进行创建对象的时候必须要调用的。通过使用构造器,开发者能够灵活地控制对象实例化的细节。

构造器具有以下特点和规则:

  • 名称匹配:构造器的名称必须与类名完全相同,这是区分构造器与其他方法的基本方式。
  • 无返回类型:构造器没有返回类型声明,即使它实际上隐式地返回了新创建的实例的引用,也不需要像普通方法那样声明一个返回类型。
  • 自动调用:每当使用 new 关键字创建类的实例时,相应的构造器会自动被调用
  • 初始化:构造器的主要任务是对新创建对象的成员变量进行初始化,可以设置默认值或者基于传入参数进行特定的初始化。
  • 重载:构造器支持重载,意味着在同一个类中可以有多个构造器,只要它们的参数列表不同即可。这样可以根据不同的场景提供多种初始化方式。
  • 默认构造器:如果一个类没有定义任何构造器,Java 编译器会自动为该类生成一个默认(无参数)构造器。

注意:一旦为类定义了一个或多个构造器,编译器就不会再自动生成默认构造器。


2. 无参 / 有参构造器

下面是一个简单的 Java 类及其无参 / 有参构造器的示例:

public class Student {String name;int age;// 默认构造器public Student() {this.name = "匿名";this.age = 0;}// 带参数的构造器public Student(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}// 其他方法...
}

在这个例子中,Student 类有两个构造器:

  • 一个是无参数的默认构造器,用于创建一个名字默认为"匿名"、年龄默认为 0 的学生对象;
  • 另一个构造器接受两个参数,允许在创建对象时指定学生的姓名和年龄。

3. 构造器的作用

使用 new 关键字,本质上是在调用构造器,构造器一般用于初始化值。可分为无参构造有参构造

无参构造

一个类即使什么都不写,它也会有一个默认构造方法,即无参数构造器。

例如,Person 类中的构造默认构造器 Person()。当 Person 类中没有写构造方法时,Person() 默认存在。

public Person() {
}

当然,我们可以显式地定义构造器,使其具备实例化初始值的功能。

如图所示,在默认构造器中为 name 属性赋初值。

public Person() {this.name = "yuanyuan";
}

当使用 new 关键字实例化 person 对象时,它会调用默认构造器,并为 name 属性赋初值 yuanyuan,所以 person.name 的值为 yuanyuan

在这里插入图片描述


有参构造

一旦定义了有参构造,Java 就不会默认生成无参构造器。因此,此时无参构造需要显式定义。

生成一个带参构造器:(快捷键 alt+insert,或者右键 Generate

// 使用 alt+insert 快速生成构造器
public Person(String name) {this.name = name;
}

使用 new 关键字实例化对象的同时,传递值:

Person person1 = new Person("zhangsan");

它会调用带参构造器,并为 name 属性赋初值 zhangsan,所以 person1.name 的值为 zhangsan

在这里插入图片描述


四、内存分析

1. 以 Pet 类为例

准备一个 Pet 类:

public class Pet {String name;int age;public void shout() {System.out.println("叫了一声");}
}

2. 内存分析

在 Java 中,创建对象的过程涉及内存管理的几个关键区域,主要包括栈内存、堆内存和方法区

第一步

在代码中声明一个对象变量时,比如 Pet pet;,变量 pet 会被分配在栈内存中。此时,变量 pet 仅是一个引用(可以理解为一个地址),并没有指向实际的对象。

第二步

使用 new 关键字创建对象,如 pet = new Pet(); 时,Java 在堆内存中分配一块足够大的内存空间来存放 Pet 对象的所有实例变量。

这些实例变量包括基本类型,以及引用类型。

创建后,这些实例变量被默认初始化,基本类型的默认值(如 int=0, boolean=false 等),引用类型为 null 值。

同时,相应的构造器会被执行,用于初始化这些实例变量(如果有的话)。构造器可以设置初始值,执行一些初始化逻辑等。

第三步

完成对象创建和初始化后,堆内存中对象的地址会被复制给栈内存中的变量 pet

此时,pet 变量就指向了堆内存中的实际对象。

第四步

可以使用对象中的属性和方法。比如,分别给 Pet 类的 dog 对象和 cat 对象的属性 name 赋值。

Pet dog = new Pet();
Pet cat = new Pet();

赋值方法:

dog.name="旺财";
cat.name="喵喵";

接着分别调用 shout() 方法:

dog.shout();
cat.shout();

其他

类的元数据(如类名、父类、实现的接口、静态变量、静态方法等)存储在方法区或元数据区

当类第一次被加载时,其相关信息就会被放入此区域。构造器的信息也位于此区域。

通过这个过程,Java 确保了对象的创建是安全且高效的,同时也支持了垃圾回收机制,自动管理不再使用的对象所占用的内存空间。


此处附上一张创建对象内存分析的配图,来源于《狂神说 Java》配图。

主要是为了说明:为什么不同的对象调用同一个类的同一个属性,比如 namedog.namecat.name 是不一样的。

在这里插入图片描述


五、总结

本文内容主要关于类与对象的创建、初始化和使用,以及如何通过 new 关键字调用构造方法。此外,文章还对无参 / 有参这两种构造器进行描述,并通过内存分析创建对象的过程


一些参考资料

狂神说 Java 零基础:https://www.bilibili.com/video/BV12J41137hu/
TIOBE 编程语言走势: https://www.tiobe.com/tiobe-index/
Typora 官网:https://www.typoraio.cn/
Oracle 官网:https://www.oracle.com/
Notepad++ 下载地址:https://notepad-plus.en.softonic.com/
IDEA 官网:https://www.jetbrains.com.cn/idea/
Java 开发手册:https://developer.aliyun.com/ebook/394
Java 8 帮助文档:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/

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