java入门-W3（K81-K143）

一. 什么是对象

什么是对象？之前我们讲过，对象就是计算机中的虚拟物体。例如 System.out，System.in 等等。然而，要开发自己的应用程序，只有这些现成的对象还远远不够。需要我们自己来创建新的对象。

例如，我想开发一个电商应用，在网上卖手机，打算使用对象来代表这些手机。怎么做呢？首先要对现实世界的手机进行抽象，抽取它属性、抽取它的行为

1. 抽取属性

抽取时要抓取本质属性，在真实物体上做简化，并不是所有的属性都要抽象

• 例如对于手机来说，分析最终的展示效果可以得知，需要品牌、内存、大小、颜色、价格，其它页面展示用不上的属性，就不必抽取了

• 这些属性信息在 java 里称为对象的字段，根据它们，我们就能确定这个对象将来长什么样，相当于给对象定义了模板，模板一旦确定，再创建的对象就不能跳出模板的范围。

• 模板有了，就可以根据它创建各种各样的手机对象，比如

  • 手机1，品牌苹果、内存128G、大小6.1英寸、颜色星光色、价格5799

    • 可以看到，对象的字段要和模板定义的是一模一样的，不能多也不能少

  • 手机2，品牌红米、内存4G、大小6.53英寸、颜色金色、价格1249

  • 手机3，品牌华为、内存4G、大小6.3英寸、颜色幻夜黑、价格999

• 这个模板，以后在 java 里称之为类，英文 class，这些对象呢，英文也要知道：object

代码里怎么表示类呢，看一下类的语法

class 类 {
    字段;
    
    构造方法(参数) {
        
    }
    
    返回值类型 方法名(参数) {
        代码
    }
}

• 字段定义与之前学过的局部变量、方法参数的定义类似，它们本质都是变量

• 构造方法也是一种方法，在将来创建对象时被使用，作用是为对象字段赋初始值

  • 构造方法与类同名，不用加返回值类型声明

• 从属于对象的方法不用 static 修饰，它就代表对象的行为，这里先放一下

就以刚才的手机为例，按照语法写一下

public class Phone {
    // 类型 名字
    String brand; // 品牌
    String memory; // 内存
    String size; // 大小
    String color; // 颜色
    double price; // 价格

    public Phone(String b, String m, String s, String c, double p) {
        brand = b;
        memory = m;
        size = s;
        color = c;
        price = p;
    }
}

有了类，才能创建对象，创建对象的语法

new 类构造方法(参数)

例如

public class TestPhone {
    public static void main(String[] args) {
        Phone p1 = new Phone("苹果", "128G", "6.1寸", "星光色", 5799.0);
        Phone p2 = new Phone("红米", "4G", "6.53寸", "金色", 1249.0);
        Phone p3 = new Phone("华为", "4G", "6.3寸", "幻夜黑", 999.0);
        
        System.out.println(p1.color); // 获取p1的颜色
		System.out.println(p1.price); // 获取p1的价格
        
        p1.price = 3000.0;			  // 修改p1的价格
		System.out.println(p1.price); // 获取p1的价格
    }
}

• 前面的变量 p1、p2、p3 分别代表了这三个手机对象（也可以理解为给对象起了个名字）
• 想知道第一个手机的颜色和价格，就使用 p1.color 和 p1.price 来获取
• 想把第一个手机的价格做出优惠，就给 p1.price 赋个新值

总结一下：

• 类是对象的模板，用字段描述对象将来长什么样，用构造给字段变量赋值
• 对象说白了，就是一组数据的集合，但这些数据不是乱写的，有什么，不该有什么，得按类的规则来

2. 字段默认值

如果字段没有通过构造方法赋值，那么字段也会有个默认值

类型	默认值	说明
byte short int long char	0
float double	0.0
boolean	false
其它	null

比如说，想加一个字段 available 表示手机上架还是下架，这时就可以使用默认值统一设置

public class Phone {
    // 类型 名字
    String brand; // 品牌
    String memory; // 内存
    String size; // 大小
    String color; // 颜色
    double price; // 价格
    boolean available; // 是否上架

    public Phone(String b, String m, String s, String c, double p) {
        brand = b;
        memory = m;
        size = s;
        color = c;
        price = p;
    }
}

• 构造方法里不对 available 字符赋值，默认为下架（false）
• 要设置为默认上架（true）可以给字段直接赋值为 true 或在构造方法里给它赋值为 true

3. this

对于变量的命名，包括方法参数的命名，最好做到见文知义，也就是起名的时候起的更有意义，最好能一眼看出来这个变量它代表什么，你来看手机构造方法这些参数的名字起的好不好？不好吧，这样改行不行（先只改一个 brand）：

public class Phone {
    // 类型 名字
    String brand; // 品牌
    String memory; // 内存
    String size; // 大小
    String color; // 颜色
    double price; // 价格
    boolean available; // 是否上架

    public Phone(String brand, String m, String s, String c, double p) {
        brand = brand;
        memory = m;
        size = s;
        color = c;
        price = p;
    }
}

• 等号右侧的 brand，对应的是方法参数中的 brand 的吧
• 等号左侧的 brand 呢，它对应的也是方法参数中的 brand，并非对象的 brand 字段

当方法参数与字段重名时，需要用在字段前面加 this 来区分

public class Phone {
    // 类型 名字
    String brand; // 品牌
    String memory; // 内存
    String size; // 大小
    String color; // 颜色
    double price; // 价格
    boolean available; // 是否上架

    public Phone(String brand, String memory, String size, String color, double price) {
        this.brand = brand;
        this.memory = memory;
        this.size = size;
        this.color = color;
        this.price = price;
        this.available = true;
    }
}

• 前面有 this 的 brand 对应的是字段的 brand，前面没有 this 的 brand 对应的是方法参数中的 brand
• this 代表对象自己，但只能在构造方法、对象方法中使用
• 没有重名的情况下可以省略 this

提示

• 如果觉得自己写 this 比较麻烦，可以使用 IDEA 的快捷键 ALT + Insert 来生成构造方法
• 用 IDEA 生成的构造方法字段和方法参数都是用 this 区分好的

4. 无参构造

带参数的构造并不是必须的，也可以使用无参构造，例如

public class Student {
    String name;    // 姓名   null
    int age;        // 年龄   0

    Student() {

    }
}

使用无参构造创建对象示例如下

public class TestStudent {
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student();
        s1.name = "张三";
        s1.age = 18;

        System.out.println(s1.name);
        System.out.println(s1.age);
    }
}

• 字段赋值现在不是构造方法内完成了，而是先创建了对象
• 再通过【对象.字段】来赋值，最终赋值效果是一样的

无参构造有个特性：

• 当 Java 在编译这个类时，发现你没有提供任何构造方法，它就会给你提供一个无参构造
• 如果你已经提供了带参构造方法，Java 就不会主动提供无参构造了

5. 抽取行为

前面我们讲了，面向对象编程，就是抽象现实世界的物体把它表示为计算机中的对象，手机的例子中，我们定义了类，抽取了字段来描述对象长什么样，这节课我们继续来抽取方法描述这个对象的行为，方法决定了这个对象能干什么

手机的例子不需要方法，计算机中的手机是假的，没法打电话，下面举一个有方法的例子

这里使用了 javascript 语言来举这个例子，虽然大家没有学过这门语言，但它的语法与 java 非常类似，相信我解释一下大家就能理解，另外，我待会讲解时，咱们把注意力集中的类和方法这部分代码上，其它一些 javascript 语言的细节也不用去关注

class Car {
    constructor(color, speed, x, y) {
        this.color = color;  // 颜色
        this.speed = speed;  // 速度
        this.stopped = true;  // 是否停止
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
    run() {
        this.stopped = false;
    }
    // 更新坐标
    update() {
        
    }
    // 省略其它无需关注的代码
}

• class 也是定义一个类，这里是一个汽车类
• 页面上能看到根据这个类创建出的一个个汽车对象，白的汽车、灰的汽车、黑的汽车
• constructor 是 js 中的构造方法，也是用来给 js 对象的字段赋初值
  • this.color 是汽车对象的颜色字段
  • this.speed 是汽车对象的速度字段
  • this.stopped 是汽车是否停止
  • this.x 和 this.y 是控制汽车在屏幕上的坐标
    • 坐标以画布的左上角为原点，向右是 x 轴正向，向下是 y 轴正向

创建汽车对象的语法与 java 几乎是一样的：

new Car("red", 5); // 这是创建一个红色的，速度为 5 的汽车
new Car("blue", 4); // 这是创建一个蓝色的，速度为 4 的汽车

网页上的汽车不能动啊，方法要登场了！方法就是用来控制对象的行为

主要来看这个 update 方法，update 方法的作用，被我设计为控制汽车的坐标，你只需要把坐标如何变化通过代码在update里写出来，就能看到效果

update() {
    if(this.stopped) {
        return;
    }
    this.y -= this.speed;
    if (this.y <= 20) {
        this.y = 20;
    }
}

