Java从入门到精通-类和对象（一）

0. 类和对象

1. 面向对象概述

Java面向对象编程（Object-Oriented Programming，OOP）是一种强大的编程范式，它基于对象、类、封装、继承和多态等核心概念。这种编程范式使得代码更加模块化、可维护、可重用和可扩展。

1.1 对象和类

在Java中，一切都是对象。对象是程序中的基本单位，它代表现实世界中的实体或概念。例如，我们可以考虑一个简单的汽车对象：

class Car {
    String color;
    int speed;
    
    void start() {
        System.out.println("汽车启动了！");
    }
    
    void accelerate() {
        System.out.println("汽车加速中...");
    }
}

在示例中，我们定义了一个名为Car的类，它具有颜色（color）和速度（speed）这两个属性，以及两个方法（start()和accelerate()）。这个类描述了汽车的特征和行为。

1.2 封装

封装是OOP的一个关键概念，它指的是将数据和方法封装在类内部，以保护数据的安全性。只有类的方法可以访问和修改类的数据，外部代码无法直接访问或修改数据。这提高了代码的可维护性和安全性。让我们看一个封装的示例：

class BankAccount {
    private double balance;
    
    public void deposit(double amount) {
        if (amount > 0) {
            balance += amount;
        }
    }
    
    public double getBalance() {
        return balance;
    }
}

在示例中，balance属性被声明为private，这意味着只有BankAccount类的方法才能访问它。外部代码必须通过公共方法（deposit()和getBalance()）来操作和获取账户余额。

1.3 继承

继承是OOP的另一个关键概念，它允许一个类（子类/派生类）继承另一个类（父类/基类）的属性和方法。子类可以重用父类的代码，并且可以添加自己的特定属性和方法。这有助于代码重用和建立层次化结构。示例如下：

class Animal {
    void eat() {
        System.out.println("动物吃东西");
    }
}
 
class Dog extends Animal {
    void bark() {
        System.out.println("狗在叫");
    }
}

在示例中，Animal类定义了eat()方法，而Dog类继承了Animal类，并添加了自己的bark()方法。这使得Dog类既可以调用eat()方法，也可以调用bark()方法。

1.4 多态

多态是OOP的另一个强大概念，它允许不同类的对象对相同的消息（方法调用）作出不同响应。多态允许对象根据其实际类型执行不同的行为。示例如下：

class Shape {
    void draw() {
        System.out.println("绘制形状");
    }
}
 
class Circle extends Shape {
    @Override
    void draw() {
        System.out.println("绘制圆形");
    }
}
 
class Square extends Shape {
    @Override
    void draw() {
        System.out.println("绘制正方形");
    }
}

在示例中，Shape类定义了draw()方法，而Circle和Square类都继承了Shape类并重写了draw()方法。这意味着可以创建Shape、Circle和Square对象，并调用它们的draw()方法，它们会根据实际类型执行不同的绘制行为。

2. 类

类是面向对象编程的基本构建块之一。类定义了对象的结构和行为。让我们深入了解类的概念，包括成员变量、成员方法、权限修饰符、局部变量、局部变量的有效范围、this关键字以及类的构造方法。

2.1 类的基本结构

一个类的基本结构通常包括以下部分：

public class ClassName {
    // 成员变量（属性）
    dataType variable1;
    dataType variable2;
    
    // 构造方法
    public ClassName(parameters) {
        // 构造方法的初始化代码
    }
    
    // 成员方法
    returnType methodName(parameters) {
        // 方法体
    }
    
    // 其他成员方法
}

1. 成员变量（属性）：

• 成员变量是类的属性，用于存储对象的状态信息。
• 定义了类的特征或数据。

2. 构造方法：

• 构造方法是一个特殊的方法，用于初始化对象的属性。
• 在创建对象时自动调用，通常用于执行必要的初始化操作。
• 构造方法的名称与类名相同。

3. 成员方法：

• 成员方法定义了对象可以执行的操作。
• 定义了类的行为或操作。

2.2 成员变量

成员变量是类的属性，它们用于存储对象的状态信息。在类中声明成员变量时，可以使用不同的权限修饰符，如private、public、protected等，以控制其可访问性。例如：

public class Student {
    // 成员变量
    public String name; // 公共成员变量
    private int age;    // 私有成员变量
    protected double gpa; // 受保护的成员变量
}

2.3 构造方法

构造方法是用于初始化对象的特殊方法。每个类可以有一个或多个构造方法，根据不同的参数列表进行重载。构造方法的名称必须与类名相同，它没有返回值。

public class Student {
    private String name;
    private int age;
 
    // 构造方法
    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

在示例中，Student类有一个构造方法，接受姓名和年龄作为参数，用于初始化学生对象的属性。

2.4 成员方法

成员方法定义了对象可以执行的操作。它们用于定义类的行为或操作。成员方法的声明包括返回类型、方法名、参数列表和方法体。

public class Calculator {
    // 成员方法：加法
    public int add(int num1, int num2) {
        return num1 + num2;
    }
 
    // 成员方法：除法
    public double divide(double dividend, double divisor) {
        if (divisor != 0) {
            return dividend / divisor;
        } else {
            System.out.println("除数不能为零");
            return Double.NaN; // 返回NaN表示不是一个数字
        }
    }
}

在示例中，Calculator类定义了两个成员方法，add()和divide()，分别用于执行加法和除法操作。

2.5 权限修饰符

Java提供了不同的权限修饰符，用于控制成员变量和成员方法的可访问性：

• public：可以在任何地方访问。
• private：只能在类内部访问。
• protected：只能在同一包内或子类中访问。
• 默认（无修饰符）：只能在同一包内访问。

2.6 局部变量和有效范围

局部变量是在方法或代码块内部声明的临时变量。它们的作用域仅限于声明它们的代码块内部。例如：

public class Example {
    public void someMethod() {
        int x = 10; // 局部变量，只能在someMethod()方法内部访问
    }
}

2.7 this关键字

this关键字用于引用当前对象的引用。它可以用于区分成员变量和局部变量，特别是在成员方法中。例如：

public class Person {
    private String name;
 
    public void setName(String name) {
        // 使用this关键字来引用成员变量
        this.name = name;
    }
}

在示例中，使用this.name来引用成员变量，以区分成员变量和方法参数的name。