第五章 java面向对象进阶 Day3
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5.1 概述
本章重点针对面向对象的三大特征：继承、封装、多态进行详细的讲解。另外还包括抽象类、接口、内部类等概念。很多概念对于初学者来说，更多的是先进行语法性质的了解。不要期望，通过本章学习就“搞透面向对象”。本章只是面向对象的起点，后面所有的章节说白了都是对面向对象这一章的应用。
5.1.1 继承的实现
在我们编程中，如果新定义一个Student类，发现已经有Person类包含了我们需要的属性和方法，那么Student类只需要继承Person类即可拥有Person类的属性和方法。
【示例5-1】使用extends实现继承
public class Test{
public static void main(String[] args) {
Student s = new Student("高淇",172,"Java");
s.rest();
s.study();
}
}
class Person {
String name;
int height;
public void rest(){
System.out.println("休息一会！");
}
}
class Student extends Person {//继承Person里面的一些属性和方法
String major; //专业
public void study(){
System.out.println("在尚学堂，学习Java");
}
public Student(String name,int height,String major) {
//天然拥有父类的属性
this.name = name;
this.height = height;
this.major = major;
}
}
/*
输出示例
休息一会儿！
在尚学堂，学习java。
*/
5.1.2 instanceof 运算符
instanceof是二元运算符，左边是对象，右边是类；当对象是右面类或子类所创建对象时，返回true；否则，返回false。比如：
【示例5-2】使用instanceof运算符进行类型判断
public class Test{
public static void main(String[] args) {
Student s = new Student("高淇",172,"Java");
System.out.println(s instanceof Person);
System.out.println(s instanceof Student);
}
}
两条语句的输出结果都是true。
5.1.3 继承使用要点
1.父类也称作超类、基类、派生类等。
2.Java中只有单继承，没有像C++那样的多继承。多继承会引起混乱，使得继承链过于复杂，系统难于维护。
3.Java中类没有多继承，接口有多继承。
4.子类继承父类，可以得到父类的全部属性和方法 (除了父类的构造方法)，但不见得可以直接访问(比如，父类私有的属性和方法)。
5.如果定义一个类时，没有调用extends，则它的父类是：java.lang.Object。
5.1.4方法的重写override
子类通过重写父类的方法，可以用自身的行为替换父类的行为。方法的重写是实现多态的必要条件。
方法的重写需要符合下面的三个要点：
1.“==”： 方法名、形参列表相同。
2.“≤”：返回值类型和声明异常类型，子类小于等于父类。
3.“≥”： 访问权限，子类大于等于父类。
方法重写
public class TestOverride {
public static void main(String[] args) {
Vehicle v1 = new Vehicle();
Vehicle v2 = new Horse();
Vehicle v3 = new Plane();
v1.run();
v2.run();
v3.run();
v2.stop();
v3.stop();
}
}
class Vehicle { // 交通工具类
public void run() {
System.out.println("跑....");
}
public void stop() {
System.out.println("停止不动");
}
}
class Horse extends Vehicle { // 马也是交通工具
public void run() { // 重写父类方法
System.out.println("四蹄翻飞，嘚嘚嘚...");
}
}
class Plane extends Vehicle {
public void run() { // 重写父类方法
System.out.println("天上飞！");
}
public void stop() {
System.out.println("空中不能停，坠毁了！");
}
}
5.2.1 Object类基本特性
Object类是所有Java类的根基类，也就意味着所有的Java对象都拥有Object类的属性和方法。如果在类的声明中未使用extends关键字指明其父类，则默认继承Object类。
5.2.2 toString方法
Object类中定义有public String toString()方法，其返回值是 String 类型。Object类中toString方法的源码为：
public String toString() {
return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}
根据如上源码得知，默认会返回“类名+@+16进制的hashcode”。在打印输出或者用字符串连接对象时，会自动调用该对象的toString()方法。
【示例5-5】toString()方法测试和重写toString()方法
class Person {
String name;
int age;
@Override