• 假设只能向上跑，每次调用方法时让 this.y 减少，减少多少呢？

  • 固定成 3，但这样大家速度都一样了

  • 改为根据 this.speed 减少

  • 假设顶端是终点，this.y 不能超过终点，因此加一个 if 判断，如果小于 0 则固定为 0

  • 因为汽车的 y 坐标是以矩形底部开始算的，0 会导致汽车跑出了画面，所以汽车跑到终点时 y 坐标应改为20，也就是汽车长度

• 汽车没有听我命令就一开始就跑了，this.stopped 控制这个汽车是停还是移动

  • 在更新坐标里加个判断 this.stopped 为 false 才跑

通过这个例子，我们应当知道，方法的作用是控制对象的行为

二. 对象演化

更专业的说

• 对象由数据（data）和代码（code）组成
  • data 有很多称呼：fields（字段），attributes（属性），properties（属性），
    • 很多的资料都称为属性，但 properties 后面在学 java bean 时会有额外的意义，因此我这儿还是称之为字段吧，以便后面区分
  • code 也有多种称呼：procedures（过程），methods（方法），functions（函数），我们称之为方法吧

例如

我的需求是，对比相同本金，不同利率和贷款月份，计算总还款额，看哪个更划算一些

• 4.5% 利率借2年
• 6.0% 利率借1年

不用面向对象方式，写出来的代码长这样

public class TestCal {
    public static void main(String[] args) {
        // 对比相同本金，不同利率和贷款月份，计算总还款额(等额本息)，看哪个更划算一些
		double p1 = 100000.0;
		int m1 = 24;
		double yr1 = 4.5;
		double r1 = cal(p1, m1, yr1);
        System.out.println("4.5% 利率借 2 年：" + r1);

		double p2 = 100000.0;
		int m2 = 12;    // 1 年
		double yr2 = 6.0;
		double r2 = cal(p2, m2, yr2);
        System.out.println("6.0% 利率借 1 年：" + r2);
    }

    static double cal(double p, int m, double yr) {
        double mr = yr / 100.0 / 12;
        double pow = Math.pow(1 + mr, m);
        return m * p * mr * pow / (pow - 1);
    }
}

1. 对象字段演化

那么将来对象从何而来呢？很简单，找关系！把一组相关的数据作为一个整体，就形成了对象。

我们现有的数据中，哪些是相关的？

• 4.5、24、100000.0 这些数据为一组，封装成 Calculator c1 对象
• 6.0、12、100000.0 这些数据为一组，封装成 Calculator c2 对象

代码变成了下面的样子

public class Cal {
    double p;
    int m;
    double yr;

    public Cal(double p, int m, double yr) {
        this.p = p;
        this.m = m;
        this.yr = yr;
    }
}

public class TestCal {
    public static void main(String[] args) {
        // 对比相同本金，不同利率和贷款月份，计算总还款额(等额本息)，看哪个更划算一些
		Cal c1 = new Cal(100000.0, 24, 4.5);
		double r1 = cal(c1);
        System.out.println("4.5% 利率借 2 年：" + r1);

		Cal c2 = new Cal(100000.0, 12, 6.0);
		double r2 = cal(c2);
        System.out.println("6.0% 利率借 1 年：" + r2);
    }

    static double cal(Cal c) {
        double mr = c.yr / 100.0 / 12;
        double pow = Math.pow(1 + mr, c.m);
        return c.m * c.p * mr * pow / (pow - 1);
    }
}

• 计算时，把这里的 c1, c2 传递过去。方法也变成了只需要一个 Calculator 参数，因为它一个参数，能顶原来三个参数，方法内部需要的数据来自于对象的字段。
• 注意方法此时还是用的 static 方法，方法这别着急，马上讲

总结：把相关的数据作为一个整体，就形成了对象，对象的字段演化完毕

2. 对象方法演化

方法执行总得需要一些数据，以前我们学习的主要是这种 static 方法，它的数据全部来自于方法参数。

今天开始，要学习对象方法，顾名思义，它是从属于对象的方法，语法上要去掉 static，变成这个样子

public class Cal {

    double p;
    int m;
    double yr;

    public Cal(double p, int m, double yr) {
        this.p = p;
        this.m = m;
        this.yr = yr;
    }

    double cal() {
        double mr = yr / 100.0 / 12;
        double pow = Math.pow(1 + mr, m);
        return m * p * mr * pow / (pow - 1);
    }
}

看看改动成对象方法后，都有哪些代码发生了变化？为啥不需要参数了呢？

这种对象方法执行需要的数据：

• 一部分来自于方法参数
• 另一部分来自于方法从属的对象

既然我们讲的这种对象方法都从属于 Calculator 对象了，那么方法参数这里是不是就没必要再加一个 Calculator 对象了啊

方法体内这些本金、月份、利率，都来自于方法所从属的对象的字段。不用写前面的 c. 了

• 当然，我们这个例子中，本金、月份、利率，在方法所从属的那个 Calculator 对象中已全部包含，因此方法上也无需更多其它参数。如果方法执行的有些数据，对象未包含，那你还是得添加方法参数

最后，方法调用时，为了表达与对象的这种从属关系，格式也应变化为：对象.方法()

public class TestCal {
    public static void main(String[] args) {
        // 对比相同本金，不同利率和贷款月份，计算总还款额(等额本息)，看哪个更划算一些
        Cal c1 = new Cal(100000.0, 24, 4.5);
        double r1 = c1.cal();
        System.out.println("4.5% 利率借 2 年：" + r1);
        
        Cal c2 = new Cal(100000.0, 12, 6.0);
        double r2 = c2.cal();
        System.out.println("6.0% 利率借 1 年：" + r2);
    }
}

例如：

• c1.cal() 执行时，cal 方法就知道，我执行需要的 y，m，yr 这些数据来自于 c1 对象
• c2.cal() 执行时，cal 方法就知道，我执行需要的 y，m，yr 这些数据来自于 c2 对象

对象的方法演化完毕

静态方法 vs 对象方法

• 而 static 方法需要的数据，全都来自于方法参数，它没有关联对象，没有对象的那一部分数据
• 对象方法执行的数据，一部分数据从方法参数转移至对象内部

3. 贷款计算器 - 对象改造

用面向对象思想设计等额本息和等额本金两个类

class Calculator0 {
    Calculator0(double p, int m, double yr) {
        this.p = p;
        this.m = m;
        this.yr = yr;
    }

    double p;
    int m;
    double yr;    

    String[] cal0() {
        double mr = yr / 12 / 100.0;
        double pow = Math.pow(1 + mr, m);
        double payment = p * mr * pow / (pow - 1);
        return new String[]{
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payment * m),
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payment * m - p)
        };
    }

    String[][] details0() {
        String[][] a2 = new String[m][];
        double mr = yr / 12 / 100.0;
        double pow = Math.pow(1 + mr, m);
        double payment = p * mr * pow / (pow - 1);              // 月供
        for (int i = 0; i < m; i++) {
            double payInterest = p * mr;                        // 偿还利息
            double payPrincipal = payment - payInterest;        // 偿还本金
            p -= payPrincipal;                                  // 剩余本金
            String[] row = new String[]{                       // 一行的数据
                    (i + 1) + "",
                    NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payment),
                    NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payPrincipal),
                    NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payInterest),
                    NumberFormat.getCurrencyInstance().format(p)
            };
            a2[i] = row;
        }
        return a2;
    }
}

class Calculator1 {

    Calculator1(double p, int m, double yr) {
        this.p = p;
        this.m = m;
        this.yr = yr;
    }

    double p;
    int m;
    double yr;

    String[] cal1() {
        double payPrincipal = p / m;        // 偿还本金
        double backup = p;                  // 备份本金
        double mr = yr / 12 / 100.0;
        double payInterestTotal = 0.0;      // 总利息
        for (int i = 0; i < m; i++) {
            double payInterest = p * mr;    // 偿还利息
            p -= payPrincipal;              // 剩余本金
            payInterestTotal += payInterest;
        }
        // [0]还款总额   [1]总利息
        return new String[]{
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(backup + payInterestTotal),
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payInterestTotal)
        };
    }

    String[][] details1() {
        double payPrincipal = p / m;                        // 偿还本金
        double mr = yr / 12 / 100.0;
        String[][] a2 = new String[m][];
        for (int i = 0; i < m; i++) {
            double payInterest = p * mr;                    // 偿还利息
            p -= payPrincipal;                              // 剩余本金
            double payment = payPrincipal + payInterest;    // 月供
            String[] row = new String[]{
                    (i + 1) + "",
                    NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payment),
                    NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payPrincipal),
                    NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payInterest),
                    NumberFormat.getCurrencyInstance().format(p)
            };
            a2[i] = row;
        }
        return a2;
    }
}

