类和对象

面向对象

什么是面向对象

Java是一门纯面向对象的语言(Object Oriented Program，简称OOP)，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。

类定义和使用

面相对象程序设计关注的是对象，而对象是现实生活中的实体，对象是类的实例化。

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(用来干啥)，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….

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

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// 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。

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class WashMachine {
    public String brand;   // 品牌
    public String type;    // 型号
    public double weight;  // 重量
    public double length;  // 长
    public double width;   // 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");
    }
}

采用Java语言将洗衣机类在计算机中定义完成，经过javac编译之后形成.class文件，在JVM的基础上计算机就可以识别了。

注意事项：

一般一个文件当中只定义一个类
main方法所在的类一般要使用public修饰(注意：Eclipse默认会在public修饰的类中找main方法)
public修饰的类必须要和文件名相同

类的实例化

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：PetDog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。

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.

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。

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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);
    }
}

注意：this引用的是调用成员方法的对象。

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

this引用的特性

this的类型：对应类类型引用，即哪个对象调用就是哪个对象的引用类型
this只能在"成员方法"中使用
在"成员方法"中，this只能引用当前对象，不能再引用其他对象
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

对象的构造及初始化

如何初始化对象

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。

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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。

构造方法

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，并且在整个对象的生命周期内只调用一次。

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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用，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;
        System.out.println("Date(int,int,int)方法被调用了");
    }
    
    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，并没有显式调用构造方法
        Date d = new Date(2021, 6, 9); // 输出Date(int,int,int)方法被调用了
        d.printDate(); // 2021-6-9
    }
}

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。

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)
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)

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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;
    }
    
    public void printDate() {
        System.out.println(year + "-" + month + "-" + 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。
如果用户没有显式定义，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，一旦用户定义，编译器则不再生成。

构造方法中，可以通过this调用其他构造方法来简化代码

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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);必须是构造方法中第一条语句
    public Date() {
        //System.out.println(year); 注释取消掉，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

绝大多数情况下使用public来修饰，特殊场景下会被private修饰

默认初始化

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

数据类型	默认值
byte	0
char	‘\u0000’
short	0
int	0
long	0L
boolean	false
float	0.0f
double	0.0
reference	null

就地初始化

在声明成员变量时，就直接给出了初始值。

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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

封装

封装的概念

面向对象程序三大特性：封装、继承、多态。而类和对象阶段，主要研究的就是封装特性。何为封装呢？简单来说就是套壳屏蔽细节。
封装：将数据和操作数据的方法进行有机结合，隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口来和对象进行交互

访问限定符

No	范围	private	default	protected	public
1	同一包中的同一类	✔	✔	✔	✔
2	同一包中的不同类	✖	✔	✔	✔
3	不同包中的子类	✖	✖	✔	✔
4	不同包中的非子类	✖	✖	✖	✔

封装扩展之包

包的概念

在面向对象体系中，提出了一个软件包的概念，即：为了更好的管理类，把多个类收集在一起成为一组，称为软件包。有点类似于目录。

在Java中也引入了包，包是对类、接口等的封装机制的体现，是一种对类或者接口等的很好的组织方式，比如：一个包中的类不想被其他包中的类使用。包还有一个重要的作用：在同一个工程中允许存在相同名称的类，只要处在不同的包中即可。

导入包中的类

Java 中已经提供了很多现成的类供我们使用. 例如Date类：可以使用 java.util.Date 导入 java.util 这个包中的 Date 类。

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public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        java.util.Date date = new java.util.Date();
        // 得到一个毫秒级别的时间戳
        System.out.println(date.getTime());
    }
}

但是这种写法比较麻烦一些, 可以使用 import语句导入包

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import java.util.Date;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Date date = new Date();
        // 得到一个毫秒级别的时间戳
        System.out.println(date.getTime());
    }
}

如果需要使用java.util中的其他类, 可以使用 import java.util.*

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import java.util.*;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Date date = new Date();
        // 得到一个毫秒级别的时间戳
        System.out.println(date.getTime());
    }
}

但是更建议显式的指定要导入的类名. 否则还是容易出现冲突的情况.

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import java.util.*;
import java.sql.*;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // util 和 sql 中都存在一个 Date 这样的类, 此时就会出现歧义, 编译出错
        Date date = new Date();
        System.out.println(date.getTime());
    }
}
// 编译出错
// Error:(5, 9) java: 对Date的引用不明确
// java.sql 中的类 java.sql.Date 和 java.util 中的类 java.util.Date 都匹配

在这种情况下需要使用完整的类名

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import java.util.*;
import java.sql.*;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        java.util.Date date = new java.util.Date();
        System.out.println(date.getTime());
    }
}

可以使用import static导入包中静态的方法和字段。

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import static java.lang.Math.*;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        double x = 30;
        double y = 40;
        
        // 静态导入的方式写起来更方便一些.
        // double result = Math.sqrt(Math.pow(x, 2) + Math.pow(y, 2));
        double result = sqrt(pow(x, 2) + pow(y, 2));
        System.out.println(result);
    }
}