public String toString() {
return name+",年龄："+age;
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Person p=new Person();
p.age=20;
p.name="李东";
System.out.println("info:"+p);
Test t = new Test();
System.out.println(t);
}
}
5.2.3 ==和equals方法
“==”代表比较双方是否相同。如果是基本类型则表示值相等，如果是引用类型则表示地址相等即是同一个对象。
Object 的 equals 方法默认就是比较两个对象的hashcode，是同一个对象的引用时返回 true 否则返回 false。但是，我们可以根据我们自己的要求重写equals方法。
【示例5-6】equals方法测试和自定义类重写equals方法
public class TestEquals {
public static void main(String[] args) {
Person p1 = new Person(123,"高淇");
Person p2 = new Person(123,"高小七");
System.out.println(p1==p2); //false，不是同一个对象
System.out.println(p1.equals(p2)); //true，id相同则认为两个对象内容相同
String s1 = new String("尚学堂");
String s2 = new String("尚学堂");
System.out.println(s1==s2); //false, 两个字符串不是同一个对象
System.out.println(s1.equals(s2)); //true, 两个字符串内容相同
}
}
class Person {
int id;
String name;
public Person(int id,String name) {
this.id=id;
this.name=name;
}
public boolean equals(Object obj) {
if(obj == null){
return false;
}else {
if(obj instanceof Person) {
Person c = (Person)obj;
if(c.id==this.id) {
return true;
}
}
}
return false;
}
}
JDK提供的一些类，如String、Date、包装类等，重写了Object的equals方法，调用这些类的equals方法， x.equals (y) ，当x和y所引用的对象是同一类对象且属性内容相等时（并不一定是相同对象），返回 true 否则返回 false。
5.3 super关键字
super是直接父类对象的引用。可以通过super来访问父类中被子类覆盖的方法或属性。
使用super调用普通方法，语句没有位置限制，可以在子类中随便调用。
若是构造方法的第一行代码没有显式的调用super(…)或者this(…);那么Java默认都会调用super(),含义是调用父类的无参数构造方法。这里的super()可以省略。
public class TestSuper01 {
public static void main(String[] args) {
new ChildClass().f();
}
}
class FatherClass {
public int value;
public void f(){
value = 100;
System.out.println ("FatherClass.value="+value);
}
}
class ChildClass extends FatherClass {
public int value;
public void f() {
super.f(); //调用父类对象的普通方法
value = 200;
System.out.println("ChildClass.value="+value);
System.out.println(value);
System.out.println(super.value); //调用父类对象的成员变量
}
}
5.3.1 继承树追溯
·属性/方法查找顺序：(比如：查找变量h)
1. 查找当前类中有没有属性h
2. 依次上溯每个父类，查看每个父类中是否有h，直到Object
3. 如果没找到，则出现编译错误。
4. 上面步骤，只要找到h变量，则这个过程终止。
·构造方法调用顺序：
构造方法第一句总是：super(…)来调用父类对应的构造方法。所以，流程就是：先向上追溯到Object，然后再依次向下执行类的初始化块和构造方法，直到当前子类为止。
注：静态初始化块调用顺序，与构造方法调用顺序一样，不再重复。
5.4.1 封装的作用和含义
需要让用户知道的才暴露出来，不需要让用户知道的全部隐藏起来，这就是封装。说的专业一点，封装就是把对象的属性和操作结合为一个独立的整体，并尽可能隐藏对象的内部实现细节。
我们程序设计要追求“高内聚，低耦合”。 高内聚就是类的内部数据操作细节自己完成，不允许外部干涉;低耦合是仅暴露少量的方法给外部使用，尽量方便外部调用。
编程中封装的具体优点：
1. 提高代码的安全性。
2. 提高代码的复用性。
3. “高内聚”：封装细节，便于修改内部代码，提高可维护性。
4. “低耦合”：简化外部调用，便于调用者使用，便于扩展和协作。
5.4.2 封装的实现—使用访问控制符
-
private 表示私有，只有自己类能访问
-
default表示没有修饰符修饰，只有同一个包的类能访问
-
protected表示可以被同一个包的类以及其他包中的子类访问
-
public表示可以被该项目的所有包中的所有类访
-
public修饰符的访问权限为：该项目的所有包中的所有类。
-