控制器代码则变为，比以前看着也简洁了不少

• 对象封装了数据，方法封装了计算逻辑，封装，这是面向对象的好处之一
• 面向对象编程，并不能做出更强大的功能，只是改变的代码的结构

@Controller
public class CalController {
    
    @RequestMapping("/cal")
    @ResponseBody
    String[] cal(double p, int m, double yr, int type) {
        if (type == 0) { // 等额本息
            return new Calculator0(p, m, yr).cal0();
        } else {    // 等额本金
            return new Calculator1(p, m, yr).cal1();
        }
    }

    @RequestMapping("/details")
    @ResponseBody
    String[][] details(double p, int m, double yr, int type) {
        if (type == 0) {
            return new Calculator0(p, m, yr).details0();
        } else {
            return new Calculator1(p, m, yr).details1();
        }
    }
}

4. 静态变量

下面是对圆、计算圆面积进行了面向对象设计

public class Circle {

    double r; // 半径
    double pi = 3.14;

    public Circle(double r) {
        this.r = r;
    }
    
    double area() {
        return pi * r * r;
    }
}

测试代码如下

public class TestCircle {
    public static void main(String[] args) {
        Circle c1 = new Circle(1.0);
        c1.pi = 3.14;
        Circle c2 = new Circle(1.0);
        c2.pi = 3;

        System.out.println(c1.area()); // 圆的面积计算结果为 3.14
        System.out.println(c2.area()); // 圆的面积计算结果为 3

    }
}

这显然不合理，不能一个圆计算时 $\pi$ 值是 3.14，换成另一个圆计算时 $\pi$ 值就变成了 3，对于 $\pi$ 值来讲，应该是所有圆共享一个值

• 你看，对于将来千千万万个圆对象来说，它们各有各的半径
• 但无论圆有多少个，3.14 这个数，只需要有一个就足够了

改进如下

public class Circle {

    double r; // 半径
    static double pi = 3.14; // 静态变量, 所有圆对象共享它

    public Circle(double r) {
        this.r = r;
    }
    
    double area() {
        return pi * r * r;
    }
}

回到测试代码

public class TestCircle {
    public static void main(String[] args) {
        Circle c1 = new Circle(1.0);
        c1.pi = 3.14;
        Circle c2 = new Circle(1.0);
        c2.pi = 3;

        System.out.println(c1.area()); // 圆的面积计算结果为 3
        System.out.println(c2.area()); // 圆的面积计算结果为 3

    }
}

两次计算结果相同，因为 c1.pi 和 c2.pi 都是修改的同一个变量。注意几点

1. 静态变量虽然也能通过对象来使用，但建议通过类名类使用，例如上例中，应该这么写：Circle.pi = 3
2. 如果不希望 pi 的值改来改去，可以再加一个 final 修饰符：static final pi = 3.14
   • final 加在变量上，表示该变量只能赋值一次，之后就不能修改了
3. 最后要知道，计算如果需要更为精确的 pi 值，可以用 Math.PI ，上面我们自己写的 pi 只是为了举例需要

5. 四种变量

至今为止，一共学习了四种变量，下面就对它们做一个简单对比

public class TestVariable {
    public static void main(String[] args) {
        m(10);
        if (true) {
            C c1 = new C(30); // 出了if语句块,c1 对象就无法使用了，随带的它内部的对象变量也失效
        }
    }

    static void m(int a) {  // 1. 参数变量, 作用范围是从方法调用开始，直到方法调用结束
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int b = 20; // 2. 局部变量, 作用范围从定义开始，到包围它的 } 为止, 必须赋初值才能使用
			System.out.println(b);
        }
    }
}

class C {
    int c;  // 3. 对象变量(成员变量)  从对象创建开始, 到对象不能使用为止

    public C(int c) {
        this.c = c;
    }

    static int d = 40; // 4. 静态变量, 从类加载开始, 到类卸载为止
}

• 方法参数的作用范围就是从方法调用开始，直到这个方法结束为止，这是参数变量的作用范围
• 局部变量的作用范围要更小一些，它是从局部变量定义开始，到包围它的 } 为止
  • 局部变量跟其它几个变量有个不一样的地方，它需要先赋值，再使用，否则会报错
• 对象变量（其实就是对象中的字段）的作用范围是从对象创建开始，到对象不能使用为止，它的作用范围和对象是一样的
  • 对象变量是每个对象私有的
• 静态变量，它的作用范围从类加载开始，到类卸载为止
  • 第一次用到这个类时，会把类的字节码加载到虚拟机里，这称之为类加载
  • 某个类以后不会再用到，类就会从虚拟机中卸载
  • 静态变量是所有对象共享的

三. 继承

1. 继承语法

阅读代码发现，这两个类中有一些相同的对象变量和方法代码，能否减少这两个类的重复代码，答案是继承

继承的语法

class 父类 {
    字段;
    方法() {}
}

class 子类 extends 父类 {
    
}

可以用父子类继承的方式减少重复声明，例如 A 是父类，B，C 类是子类，那么

class A {
    String name;
    void test() {}
}

class B extends A {
}

class C extends A {
}

• 子类能从父类中继承它所声明的字段、方法

但注意，构造方法不能继承

• 给父类加一个带参构造，发现子类都报错了，为什么呢？一方面构造方法不能继承
• 另一方面对子类来说，你得调用父类的带参构造给父类的 name 字段赋值吧
• 子类得先创建自己的构造方法，然后用 super 调用父类的带参构造

class A {
    String name;
    A(String name) {
        this.name = name;
    }
    void test() {}
}

class B extends A {
    B(String name) {
        super(name);
    }
}

class C extends A {
    C(String name) {
        super(name);
    }
}

2. 贷款计算器 - 继承改造

回到我们的例子

第一步，减少重复的字段声明，定义一个父类型，里面放 p、m、yr 这三个字段

public class Calculator {
    double p;
    int m;
    double yr;

    Calculator(double p, int m, double yr) {
        this.p = p;
        this.m = m;
        this.yr = yr;
    }
}

然后子类中不必再写这三个字段

class Calculator0 extends Calculator{

    Calculator0(double p, int m, double yr) {
        super(p, m, yr);
    }
    
    // ...
}

class Calculator1 extends Calculator{

    Calculator1(double p, int m, double yr) {
        super(p, m, yr);
    }
    
    // ...
}

第二步，分析哪些代码重复：

可以看到详情中生成一行数据的代码重复了，抽取为父类的方法，然后子类可以重用

public class Calculator {
    // ...

    String[] createRow(double payment, int i, double payInterest, double payPrincipal) {
        return new String[]{                       // 一行的数据
                (i + 1) + "",
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payment),
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payPrincipal),
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payInterest),
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(p)
        };
    }
}

例如

public class Calculator0 extends Calculator {

    // ...

    @Override
    String[][] details() {
        String[][] a2 = new String[m][];
        double mr = yr / 12 / 100.0;
        double pow = Math.pow(1 + mr, m);
        double payment = p * mr * pow / (pow - 1);              // 月供
        for (int i = 0; i < m; i++) {
            double payInterest = p * mr;                        // 偿还利息
            double payPrincipal = payment - payInterest;        // 偿还本金
            p -= payPrincipal;                                  // 剩余本金

            // 这里重用了从父类继承的方法
            a2[i] = createRow(i, payment, payPrincipal, payInterest);
        }
        return a2;
    }
}

继承能够减少字段定义和方法定义的重复代码

• 不重复意味着代码的可维护性提高
• 重复意味着一处修改，凡是重复的地方都要跟着修改

3. java 类型系统

java 中的类型分成了两大类

• 基本类型 primitive type

  • 整数 byte short int long
  • 小数 float double
  • 字符 char
  • 布尔 boolean

• 引用类型 reference type

  • 除了基本类型以外的其它类型都属于引用类型，引用类型可以看成是由基本类型组成的复杂类型，例如
    • String 内部由 byte[] 组成，而 byte[] 又是由 byte 组成
    • Phone 内部价格是 double，品牌等都是 String
  • 包装类型
    • 每个基本类型都有与之对应的包装类型，见下表
    • 包装类型是对象，既然是对象，就可以有对象的特征，如字段、方法、继承 …
  • null 值，不能对 null 值进一步使用（使用字段、调用方法），例如
    • String str = null;
    • str.length() 求字符串长度时，就会出现 NullPointerException 空指针异常
    • 使用引用类型之前，最好做非空判断，例如：if(str != null) 再做进一步操作

包装类型	基本类型	备注
Byte	byte
Short	short
Integer	int
Long	long
Float	float
Double	double
Character	char
Boolean	boolean

4. 类型转换

1) 基本类型转换

double

float

long

int

short

char

byte

• 整数和 char 7种类型
  • 顺箭头方向隐式转换
  • 逆箭头方向需要显式强制转换，可能会损失精度
• boolean 类型无法与其它基本类型转换
• short 与 char 也不能转换

隐式转换

byte a = 10;
int b = a; // 自动从 byte 转换为 int

强制转换

int c = 20;
byte d = (byte) c; // 在圆括号内加上要转换的目标类型

强制转换可能损失精度

int c = 1000;
byte d = (byte) c; // byte 的数字范围就是在 -128 ~ 127，存不下 1000，最后结果是 -24

2) 包装类型转换

8

7

6

5

4

3

2

1

Boolean

boolean

Character

char

Double

double

Float

float

Long

long

Integer

int

Short

short

Byte

byte

• 包装类型和它对应的基本类型之间可以自动转换，如

int a = 20;
Integer b = a;