注意事项:
import 和 C++ 的 #include 差别很大. C++ 必须 #include 来引入其他文件内容, 但是 Java 不需要.
import 只是为了写代码的时候更方便. import 更类似于 C++ 的 namespace 和 using

static成员

在Java中，被static修饰的成员，称之为静态成员，也可以称为类成员，其不属于某个具体的对象，是所有对象所共享的。

static修饰成员变量

static修饰的成员变量，称为静态成员变量，静态成员变量最大的特性：不属于某个具体的对象，是所有对象所共享的。

【静态成员变量特性】

不属于某个具体的对象，是类的属性，所有对象共享的，不存储在某个对象的空间中
既可以通过对象访问，也可以通过类名访问，但一般更推荐使用类名访问
类变量存储在方法区当中
生命周期伴随类的一生(即：随类的加载而创建，随类的卸载而销毁)

static修饰成员方法

一般类中的数据成员都设置为private，而成员方法设置为public，那设置之后，Student类中classRoom属性如何在类外访问呢？

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public class Student{
private String name;
private String gender;
private int age;
private double score;
private static String classRoom = "Bit306";
// ...
}
public class TestStudent {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(Student.classRoom);
}
}
编译失败：
Error:(10, 35) java: classRoom 在 extend01.Student 中是 private 访问控制

Java中，被static修饰的成员方法称为静态成员方法，是类的方法，不是某个对象所特有的。静态成员一般是通过静态方法来访问的。

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public class Student {
    // ...
    private static String classRoom = "Bit306";
    // ...
    
    public static String getClassRoom() {
        return classRoom;
    }
}

public class TestStudent {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Student.getClassRoom());
    }
}

【静态方法特性】

不属于某个具体的对象，是类方法
可以通过对象调用，也可以通过类名.静态方法名(…)方式调用，更推荐使用后者
不能在静态方法中访问任何非静态成员变量
静态方法中不能调用任何非静态方法，因为非静态方法有this参数，在静态方法中调用时候无法传递this引用

static成员变量初始化

注意：静态成员变量一般不会放在构造方法中来初始化，构造方法中初始化的是与对象相关的实例属性静态成员变量的初始化分为两种：就地初始化和静态代码块初始化。

就地初始化指的是：在定义时直接给出初始值

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public class Student {
    private String name;
    private String gender;
    private int age;
    private double score;
    private static String classRoom = "Bit306"; 
    // ...
}

代码块

代码块概念以及分类

使用 {} 定义的一段代码称为代码块。根据代码块定义的位置以及关键字，又可分为以下四种：

普通代码块
构造块
静态块
同步代码块

普通代码块

普通代码块：定义在方法中的代码块

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public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        { // 直接使用{}定义，普通方法块
            int x = 10;
            System.out.println("x1 = " + x);
        }
        int x = 100;
        System.out.println("x2 = " + x);
    }
}

// 执行结果
// x1 = 10
// x2 = 100

构造代码块

构造块：定义在类中的代码块(不加修饰符)。也叫：实例代码块。构造代码块一般用于初始化实例成员变量。

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public class Student {
    // 实例成员变量
    private String name;
    private String gender;
    private int age;
    private double score;
    
    public Student() {
        System.out.println("I am Student init()!");
    }
    
    // 实例代码块
    {
        this.name = "bit";
        this.age = 12;
        this.gender = "man";
        System.out.println("I am instance init()!");
    }
    
    public void show() {
        System.out.println("name: " + name + " age: " + age + " sex: " + gender);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Student stu = new Student();
        stu.show();
    }
}

// 运行结果
// I am instance init()!
// I am Student init()!
// name: bit age: 12 sex: man

静态代码块

使用static定义的代码块称为静态代码块。一般用于初始化静态成员变量。

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public class Student {
    private String name;
    private String gender;
    private int age;
    private double score;
    private static String classRoom;
    
    // 实例代码块
    {
        this.name = "bit";
        this.age = 12;
        this.gender = "man";
        System.out.println("I am instance init()!");
    }
    
    // 静态代码块
    static {
        classRoom = "bit306";
        System.out.println("I am static init()!");
    }
    
    public Student() {
        System.out.println("I am Student init()!");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student();
        Student s2 = new Student();
    }
}

注意事项

静态代码块不管生成多少个对象，其只会执行一次
静态成员变量是类的属性，因此是在JVM加载类时开辟空间并初始化的
如果一个类中包含多个静态代码块，在编译代码时，编译器会按照定义的先后次序依次执行(合并)
实例代码块只有在创建对象时才会执行

内部类

当一个事物的内部，还有一个部分需要一个完整的结构进行描述，而这个内部的完整的结构又只为外部事物提供服务，那么这个内部的完整结构最好使用内部类。在 Java 中，可以将一个类定义在另一个类或者一个方法的内部，前者称为内部类，后者称为外部类。内部类也是封装的一种体现。

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public class OutClass {
class InnerClass{
}
}
// OutClass是外部类
// InnerClass是内部类