protected修饰符的访问权限为：同一个包中的类以及其他包中的子类。
-
private修饰符的访问权限为：同一个类。
5.4.3 封装的使用细节
类的属性的处理:
1. 一般使用private访问权限。
2. 提供相应的get/set方法来访问相关属性，这些方法通常是public修饰的，以提供对属性的赋值与读取操作(注意：boolean变量的get方法是is开头!)。
3. 一些只用于本类的辅助性方法可以用private修饰，希望其他类调用的方法用public修饰。
【示例5-10】JavaBean的封装实例
public class Person {
// 属性一般使用private修饰
private String name;
private int age;
private boolean flag;
// 为属性提供public修饰的set/get方法
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public boolean isFlag() {// 注意：boolean类型的属性get方法是is开头的
return flag;
}
public void setFlag(boolean flag) {
this.flag = flag;
}
}
【示例5-11】封装的使用
class Person {
private String name;
private int age;
public Person() {
}
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
// this.age = age;//构造方法中不能直接赋值，应该调用setAge方法
setAge(age);
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setAge(int age) {
//在赋值之前先判断年龄是否合法
if (age > 130 || age < 0) {
this.age = 18;//不合法赋默认值18
} else {
this.age = age;//合法才能赋值给属性age
}
}
public int getAge() {
return age;
}
@Override
public String toString() {
return "Person [name=" + name + ", age=" + age + "]";
}
}
public class Test2 {
public static void main(String[] args) {
Person p1 = new Person();
//p1.name = "小红"; //编译错误
//p1.age = -45; //编译错误
p1.setName("小红");
p1.setAge(-45);
System.out.println(p1);
Person p2 = new Person("小白", 300);
System.out.println(p2);
}
}
5.5 多态(polymorphism)
多态指的是同一个方法调用，由于对象不同可能会有不同的行为。现实生活中，同一个方法，具体实现会完全不同。 比如：同样是调用人的“休息”方法，张三是睡觉，李四是旅游，高淇老师是敲代码，数学教授是做数学题; 同样是调用人“吃饭”的方法，中国人用筷子吃饭，英国人用刀叉吃饭，印度人用手吃饭。
多态的要点：
1. 多态是方法的多态，不是属性的多态(多态与属性无关)。
2. 多态的存在要有3个必要条件：继承，方法重写，父类引用指向子类对象。
3. 父类引用指向子类对象后，用该父类引用调用子类重写的方法，此时多态就出现了。
【示例5-12】多态和类型转换测试
class Animal {
public void shout() {
System.out.println("叫了一声！");
}
}
class Dog extends Animal {
public void shout() {
System.out.println("旺旺旺！");
}
public void seeDoor() {
System.out.println("看门中....");
}
}
class Cat extends Animal {
public void shout() {
System.out.println("喵喵喵喵！");
}
}
public class TestPolym {
public static void main(String[] args) {
Animal a1 = new Cat(); // 向上可以自动转型
//传的具体是哪一个类就调用哪一个类的方法。大大提高了程序的可扩展性。
animalCry(a1);
Animal a2 = new Dog();
animalCry(a2);//a2为编译类型，Dog对象才是运行时类型。
//编写程序时，如果想调用运行时类型的方法，只能进行强制类型转换。
// 否则通不过编译器的检查。
Dog dog = (Dog)a2;//向下需要强制类型转换
dog.seeDoor();
}
// 有了多态，只需要让增加的这个类继承Animal类就可以了。
static void animalCry(Animal a) {
a.shout();
}
/* 如果没有多态，我们这里需要写很多重载的方法。
* 每增加一种动物，就需要重载一种动物的喊叫方法。非常麻烦。
static void animalCry(Dog d) {
d.shout();
}
static void animalCry(Cat c) {
c.shout();
}*/
}
5.6 对象的转型(casting)
父类引用指向子类对象，我们称这个过程为向上转型，属于自动类型转换。
向上转型后的父类引用变量只能调用它编译类型的方法，不能调用它运行时类型的方法。这时，我们就需要进行类型的强制转换，我们称之为向下转型!