Integer c = new Integer(30);
int d = c;

3) 引用类型转换

Java 继承的特点

1. 单继承，子类只能继承一个父类
2. Object 是所有其它类型直接或间接的父类型，定义 class 时，不写 extends 这个类也是继承自 Object
3. 子类与父类、祖先类之间，可以用【是一个 is a】的关系来表达

向上向下转型

Object

家电

动物

电视

冰箱

猫

狗

• 顺箭头方向（向上）隐式转换，即子类可以用它的更高层的类型代表，表达一种是一个的关系

  • 例如一个猫对象，可以隐式转换为动物

    Animal a = new Cat(); // 用父类型的变量 a 代表了一只猫对象
    Object b = new Cat(); // 用祖先类型的变量 b 代表了一只猫对象
    

• 逆箭头方向（向下）首先要符合是一个规则，然后用显式强制转换

  • 如果一个动物变量，它代表的是一个猫对象，可以通过强制转换还原成猫

    Animal a = new Cat();
    Cat c = (Cat) a;
    

  • 如果一个动物变量，它代表的是一个猫对象，即使强制转换，也不能变成狗，编译不报错，但运行就会出现 ClassCastException

    Animal a = new Cat();
    Dog d = (Dog) a;
    

为什么需要向上转型？主要是为了使用父类统一处理子类型

例1：

static void test(Animal a) {
    
}

这时，此方法既可以处理猫对象，也可以处理狗对象

test(new Cat());
test(new Dog());

例2：用父类型的数组，可以既装猫对象，也装狗对象

Animal[] as = new Animal[]{ new Cat(), new Dog() };

类型判断

Animal a = new Cat();

如果想知道变量 a 代表对象的实际类型，可以使用

System.out.println(a.getClass()); // 输出结果 class com.itheima.Cat

• getClass() 是对象从 Object 类中继承的方法

如果想检查某个对象和类型之间是否符合【是一个】的关系，可以使用

Animals a = new Cat();
Object b = new Cat();

System.out.println(a instanceof Cat);   // true
System.out.println(a instanceof Dog);   // false
System.out.println(b instanceof Animal);// true

经常用在向下转型之前，符合是一个的关系，再做强制类型转换

4) 其它类型转换

除了以上转换规则，在赋值、方法调用时，一旦发现类型不一致，都会提示编译错误，需要使用一些转换方法才行

例如：两个字符串对象要转成整数做加法

String a = "1";
String b = "2";

System.out.println(a + b); // 这样不行，字符串相加结果会拼接为 12
System.out.println(Integer.parseInt(a) + Integer.parseInt(b)); // 转换后再相加，结果是 3

四. 多态

1. 何为多态

例如，我这里有多个汽车对象，调用这些汽车对象的 update 方法修改坐标，表面调用的方法都一样，但实际的效果是，它们各自的运动轨迹不同

function draw() {
    for (let i = 0; i < cars.length; i++) {
        let c = cars[i];
        c.update();  // update 方法用来修改坐标
        c.display();
    }
}

• cars 是个汽车数组，里面放了3个汽车对象

再比如，我有一个 getAnimals() 方法，会传递过来 Animal 动物数组，但遍历执行 Animal 的方法 say，行为不同

public class TestAnimal {
    public static void main(String[] args) {
        Animal[] animals = getAnimals();
        for (int i = 0; i < animals.length; i++) {
            Animal a = animals[i];
            a.say();
        }
    }
}

会输出

喵~
汪汪汪
哼哧哼哧

如果像上两个例子中体现的：同一个方法在执行时，表现出了不同的行为，称这个方法有多态的特性。

2. 多态前提

不是所有方法都有多态，像之前写过的静态方法，不管怎么调用，表现出的行为都是一样的。那么要成为这种多态方法要满足哪些条件呢？先来看看多态这个词是怎么来的

多态，英文 polymorphism 本意是多种形态，是指执行一个相同的方法，最终效果不同。为什么会有这种效果？

方法虽然都是同一个，但调用它们的对象相同吗？看起来都是 Animal 啊，其实不是

• 之前讲向上转型时讲过，子类对象可以向上转型，用父类型代表它
• 这里的每个 Animal a 只是代表右侧对象，右侧的实际对象，是一些子类对象，大家应该都猜出来了，分别是猫、狗、猪
• 这种有多态特性的方法在调用时，会根据实际的对象类型不同而行为不同
• 而正是每个子类对象中的 say 方法写的不一样，从而表现出不同的叫声

方法具备多态性的两个条件：

条件1

用父类型代表子类对象，有了父类型才能代表多种子类型，只有子类型自己，那将来有多种可能吗，不行吧？

• 比如说无论获取数组还是遍历，都使用猪类型，那最终也只能发出猪叫声，这是第一个前提条件

条件2

第二个条件，是子类和父类得有一个相同的 say 方法。如果子类存在与父类相同的方法，称发生了方法重写。重写方法要满足：

1. 方法名和参数都完全相同
2. 对象方法才能重写
3. 检查是否发生了重写可以用 @Override 注解，它可以帮我们检查子类方法是否符合重写规则

只有重写了，才能表现出多种形态，如果没有重写，调用的都是父类方法，最终的效果是相同的，没有多态了

3. 多态执行流程

表面上调用的是 Animal 父类的 say 方法，实际内部会执行下面的逻辑判断

yes

no

yes

no

yes

no

yes

Animal a

a.say()

Animal.say()

Dog.say()

Cat.say()

Pig.say()

is Animal?

is Dog?

say() @Overried?

is Cat?

say() @Overried?

is Pig?

say() @Overried?

• 循环第一次的 Animal a 代表的是一只猫对象，就会走第三个分支
  • 继续去看，看看猫里面有没有 @Override say() 方法
    • 因为我们重写了 say() 方法，最终就执行的是 Cat.say() 方法
    • 那如果啊我的猫里面没有重写这个方法。最终执行的就是 Animal.say() 方法
• 循环第二次的 Animal a 代表的是一只狗对象，就会走第二个分支
  • 继续去看，看看狗里面有没有 @Override say() 方法
    • 因为我们重写了 say() 方法，最终就执行的是 Dog.say() 方法
• 循环第三次的 Animal a 代表的是一只猪对象，就会走第四个分支
  • 继续去看，看看猪里面有没有 @Override say() 方法
    • 因为我们重写了 say() 方法，最终就执行的是 Pig.say() 方法

总结一下，具有这种多态特性的方法，调用内部就会走这样很多的判断逻辑，当然这些判断是 JVM 虚拟机帮我们判断的，不需要我们自己判断。简单的说，多态方法调用时，得先看变量所代表的对象真正类型是什么。是狗走狗的逻辑，是猫走猫的逻辑。然后呢，优先执行真正类型中的重写方法。如果没有重写方法呢？才执行父类中的方法。这就是这种多态方法执行的流程。

伪代码如下：

Animal a = ...
Class c = a.getClass() // 获得对象实际类型
if(c == Animal.class) {
    执行 Animal.say()
} else if(c == Dog.class && Dog 重写了 say 方法) {
    执行 Dog.say()
} else if(c == Cat.class && Cat 重写了 say 方法) {
    执行 Cat.say()
} else if(c == Pig.class && Pig 重写了 say 方法) {
    执行 Pig.say()
} else {
    执行 Animal.say()
}

4. 贷款计算器 - 多态改造

在控制器代码中，需要用 if else 来判断使用哪个 Calculator 对象完成计算，Calculator0 还是 Calculator1，将来如果贷款类型越来越多，就要写好多 if else，如何避免呢？利用多态的原理，让 jvm 帮我们做判断

• Animal a = … 利用多态，a 如果代表的是狗对象，走狗的逻辑，代表的是猫对象，走猫的逻辑
• Calculator c = … 利用多态，c 如果代表的是等额本息对象，走等额本息逻辑，代表的是等额本金对象，走等额本金的计算逻辑

1) 产生方法重写

原来的

• Calculator0 的方法叫 cal0 和 details0
• Calculator1 的方法叫 cal1 和 details1
• Calculator 父类中没有这俩方法

显然不行

改写如下：

class Calculator {
    // ...
    