【注意事项】

定义在class 类名{}花括号外部的，即使是在一个文件里，都不能称为内部类
内部类和外部类共用同一个java源文件，但是经过编译之后，内部类会形成单独的字节码文件

内部类的分类

根据内部类定义的位置不同，一般可以分为以下几种形式：

成员内部类(普通内部类：未被static修饰的成员内部类和静态内部类：被static修饰的成员内部类)
局部内部类(不谈修饰符)、匿名内部类

注意：内部类其实日常开发中使用并不是非常多，大家在看一些库中的代码时候可能会遇到的比较多，日常开始中使用最多的是匿名内部类。

实例内部类

未被static修饰的成员内部类。

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public class OutClass {
    private int a;
    static int b;
    int c;

    public void methodA() {
        a = 10;
        System.out.println(a);
    }

    public static void methodB() {
        System.out.println(b);
    }

    // 实例内部类：未被static修饰
    class InnerClass {
        int c;

        public void methodInner() {
            // 在实例内部类中可以直接访问外部类中：任意访问限定符修饰的成员
            a = 100;
            b = 200;
            methodA();
            methodB();

            // 如果外部类和实例内部类中具有相同名称成员时，优先访问的是内部类自己的
            c = 300;
            System.out.println(c);

            // 如果要访问外部类同名成员时候，必须：外部类名称.this.同名成员名字
            OutClass.this.c = 400;
            System.out.println(OutClass.this.c);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 外部类：对象创建 以及 成员访问
        OutClass outClass = new OutClass();
        System.out.println(outClass.a);  // 输出0（int类型默认值）
        System.out.println(outClass.b);  // 输出0（static int默认值）
        System.out.println(outClass.c);  // 输出0（int类型默认值）
        outClass.methodA();  // 输出10
        outClass.methodB();  // 输出0（此时b尚未修改）

        System.out.println("=============实例内部类的访问=============");
        // 要访问实例内部类中成员，必须要创建实例内部类的对象
        // 而普通内部类定义与外部类成员定义位置相同，因此创建实例内部类对象时必须借助外部类

        // 创建实例内部类对象
        OutClass.InnerClass innerClass1 = new OutClass().new InnerClass();
        
        // 上述语法比较怪异，也可以先将外部类对象先创建出来，然后再创建实例内部类对象
        OutClass.InnerClass innerClass2 = outClass.new InnerClass();
        innerClass2.methodInner();  // 调用内部类方法
    }
}

【注意事项】

外部类中的任何成员都可以在实例内部类方法中直接访问
实例内部类所处的位置与外部类成员位置相同，因此也受public、private等访问限定符的约束
在实例内部类方法中访问同名的成员时，优先访问自己的，如果要访问外部类同名的成员，必须：外部类名称.this.同名成员来访问
实例内部类对象必须在先有外部类对象前提下才能创建
实例内部类的非静态方法中包含了一个指向外部类对象的引用
外部类中，不能直接访问实例内部类中的成员，如果要访问必须先要创建内部类的对象。

静态内部类

被static修饰的内部成员类称为静态内部类。

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public class OutClass {
    private int a;
    static int b;

    public void methodA() {
        a = 10;
        System.out.println(a);
    }

    public static void methodB() {
        System.out.println(b);
    }

    // 静态内部类：被static修饰的成员内部类
    static class InnerClass {
        public void methodInner() {
            // 在内部类中只能访问外部类的静态成员
            // a = 100; // 编译失败，因为a不是类成员变量
            b = 200;
            // methodA(); // 编译失败，因为methodA()不是静态方法
            methodB(); // 可以访问静态方法
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 静态内部类对象创建 & 成员访问
        OutClass.InnerClass innerClass = new OutClass.InnerClass();
        innerClass.methodInner();
    }
}

【注意事项】

在静态内部类中只能访问外部类中的静态成员
创建静态内部类对象时，不需要先创建外部类对象

局部内部类

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public class OutClass {
    int a = 10;

    public void method() {
        int b = 10;
        // 局部内部类：定义在方法体内部
        // 不能被public、static等访问限定符修饰
        class InnerClass {
            public void methodInnerClass() {
                System.out.println(a);
                System.out.println(b);
            }
        }
        // 只能在该方法体内部使用，其他位置都不能用
        InnerClass innerClass = new InnerClass();
        innerClass.methodInnerClass();
    }

    public static void main(String[] args) {
        // OutClass.InnerClass innerClass = null; 编译失败
        OutClass out = new OutClass();
        out.method(); // 调用包含局部内部类的方法
    }
}

【注意事项】

局部内部类只能在所定义的方法体内部使用
不能被public、static等修饰符修饰
编译器也有自己独立的字节码文件，命名格式：外部类名字$数字内部类名字.class
几乎不会使用

对象的打印

如果想要默认打印对象中的属性，重写toString方法即可。

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public class Person {
    String name;
    String gender;
    int age;

    public Person(String name, String gender, int age) {
        this.name = name;
        this.gender = gender;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "[" + name + "," + gender + "," + age + "]";
    }

    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("Jim", "男", 18);
        System.out.println(person);
    }
}

// 输出结果：[Jim,男,18]