public class TestCasting {
public static void main(String[] args) {
Object obj = new String("北京尚学堂"); // 向上可以自动转型
// obj.charAt(0) 无法调用。编译器认为obj是Object类型而不是String类型
/* 编写程序时，如果想调用运行时类型的方法，只能进行强制类型转换。
* 不然通不过编译器的检查。 */
String str = (String) obj; // 向下转型
System.out.println(str.charAt(0)); // 位于0索引位置的字符
System.out.println(obj == str); // true.他们俩运行时是同一个对象
}
}
类型转换异常
public class TestCasting2 {
public static void main(String[] args) {
Object obj = new String("北京尚学堂");
//真实的子类类型是String，但是此处向下转型为StringBuffer
StringBuffer str = (StringBuffer) obj;
System.out.println(str.charAt(0));
}
}
为了避免出现这种异常，我们可以使用5.1.2中所学的instanceof运算符进行判断，如示例5-15所示。
public class TestCasting3 {
public static void main(String[] args) {
Object obj = new String("北京尚学堂");
if(obj instanceof String){
String str = (String)obj;
System.out.println(str.charAt(0));
}else if(obj instanceof StringBuffer){
StringBuffer str = (StringBuffer) obj;
System.out.println(str.charAt(0));
}
}
}
5.7 final关键字
final关键字的作用：
- 修饰变量: 被他修饰的变量不可改变。一旦赋了初值，就不能被重新赋值。
final int MAX_SPEED = 120; - 修饰方法：该方法不可被子类重写。但是可以被重载!
final void study(){} - 修饰类: 修饰的类不能被继承。比如：Math、String等。
final class A {}
5.8 抽象方法和抽象类
抽象方法
使用abstract修饰的方法，没有方法体，只有声明。定义的是一种“规范”，就是告诉子类必须要给抽象方法提供具体的实现。
抽象类
包含抽象方法的类就是抽象类。通过abstract方法定义规范，然后要求子类必须定义具体实现。通过抽象类，我们就可以做到严格限制子类的设计，使子类之间更加通用。
【示例5-16】抽象类和抽象方法的基本用法
//抽象类
abstract class Animal {
abstract public void shout(); //抽象方法
}
class Dog extends Animal {
//子类必须实现父类的抽象方法，否则编译错误
public void shout() {
System.out.println("汪汪汪！");
}
public void seeDoor(){
System.out.println("看门中....");
}
}
//测试抽象类
public class TestAbstractClass {
public static void main(String[] args) {
Dog a = new Dog();
a.shout();
a.seeDoor();
}
}
抽象类的使用要点:
-
有抽象方法的类只能定义成抽象类
-
抽象类不能实例化，即不能用new来实例化抽象类。
-
抽象类可以包含属性、方法、构造方法。但是构造方法不能用来new实例，只能用来被子类调用。
-
抽象类只能用来被继承。
-
抽象方法必须被子类实现。
5.9.1接口的作用
这一节有点懵逼，只晓得接口比抽象还抽象，我懵了。
接口这一块儿学的有点晕，跟对象的调用也差不多吧，为啥就不是一个东西了，为啥就要用接口呢。
接口 —— 静态——不变——框架？
不是很懂。
这些是疑惑。
下面的内部类也有点蒙圈。
5.9.2 如何定义和使用接口?