    String[] cal() {
        return null;
    }
    
    String[][] details() {
        return null;
    }
}

class Calculator0 extends Calculator {
    Calculator0(double p, int m, double yr) {
        super(p, m, yr);
    }
	@Override
    String[] cal() {
        // ...
    }
	@Override
    String[][] details() {
        // ...
    }

}

class Calculator1 extends Calculator {
    Calculator1(double p, int m, double yr) {
        super(p, m, yr);
    }
	@Override
    String[] cal() {
        // ...
    }
	@Override
    String[][] details() {
        // ...
    }

}

2) 父类型代表子类对象

根据类型创建不同 Calculator 对象有点小技巧（避免了创建对象时的 if else），如下：

Calculator[] getCalculator(double p, int m, double yr) {
    return new Calculator[] {
        new Calculator0(p, m, yr),
        new Calculator1(p, m, yr)
    };
}

最后通过父类型来执行，表面上是调用 Calculator 父类的 cal() 和 details() 方法，但实际执行的是某个子类的 cal() 和 details() 方法，通过多态，避免了方法调用时的 if else 判断

@Controller
public class CalController {

    Calculator[] getCalculator(double p, int m, double yr) {
        return new Calculator[] {
            new Calculator0(p, m, yr),
            new Calculator1(p, m, yr)
        };
    }

    @RequestMapping("/cal")
    @ResponseBody
    String[] cal(double p, int m, double yr, int type) {
        Calculator[] cs = getCalculator(p, m, yr);
        return cs[type].cal();
    }

    @RequestMapping("/details")
    @ResponseBody
    String[][] details(double p, int m, double yr, int type) {
        Calculator[] cs = getCalculator(p, m, yr);
        return cs[type].details();
    }

}

cs[type] 是根据类型找到对应的子类对象，例如

• type = 0 时，其实是获取了数组中索引 0 的对象，即 new Calculator0(p, m, yr)
• type = 1 时，其实是获取了数组中索引 1 的对象，即 new Calculator1(p, m, yr)

3) 多态好处

多态有什么好处呢？

• 比如现在想再加一种贷款计算方式，type = 2
• 无论借多少钱，多少个月，利息总为 0

新增一个 Calculator 子类

public class Calculator2 extends Calculator{
    Calculator2(double p, int m, double yr) {
        super(p, m, yr);
    }

    @Override
    String[] cal() {
        return new String[]{
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(p),
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(0)
        };
    }

    @Override
    String[][] details() {
        String[][] a2 = new String[m][];
        double payment = p / m;
        for (int i = 0; i < m; i++) {            
            p -= payment;
            a2[i] = createRow(payment, i, 0, payment);
        }
        return a2;
    }
}

原有代码只需很少改动（扩展性高了）

对于原有的这两个方法来讲，它需要关心你到底是哪个子类对象吗？它不需要关心，因为对于它来讲，它都是统一按照父类型来处理的，通过父类型多态调用方法，具体该调哪个子类方法，多态内部就处理好了

@Controller
public class CalController {

    Calculator[] getCalculator(double p, int m, double yr) {
        return new Calculator[] {
                new Calculator0(p, m, yr),
                new Calculator1(p, m, yr),
            	new Calculator2(p, m, yr)
        };
    }


    @RequestMapping("/cal")
    @ResponseBody
    String[] cal(double p, int m, double yr, int type) {
        Calculator[] cs = getCalculator(p, m, yr);
        return cs[type].cal();
    }

    @RequestMapping("/details")
    @ResponseBody
    String[][] details(double p, int m, double yr, int type) {
        Calculator[] cs = getCalculator(p, m, yr);
        return cs[type].cal();
    }

}

可以尝试用原来 if else 的办法自己实现一遍，对比一下代码量。

4) 小结

关于多态的应用的例子讲完了，总结一下

前提

• java 中的类型系统允许用父类型代表子类型对象，这是多态前提之一
• 子类和父类之间发生了方法重写，这是多态前提之二

效果

• 调用父类型的方法，可能会有不同的行为，取决于该方法是否发生了重写

什么时候使用多态

• 多态能够用一个父类型，统一操作子类对象
• 原本要根据类型做判断，写很多 if else 的地方，都可以考虑使用多态来消除 if else，提高扩展性

五. 封装

1. 封装差导致的问题

封装的例子我们前面已经见过一些了：

• 对象字段封装了数据，
• 方法封装了计算逻辑，对外隐藏了实现细节
• 但看看下面的 js 例子，直接修改对象的字段会产生不合理的效果
  • cars[0].y = 20 就会导致汽车瞬移
  • 本来我的规则是，通过 update 方法一次按 speed 速度移动一点，现在直接修改字段，突破了方法的限制

class Car {
    constructor(color, speed, x, y) {
        this.color = color;  // 颜色
        this.speed = speed;  // 速度
        this.stopped = true;  // 是否停止
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
    run() {
        this.stopped = false;
    }
    update() {
        if(this.stopped) {
            return;
        }

        this.y -= this.speed;
        if( this.y <= 20) {
            this.y = 20;
        }
    }
    display() {
        fill(this.color);
        rect(this.x, this.y, 10, -20);
    }
}

其根本问题在于，使用者直接使用了字段，绕过了 update 方法对 y 值的处理，解决方法也很简单，就是将字段的访问权限设置为私有，字段定义时前面加 # 即可，其它用 x，y 的地方也替换为 #x 和 #y

class Car {
    #x; // 设置为私有
    #y; // 设置为私有
    constructor(color, speed, x, y) {
        this.color = color;  // 颜色
        this.speed = speed;  // 速度
        this.stopped = true;  // 是否停止
        this.#x = x;
        this.#y = y;
    }
    update() {
        if(this.stopped) {
            return;
        }

        this.#y -= this.speed;
        if( this.#y <= 20) {
            this.#y = 20;
        }
    }
    // ...
}

这回再执行 cars[0].#y = 20 就会告诉你私有字段不能访问了，这样字段只能在类的内部可以访问，出了类的范围就不能使用了，将来 Java 中会有类似的控制手段。

2. 加强封装

Java 中可以用访问修饰符来对字段或方法进行访问权限控制，一共有四种

名称	访问权限	说明
public	标识的【字段】及【方法】及【类】，谁都能使用
protected	标识的【字段】及【方法】，只有同包类、或是子类内才能使用
	标识的【字段】及【方法】及【类】，只有同包类才能使用	默认访问修饰符
private	标识的【字段】及【方法】只有本类才能使用（或内部类）

• 类上能使用的访问修饰符，只有 public 和默认两种

private

package com.itheima.encapsulation;
public class Car {
	private int y; // 私有的
    private void test() { } // 私有的

    void update() {
        // 本类内可以使用
        System.out.println(this.y);
        this.test();
    }

}

package com.itheima.encapsulation; // 同包测试类
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        System.out.println(car.y);  // 错误，不能访问 private 字段
        car.test();					// 错误，不能访问 private 方法
    }
}

默认

package com.itheima.encapsulation;
public class Car {
	int y; // 默认的
	void test() {} // 默认的

    void update() {
        // 本类内可以使用
        System.out.println(this.y);
        this.test();
    }

}

package com.itheima.encapsulation; // 同包测试类
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        System.out.println(car.y);  // 同包可以使用
        car.test();					// 同包可以使用
    }
}

package com.itheima; // 不同包测试类
import com.itheima.encapsulation.Car;
public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        System.out.println(car.y);  // 错误，不同包不能访问 默认 字段
        car.test();					// 错误，不同包不能访问 默认 方法
    }
}

protected

package com.itheima.encapsulation;
public class Car {
	protected int y; // 受保护的
	protected void test() {} // 受保护的

    // 本类内可以使用
    void update() {
        System.out.println(this.y);
        this.test();
    }

}

package com.itheima; // 不同包子类
import com.itheima.encapsulation.Car;
public class SubCar extends Car {

    void display() {
        System.out.println(this.y); // 不同包子类内可以使用
        this.test();				// 不同包子类内可以使用
    }
}

尽可能让访问范围更小

• private < 默认 < protected < public
• 尤其是字段，建议设置为 private
• 想让子类用 考虑设置为 protected

3. JavaBean

JavaBean 规范

1. 字段私有, 提供公共 get、set、is 方法来访问私有字段
   • 获取字段值用 get 方法
   • 获取 boolean 类型字段值用 is 方法
   • 修改字段值用 set 方法
   • get、set、is 方法的命名必须是：getXXX，setXXX，isXXX
     • 其中 XXX 是字段名（首字母变大写）
     • 这些方法可以用 idea 的 ALT + Insert 快捷键生成
2. 最好提供一个无参的构造
3. 最好实现一个接口 Serializable

例子

class Teacher implements Serializable {
    private String name; // 小写
    private boolean married; // 已婚
    private int age;

    public boolean isMarried() { // 对 boolean 类型，用这种 isXXX
        return this.married;
    }

    public void setMarried(boolean married) {
        this.married = married;
    }

    // get 方法 用来获取私有字段值
    public String getName() { // get 后面单词首字母要大写
        return this.name;
    }

    // set 方法 用来修改私有字段值
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Teacher(String name, boolean married) {
        this.name = name;
        this.married = married;
    }

    public Teacher() {
    }
}

测试类

public class TestJavaBean {
    public static void main(String[] args) {
        Teacher t = new Teacher("张老师", false);
        
        // 全部改用公共方法来间接读写字段值
        System.out.println(t.getName());
        System.out.println(t.isMarried());
        t.setMarried(true);
        System.out.println(t.isMarried());
    }
}

Java Bean 主要用来封装数据，不会提供哪些包含业务逻辑的方法

最后要区分两个名词：字段和属性

• 有 getXXX、setXXX、isXXX 方法的，可以称该对象有 XXX 属性（首字母变小写）
  • 例如，上面的 Teacher 类有 name 属性和 married 属性
• 没有对应 get、set、is 方法的，不能说有属性
  • 例如，上面的 Teacher 类没有 age 属性

六. 接口

特性1 - 解决单继承

这节课来学习单继承的问题

咱们都知道，java 中只支持单继承，也就是对于子类来讲，只能继承一个父类，但这样会出现代码重用方面的问题。看这个例子

• 如果设计一个父类，鸟，现在要写一个飞这个方法，而且代码实现都一样，因此我把这个飞方法，放在了父类当中，让子类继承，然后新写了一个鸭子子类，还用写飞这个方法吗？不必了，继承父类中的飞就可以了。
• 接着来看，鸭子还能游泳，那么游泳应该放在鸭子中还是鸟中，好像应该放在子类鸭子中吧，因为如果把游泳放在父类鸟中，这样会被所有的子类继承，那些原本不会游泳的鸟继承了游泳方法，不合理吧
• 但是！如果再写一个子类企鹅呢？企鹅是鸟吧，会游泳吧，它和鸭子会都会游泳。但按刚才的讨论，游泳方法不能放在父类中，因此存在了两份重复的游泳代码。
• 而且不合理又出现了，企鹅不会飞！照这么说飞放在父类中也不合理，也得放到子类中，这样一来，飞方法也不能重用了
• 就算把飞留在父类中，蜻蜓会飞吧，但它的父类是昆虫，单继承决定了它不能再继承鸟了，也就不能重用鸟中的飞方法，飞方法又重复了
• 类似的例子还有很多，狗熊会游泳吧，它的父类是哺乳动物，不能和鸭子、企鹅重用游泳方法

上面的问题，究其本质，是因为 Java 只支持单继承，若想补足这方面的短板，需要用到接口

• 这些继承关系不变，但把重复的代码放在接口当中, swimmable 里放游泳方法，flyable 里放飞翔方法，然后要重用方法的类实现它们。

• 一个类只能继承一个父类，但一个类可以实现多个接口，使用接口就解决了刚才的问题

• 接口里主要提供给的都是方法，代表的是具备某方面的能力，能游泳，能飞翔，因此命名上常用 able

它的语法如下

interface A {
    public default void a() {}
}

interface B {
    public default void b() {}
}

// C 从 A, B 两个接口重用方法 a() 和 b()
class C implements A, B {
    
}

解决之前的问题

public class TestInterface1 {
    public static void main(String[] args) {
        Duck d = new Duck();
        d.swim();
        d.fly();
    }
}

interface Swimmable {
    default void swim() {
        System.out.println("游泳");
    }
}

interface Flyable {
    default void fly() {
        System.out.println("飞翔");
    }
}

class Duck implements Swimmable, Flyable {

}

• 需要放入接口的方法, 必须加 default 关键字（默认方法）
• default 方法只能是 public, public 可以省略

特性2 - 接口多态

刚才我们学习了接口的第一个特性，解决单继承的问题，接下来看看接口的第二个特性，接口方法也支持多态。

方法多态的两个条件需要进一步完善

1. 用父类型代表子类对象，或者用接口类型来代表实现类对象
2. 必须发生方法重写

«interface»

E

void e()

F

void e()

G

void e()

看这张图，上面这是接口E，下面这俩类 F、G 实现了接口，他俩以后可以叫做实现类，看一下这种上下级关系就可以知道，它们之间符合向上转型，F，G能够沿箭头向上转换为接口类型，因此能用接口类型代表实现类对象

先来看第一条，接口类型可以代表实现类对象

public class TestInterface2 {
    public static void main(String[] args) {
        E[] array = new E[] {
                new F(),
                new G()
        };
    }
}
interface E {
}
class F implements E {
}
class G implements E {
}

再看第二条，方法重写

public class TestInterface2 {
    public static void main(String[] args) {
        E[] array = new E[] {
                new F(),
                new G()
        };
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            E e = array[i];
            e.e(); // 多态
        }
    }
}
interface E {
    default void e() { 
        System.out.println("e");
    }
}
class F implements E {
    @Override
    public void e() { 
        System.out.println("f");
    }
}
class G implements E {
    @Override
    public void e() {
        System.out.println("g");
    }
}

• 要注意：方法重写时，要求：子类和实现类 方法访问修饰符 >= 父类和接口 方法访问修饰符
• default 方法的访问修饰符其实是省略了 public，实现类中方法的访问修饰符要 >= public 才不会出错
• 多态性：
  • 表面调用的是接口的 E.e() 方法
  • 实际会根据 e 的实际类型调用重写方法，即 F.e() 和 G.e() 方法

抽象方法

其实要使用接口多态，更多地是使用一种抽象方法，而非默认方法，所谓抽象方法仅有方法声明，没有方法体代码。

你看我用抽象方法代替掉这里的默认方法，它包含 abstract 关键字，而且也只能是 public 的，平时这俩关键字都可以省略不写

public class TestInterface2 {
    public static void main(String[] args) {
        E[] array = new E[] {
                new F(),
                new G()
        };
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            E e = array[i];
            e.e(); // 多态
        }
    }
}
interface E {
    void e(); // 抽象方法，没有方法体，只能是 public 的，省略了 public abstract
}
class F implements E {
    @Override
    public void e() { // 默认
        System.out.println("f");
    }
}
class G implements E {
    @Override
    public void e() {
        System.out.println("g");
    }
}

为啥抽象方法设计为不需要方法体呢？因为你看：

• 反正多态要求实现类发生方法重写，既然方法重写了，就调用不到接口方法的代码了
• 既然多态发生时，用不到接口中可能的代码，还不如让方法体空着

另外，抽象方法有个好处：它强制了实现类要实施方法重写，如果实现类没有重写，语法上会报错

特性3 - 接口封装

接口封装的更为彻底

public class TestInterface3 {
    public static void main(String[] args) {
        M m = new N(); // 用接口类型代表了实现类对象
        m.m(); // 只能调用接口中定义的方法
    }
}

interface M {
    void m(); // public abstract
}

class N implements M {
    public String name;

    @Override
    public void m() {
        System.out.println("m");
    }

    public void n() {
        System.out.println("n");
    }
}

• 只能调用到接口中的方法，对实现类中的其它方法，一无所知
• 接口限制了只能通过方法来使用对象，不能直接访问对象的字段

封装的关键在于，对外隐藏实现细节，接口完美地做到了这一点

经验

• 在声明方法的参数、返回值，定义变量时，能用接口类型，就用接口类型，有更好的扩展性

七. Service

1. 数据与逻辑分离

之前我们讲面向对象设计，都是把数据和逻辑放在一起，这是理想情况。

现实情况是，把对象分为两类，一类专门存数据，一类专门执行逻辑，如下

混在一起有什么缺点呢

• 数据是方法调用时才能确定的，只有请求来了，才知道数据（p，m, yr）是什么，才能根据它们创建这个既包含数据，也包含逻辑的对象，而对象的逻辑部分是一样的，重复创建感觉有点浪费
• 如果把数据和逻辑分离开
  • 数据对象才需要每次请求来了创建
  • 逻辑对象只需一开始创建一次就足够了

因此把数据和逻辑分成 java bean 和 service 能让你的代码更灵活，这也是这么做的目的

存数据的就是一个 Java Bean

public class Calculator {
    private double p;
    private int m;
    private double yr;

    public Calculator(double p, int m, double yr) {
        this.p = p;
        this.m = m;
        this.yr = yr;
    }
    
    // 省略 get set 方法
}

存逻辑的叫做 XxxService，例如

class CalculatorService0 {
    public String[] cal(Calculator c) {
        double p = c.getP();
        int m = c.getM();
        double mr = c.getYr() / 12 / 100.0;
        double pow = Math.pow(1 + mr, m);
        double payment = p * mr * pow / (pow - 1);
        return new String[]{
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payment * m),
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payment * m - p)
        };
    }

    public String[][] details(Calculator c) {
        double p = c.getP();
        int m = c.getM();
        String[][] a2 = new String[m][];
        double mr = c.getYr() / 12 / 100.0;
        double pow = Math.pow(1 + mr, m);
        double payment = p * mr * pow / (pow - 1);              // 月供
        for (int i = 0; i < m; i++) {
            double payInterest = c.getP() * mr;                        // 偿还利息
            double payPrincipal = payment - payInterest;        // 偿还本金
            p -= payPrincipal;                                  // 剩余本金
            a2[i] = createRow(payment, i, payInterest, payPrincipal, p);
        }
        return a2;
    }
    
    private String[] createRow(double payment, int i, double payInterest, double payPrincipal, double p) {
        return new String[]{                       // 一行的数据
                (i + 1) + "",
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payment),
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payPrincipal),
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payInterest),
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(p)
        };
    }