定义接口的详细说明：
1. 访问修饰符：只能是public或默认。
2. 接口名：和类名采用相同命名机制。
3. extends：接口可以多继承。
4. 常量：接口中的属性只能是常量，总是：public static final 修饰。不写也是。
5. 方法：接口中的方法只能是：public abstract。 省略的话，也是public abstract。
要点
1. 子类通过implements来实现接口中的规范。
2. 接口不能创建实例，但是可用于声明引用变量类型。
3. 一个类实现了接口，必须实现接口中所有的方法，并且这些方法只能是public的。
4. JDK1.7之前，接口中只能包含静态常量、抽象方法，不能有普通属性、构造方法、普通方法。
5. JDK1.8后，接口中包含普通的静态方法。
【示例5-17】接口的使用
public class TestInterface {
public static void main(String[] args) {
Volant volant = new Angel();
volant.fly();
System.out.println(Volant.FLY_HIGHT);
Honest honest = new GoodMan();
honest.helpOther();
}
}
/**飞行接口*/
interface Volant {
int FLY_HIGHT = 100; // 总是：public static final类型的；
void fly(); //总是：public abstract void fly();
}
/**善良接口*/
interface Honest {
void helpOther();
}
/**Angle类实现飞行接口和善良接口*/
class Angel implements Volant, Honest{
public void fly() {
System.out.println("我是天使，飞起来啦！");
}
public void helpOther() {
System.out.println("扶老奶奶过马路！");
}
}
class GoodMan implements Honest {
public void helpOther() {
System.out.println("扶老奶奶过马路！");
}
}
class BirdMan implements Volant {
public void fly() {
System.out.println("我是鸟人，正在飞！");
}
}
5.9.3 接口的多继承
接口完全支持多继承。和类的继承类似，子接口扩展某个父接口，将会获得父接口中所定义的一切。
【示例5-18】接口的多继承
interface A {
void testa();
}
interface B {
void testb();
}
/**接口可以多继承：接口C继承接口A和B*/
interface C extends A, B {
void testc();
}
public class Test implements C {
public void testc() {
}
public void testa() {
}
public void testb() {
}
}
5.9.4 面向接口编程
面向接口编程是面向对象编程的一部分。
为什么需要面向接口编程? 软件设计中最难处理的就是需求的复杂变化，需求的变化更多的体现在具体实现上。我们的编程如果围绕具体实现来展开就会陷入”复杂变化”的汪洋大海中，软件也就不能最终实现。我们必须围绕某种稳定的东西开展，才能以静制动，实现规范的高质量的项目。
接口就是规范，就是项目中最稳定的东东! 面向接口编程可以让我们把握住真正核心的东西，使实现复杂多变的需求成为可能。
通过面向接口编程，而不是面向实现类编程，可以大大降低程序模块间的耦合性，提高整个系统的可扩展性和和可维护性。
面向接口编程的概念比接口本身的概念要大得多。设计阶段相对比较困难，在你没有写实现时就要想好接口，接口一变就乱套了，所以设计要比实现难!
5.10.1内部类的概念
一般情况，我们把类定义成独立的单元。有些情况下，我们把一个类放在另一个类的内部定义，称为内部类(innerclasses)。
内部类可以使用public、default、protected 、private以及static修饰。而外部顶级类(我们以前接触的类)只能使用public和default修饰。
注意
内部类只是一个编译时概念，一旦我们编译成功，就会成为完全不同的两个类。对于一个名为Outer的外部类和其内部定义的名为Inner的内部类。编译完成后会出现Outer.class和Outer$Inner.class两个类的字节码文件。所以内部类是相对独立的一种存在，其成员变量/方法名可以和外部类的相同。
【示例5-19】内部类介绍
/**外部类Outer*/
class Outer {
private int age = 10;
public void show(){
System.out.println(age);//10
}
/**内部类Inner*/
public class Inner {
//内部类中可以声明与外部类同名的属性与方法
private int age = 20;
public void show(){
System.out.println(age);//20
}
}
}
内部类的作用：
-
内部类提供了更好的封装。只能让外部类直接访问，不允许同一个包中的其他类直接访问。
-
内部类可以直接访问外部类的私有属性，内部类被当成其外部类的成员。 但外部类不能访问内部类的内部属性。
-
接口只是解决了多重继承的部分问题，而内部类使得多重继承的解决方案变得更加完整。
内部类的使用场合：
-