}

显然，Service 根据计算方式不同，有多个

• 要使用多态来避免根据类型的 if else 判断，这回可以使用接口，接口中添加两个抽象方法 cal 和 details，让这几个 Service 都实现它，并完成方法重写
• 至于那个重复的 createRow 方法，可以作为接口中的 default 方法被实现类重用

public interface Cal {

    String[] cal(Calculator c);

    String[][] details(Calculator c);

    default String[] createRow(double payment, int i, double payInterest, double payPrincipal, double p) {
        return new String[]{                       // 一行的数据
                (i + 1) + "",
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payment),
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payPrincipal),
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(payInterest),
                NumberFormat.getCurrencyInstance().format(p)
        };
    }
}

class CalculatorService0 implements Cal {
    public String[] cal(Calculator c) {
        // ...
    }
    public String[][] details(Calculator c) {
        // ...
    }
}

class CalculatorService1 implements Cal {
    public String[] cal(Calculator c) {
        // ...
    }
    public String[][] details(Calculator c) {
        // ...
    }
}

class CalculatorService2 implements Cal {
    public String[] cal(Calculator c) {
        // ...
    }
    public String[][] details(Calculator c) {
        // ...
    }
}

Controller 的代码变成了

@Controller
public class CalController {

	// ...
    
    private Cal[] calArray = new Cal[]{
            new CalculatorService0(),
            new CalculatorService1(),
            new CalculatorService2()
    };


    @RequestMapping("/cal")
    @ResponseBody
    String[] cal(double p, int m, double yr, int type) {
        System.out.println(calArray[type]);
        return calArray[type].cal(new Calculator(p, m, yr));
    }

    @RequestMapping("/details")
    @ResponseBody
    String[][] details(double p, int m, double yr, int type) {
        return calArray[type].details(new Calculator(p, m, yr));
    }

}

2. 控制反转

一直以来，都是我们自己用 new 关键字配合构造方法来创建对象，但我们现在用的是 Spring 框架，可以把一些创建对象的活交给 Spring 框架去做。

那么 Spring 框架怎么创建对象呢？它主要是配合一些注解来完成对象的创建，例如，我们一直在用的 @Controller 注解，当 Spring 程序运行时，它会检查这些类上有没有加一些特殊注解，例如它发现这个类上加了 @Controller 注解，框架就知道，该由框架来创建这个 CalculatorController 对象，默认只会创建一个。

这样的注解还有不少，我们现在需要掌握的有 @Controller 算一个，还有一个是 @Service，试试把这些 Service 类的创建交给 Spring 吧：

@Service
class CalculatorService0 implements Cal {
    public String[] cal(Calculator c) {
    }
    public String[][] details(Calculator c) {
    }
}

@Service
class CalculatorService1 implements Cal {
    public String[] cal(Calculator c) {
    }
    public String[][] details(Calculator c) {
    }
}

@Service
class CalculatorService2 implements Cal {
    public String[] cal(Calculator c) {
    }
    public String[][] details(Calculator c) {
    }
}

• @Service 的作用就是告诉 Spring，这个类以后要创建对象的话，不归程序员管了啊，归 Spring 管
• 其实 @Controller 的作用也是类似的，控制器对象虽然我们没 new，实际由 Spring 来创建了

把对象的创建权交给 Spring 来完成，对象的创建权被交出去，这称之为控制反转

3. 依赖注入

那么我们的代码里怎么拿到 Spring 创建的对象呢？

@Controller
public class CalController {

	// ...
    
    @Autowired
    private Cal[] calArray;
    
    // ...
    
}

这儿又要引入一个相关的名词：依赖注入

比如说，这里的 控制器 需要 service 才能工作，就可以说控制器对象依赖于 service 对象，缺了这些依赖对象行吗？不行吧。怎么找到这些依赖对象呢？如果是框架帮你找到这些依赖对象，按一定规则提供给你，就称之为依赖注入

怎么让框架帮你找到这些依赖对象呢？答案是 @Autowired

«interface»

CalculatorService

CalculatorService0

CalculatorService1

CalculatorService2

在 Cal[] 数组上添加 @Autowired 即可，它是根据类型去问 Spring 要对象，Spring 中有很多对象，具体要哪个对象呢？答案是根据类型要

• Cal 表示，只要 Spring 创建的对象实现了 Cal 接口，就符合条件
• Cal[] 表示，要多个
• 最终的结果是找到 Spring 管理的 CalculatorService0、CalculatorService1、CalculatorService2 三个对象，并放入了 Cal[] 数组

4. 由Spring创建JavaBean

Spring 还可以根据请求中的多个查询参数，帮我们创建 JavaBean 数据对象

@Controller
public class CalController {

    // ...

    @Autowired
    private Cal[] calArray;


    @RequestMapping("/cal")
    @ResponseBody
    String[] cal(Calculator c, int type) {
        return calArray[type].cal(c);
    }

    @RequestMapping("/details")
    @ResponseBody
    String[][] details(Calculator c, int type) {
        return calArray[type].details(c);
    }

}

• 如果提供了无参构造，Spring 会优先用它来创建对象，并调用 setXXX 方法，对属性进行赋值
  • 查询参数有 p，那么 Spring 会找一个名为 setP 的方法完成赋值
  • 查询参数有 m，那么 Spring 会找一个名为 setM 的方法完成赋值
  • 查询参数有 yr，那么 Spring 会找一个名为 setYr 的方法完成赋值
  • 查询参数有 type，但 Calculator 对象没有 setType 方法，所以 type 并不会存入对象
• 如果没有无参构造，但提供了有参构造，Spring 会拿构造方法参数名与查询参数相对应，并完成赋值
  • 我们的例子中，查询参数有 p，m，yr，构造方法参数名也叫 p，m，yr，根据对应关系完成赋值

注意

• 不是所有 JavaBean 对象都应该交给 Spring 创建，一般只有请求中的数据，才会这么做

5. 包结构约定

这节课讲讲包结构约定，之前我们也讲过当类的数目比较多时，要根据它们的功能，进一步划分 package，以便更好的管理。 目前可以划分 3 个包

• controller 包，用来存放控制器类
• service 包，用来存放业务逻辑类
• dto 包，用来存放存数据的 JavaBean 类，dto 是 Data Transfer Object（数据传输对象）的缩写

最后要注意一下入口类的位置，必须放在 service, controller 这几个包的上一层，为什么呢？

这个入口类，它还肩负了一个职责，查找 @Service, @Controller 等注解的类，然后创建对象。它查找的范围是在这个类的当前 package 之内，因此如果 service，controller 等包如果不在这个 package 内，那么会查找不到

八. 核心类库

1. ArrayList

数组缺点

接下来需要讲解的是 ArrayList，它常常被用来替代数组

数组的缺点：不能自动扩容，比如已经创建了大小为 5 的数组，再想放入一个元素，就放不下了，需要创建更大的数组，还得把旧数组的元素迁移过去。

自己来做比较麻烦

public class TestArray {
    public static void main(String[] args) {
        String[] arr0 = new String[]{"a", "b", "c", "d", "e"};
        String[] arr1 = new String[6];
        for (int i = 0; i < arr0.length; i++) {
            arr1[i] = arr0[i];
        }
        arr1[5] = "f";
        System.out.println(Arrays.toString(arr0));
        System.out.println(Arrays.toString(arr1));
    }
}

• 想看数组内所有元素，循环遍历，依次打印是一个办法
• 用 Arrays.toString 方法是更简单的办法

ArrayList 自动扩容

这时可以使用 ArrayList 来替代 String[]，它的内部仍然是数组，只是封装了更多实用的逻辑

ArrayList list = new ArrayList(5); // 指定初始容量为 5, 如果不指定默认是 10
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");
list.add("d");
list.add("e");

// 不用担心容量不够, 它内部封装了扩容的逻辑, 每次按原来容量的 1.5 扩容, 向下取整, 如 5->7->10 
list.add("f");
System.out.println(list);

• ArrayList 每次扩容后，会预留一些空位，避免了频繁扩容
• 封装带来的问题是看不到内部的结构，没关系，可以使用 debug 工具来调试

ArrayList 遍历与泛型

List 的遍历有多种办法，这里只介绍最简单的一种

for (Object e : list) {
    System.out.println(e);
}

// 与之对比, 数组也能类似方式进行遍历
for (String s : arr0) {
    System.out.println(s);
}

• 这种遍历称之为增强 for 循环

上例中的 list 是把元素当作 Object 加入到它的内部，再取出来也会当作 Object，有时候，就会不方便

• 例如 list 里放的都是整数，想做个累加

可以用泛型来限制元素的存取类型，例如

• ArrayList 专门存取字符串类型元素
• ArrayList 专门存取整数类型元素
  • List 中只能存引用类型，不能直接存基本类型

例如

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>(5);
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4); // 按 Integer 存

int sum = 0;
for (Integer i : list) { // 按 Integer 取
    sum += i;
}

System.out.println(sum);

其中等式右边的 可以简化为 <>

List 接口

«interface»