由于内部类提供了更好的封装特性，并且可以很方便的访问外部类的属性。所以，在只为外部类提供服务的情况下可以优先考虑使用内部类。
-
使用内部类间接实现多继承：每个内部类都能独立地继承一个类或者实现某些接口，所以无论外部类是否已经继承了某个类或者实现了某些接口，对于内部类没有任何影响。
5.10.2内部类的分类
在Java中内部类主要分为成员内部类(非静态内部类、静态内部类)、匿名内部类、局部内部类。
成员内部类(可以使用private、default、protected、public任意进行修饰。 类文件：外部类$内部类.class)
a) 非静态内部类(外部类里使用非静态内部类和平时使用其他类没什么不同)
i. 非静态内部类必须寄存在一个外部类对象里。因此，如果有一个非静态内部类对象那么一定存在对应的外部类对象。非静态内部类对象单独属于外部类的某个对象。
ii. 非静态内部类可以直接访问外部类的成员，但是外部类不能直接访问非静态内部类成员。
iii. 非静态内部类不能有静态方法、静态属性和静态初始化块。
iv. 外部类的静态方法、静态代码块不能访问非静态内部类，包括不能使用非静态内部类定义变量、创建实例。
v. 成员变量访问要点：
-
内部类里方法的局部变量：变量名。
-
内部类属性：this.变量名。
-
外部类属性：外部类名.this.变量名。
【示例5-20】成员变量的访问要点
class Outer {
private int age = 10;
class Inner {
int age = 20;
public void show() {
int age = 30;
System.out.println("内部类方法里的局部变量age:" + age);// 30
System.out.println("内部类的成员变量age:" + this.age);// 20
System.out.println("外部类的成员变量age:" + Outer.this.age);// 10
}
}
}
vi. 内部类的访问：
- 外部类中定义内部类：
new Inner() - 外部类以外的地方使用非静态内部类：
Outer.Inner varname = new Outer().new Inner()。
【示例5-21】内部类的访问
public class TestInnerClass {
public static void main(String[] args) {
//先创建外部类实例，然后使用该外部类实例创建内部类实例
Outer.Inner inner = new Outer().new Inner();
inner.show();
Outer outer = new Outer();
Outer.Inner inn = outer.new Inner();
inn.show();
}
}
b) 静态内部类
i. 定义方式：
static class ClassName {
//类体
}
ii. 使用要点：
- 当一个静态内部类对象存在，并不一定存在对应的外部类对象。 因此，静态内部类的实例方法不能直接访问外部类的实例方法。
- 静态内部类看做外部类的一个静态成员。 因此，外部类的方法中可以通过：“静态内部类.名字”的方式访问静态内部类的静态成员，通过 new 静态内部类()访问静态内部类的实例。
【示例5-22】静态内部类的访问
class Outer{
//相当于外部类的一个静态成员
static class Inner{
}
}
public class TestStaticInnerClass {
public static void main(String[] args) {
//通过 new 外部类名.内部类名() 来创建内部类对象
Outer.Inner inner =new Outer.Inner();
}
}
匿名内部类
适合那种只需要使用一次的类。比如：键盘监听操作等等。
语法：
new 父类构造器(实参类表) \实现接口 () {
//匿名内部类类体！
}
【示例5-23】匿名内部类的使用
this.addWindowListener(new WindowAdapter(){
@Override
public void windowClosing(WindowEvent e) {
System.exit(0);
}
}
);
this.addKeyListener(new KeyAdapter(){
@Override
public void keyPressed(KeyEvent e) {
myTank.keyPressed(e);
}
@Override
public void keyReleased(KeyEvent e) {
myTank.keyReleased(e);
}
}
);
注意
-
匿名内部类没有访问修饰符。
-
匿名内部类没有构造方法。因为它连名字都没有那又何来构造方法呢。
局部内部类
还有一种内部类，它是定义在方法内部的，作用域只限于本方法，称为局部内部类。
局部内部类的的使用主要是用来解决比较复杂的问题，想创建一个类来辅助我们的解决方案，到那时又不希望这个类是公共可用的，所以就产生了局部内部类。局部内部类和成员内部类一样被编译，只是它的作用域发生了改变，它只能在该方法中被使用，出了该方法就会失效。
局部内部类在实际开发中应用很少。
【示例5-24】方法中的内部类
public class Test2 {
public void show() {
//作用域仅限于该方法
class Inner {
public void fun() {
System.out.println("helloworld");
}
}
new Inner().fun();
}
public static void main(String[] args) {
new Test2().show();
}
}