Collection

«interface»

List

ArrayList

List12

ListN

• ArrayList 是 List 接口的一个实现类
• 除它以外，还有 List12 和 ListN 等实现类
  • 他俩的特点是一旦 list 中元素确定，就不能再向 list 添加、移除元素

List<Integer> list2 = List.of(1, 2, 3, 4);
System.out.println(list2.getClass()); // class java.util.ImmutableCollections$ListN


List<Integer> list3 = List.of(1, 2);
System.out.println(list3.getClass()); // class java.util.ImmutableCollections$List12

• of 方法隐藏了内部实现细节，对于使用者不需要关心对象的实际类型。

• 要是真想知道这个对象的类型是什么可以不？可以用继承自 Object 的 getClass 方法获得对象的真正类型

2. HashMap

String[] 和 ArrayList 都有一个缺点：查找其中某个元素不高效，例如：

public static String find1(String value) {
    String[] array = new String[]{"小明", "小白", "小黑"};
    for (String s : array) {
        if (s.equals(value)) {
            return s;
        }
    }
    return null;
}

public static String find2(String value) {
    List<String> list = List.of("小明", "小白", "小黑");
    for (String s : list) {
        if (s.equals(value)) {
            return s;
        }
    }
    return null;
}

可以想象，如果集合大小为 n，而要查找的元素是最后一个，需要比较 n 次才能找到元素

解决思路，人为建立一种【映射】关系，比如：

0

1

2

小明

小白

小黑

• 0、1、2，是小明、小白、小黑的代号

public static String find1(int key) {
    String[] array = new String[]{"小明", "小白", "小黑"};
    if (key < 0 || key >= array.length) {
        return null;
    }
    return array[key];
}

public static String find2(int key) {
    List<String> list = List.of("小明", "小白", "小黑");
    if (key < 0 || key >= list.size()) {
        return null;
    }
    return list.get(key);
}

• 可以看到，不用逐一比较了，当前前提是要知道这个对应关系
• 前面选择 CalculatorService 对象时，也用了这个技巧

但 0、1、2 意思不是很直白，如果元素数量较多，容易弄混，如果能起个更有意义的名字是不是更好？这就是下面要讲的 Map

bright

小明

white

小白

black

小黑

什么是 Map 呢，很简单，它就是一组映射关系。

你看刚才的例子中，是建立了数组索引和数据元素之间的映射关系，根据索引快速找到元素。现在 map 也是一组映射关系，只是把索引变得更有意义而已。用 bright 映射小明，white 映射小白，black 映射小黑，前面的 bright、white、black 称之为 key ，key 需要唯一 ， 后面这些称之为 value

代码如下：

public static String find3(String key) {
    Map<String, String> map = Map.of(
        "bright", "小明",
        "white", "小白",
        "black", "小黑"
    );
    return map.get(key);
}

Map 需要掌握的点：

• 可以用泛型限制 Map 中 key 和 value 的类型
• Map.of 用来创建不可变的 Map，即初始时确定了有哪些 key 和 value，之后就不能新增或删除了
  • 根据 key 获取 value，用 get(key) 方法
• 如果想创建可变的 Map，用 new HashMap()
  • 存入新的 key，value，用 put(key, value) 方法
• 遍历 Map 也有多种方法，这里介绍一种相对好用的：

for (Map.Entry<String, String> e : map.entrySet()) {
    // e.getKey()    获取 key
    // e.getValue()  获取 value
}

• 其中 Map.Entry 代表一对儿 key，value
• map.entrySet() 方法来获取所有的 entry

九. 异常处理

1. try - catch

回忆之前我们对异常的使用，我们用异常改变了方法执行流程

public class TestTry {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(1);
        test(0.0);
        System.out.println(3);
    }

    public static void test(double p) {
        if(p <= 0.0) {
            // 异常也是一个对象, 包含的是错误描述
            throw new IllegalArgumentException("本金必须大于 0"); // 1 处
        }
        System.out.println(2);
    }
}

输出

1
Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: 本金必须大于 0
	at com.itheima.module3.TestTry.test(TestTry.java:13)
	at com.itheima.module3.TestTry.main(TestTry.java:7)

这个例子中，执行到 1 处出现了异常，后续的输出 2、3 的代码都不会执行了

但如果希望，一个方法出现异常后，不要影响其它方法继续运行，可以用下面的语法来处理

public class TestTry {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(1);
        try {
            test(0.0);
        } catch (IllegalArgumentException e) {
            System.out.println(e);
        }
        System.out.println(3);
    }

    public static void test(double p) {
        if (p <= 0.0) {
            throw new IllegalArgumentException("本金必须大于 0");
        }
        System.out.println(2);
    }
}

输出

1
java.lang.IllegalArgumentException: 本金必须大于 0
3

执行流程为

• 试着执行 try 块中的代码，如果没异常，一切照旧
• 现在 try 块内的代码出现了异常：test 方法抛出 IllegalArgumentException 异常对象，异常抛给 test 方法的上一层：main 方法，test 的剩余代码不会执行
• main 方法中的 catch 能够捕捉 IllegalArgumentException 异常对象，代码进入 catch 块
• 执行 catch 块内的代码
• 继续运行后续代码 System.out.println(3)

如果把 catch 的异常类型改为 NullPointerException

• 那么 catch 捉不住 IllegalArgumentException 异常对象，这个异常对象会继续向上抛，抛给 main 方法的上一层
• main 方法的上一次是 jvm，当 jvm 收到异常，就会终止整个程序执行

如果不加 try - catch 块，异常对象也会继续从 main 方法抛给 jvm，jvm 收到异常终止程序执行

如果把 catch 的异常类型改为 Exception

• 那么 catch 也能捉住 IllegalArgumentException 异常对象
• catch 能不能捉异常，是看实际异常对象和 catch 所声明的异常类型是否满足是一个的关系，即
  • 能够向上转型，就能捉
  • 不能向上转型，就捉不住
• 异常的继承关系见下一节的图，通常会在 catch 处声明 Exception 类型，这样就能统一捕获它的所有子类异常对象

2. 继承体系

Throwable

String getMessage()

void printStackTrace()

Exception

Error

RuntimeException

IllegalArgumentException

ArrayIndexOutOfBoundsException

ArithmeticException

NullPointerException

• Throwable 是异常中最顶层的父类
  • getMessage() 提供获取异常信息的功能
  • printStackTrace() 会在【标准错误】输出方法的调用链，用于定位错误位置
• Error 代表无药可救的异常，通常这种异常就算 catch 也救不了
• Exception 代表还可以救一救的异常，catch 后可以让程序恢复运行
• 我们见过的异常有
  • IllegalArgumentException 非法参数异常
  • ArrayIndexOutOfBoundsException 数组越界异常
  • ArithmeticException 算术异常
  • NullPointerException 空指针异常

3. Spring 处理异常

问题：为何之前我们控制器中出现的异常不用 try - catch 处理？

• 控制器方法是由 Spring 的方法来调用的，因此控制器方法中出现异常，会抛给 Spring 方法
• Spring 的方法内部用了 try - catch 来捕捉异常，并在 catch 块中会把异常信息作为响应返回

我们当然也能自己 catch 异常，但可悲的是，你就算 catch 住异常又能干什么呢？还得考虑自己如何把异常信息转换为响应，还不如不 catch，交给 Spring 去处理

4. 编译异常与运行时异常

异常按语法可以分成两类

• 运行时异常（也称未检查异常）
  • Error 以及它的子类
  • RuntimeException 以及它的子类
• 编译异常（也称检查异常）
  • 除掉运行时以外的所有异常，都属于编译异常

分别举一个例子：throw 一个运行时异常，没有额外语法，此异常抛给上一层方法来处理

public static void test(double p) {
    if (p <= 0.0) {
        throw new IllegalArgumentException("本金必须大于 0");
    }
    System.out.println(2);
}

如果 throw 一个编译异常

public static void test(double p) {
    if (p <= 0.0) {
        throw new Exception("本金必须大于 0"); // 语法报错了！
    }
    System.out.println(2);
}

• 编译异常要求在语法上对异常的处理做出选择，而且选择是强制的，只能下面两个选择二选一
  • 选择1，自己处理：加 try catch 语句
  • 选择2，抛给上一层方法做处理：用 throws 声明

public static void test(double p) throws Exception {
    if (p <= 0.0) {
        throw new Exception("本金必须大于 0");
    }
    System.out.println(2);
}

但编译时异常的烦人之处在于，当编译时异常抛给上一层方法后，上一层方法也被迫做出类似的选择

5. finally

如果无论是否出现异常，都一定要执行的代码，可以用 finally 语法

try {
    
} catch (Exception e) {
    
} finally {
    
}

其中 catch 不是必须的，可以 try 与 finally 一起用

那这个 finally 的使用场景是什么呢？

以后我们的代码常常需要与一些外部资源打交道，外部资源有文件、数据库等等。这些外部资源使用时都有个注意事项，就是用完后得把资源及时释放关闭，资源都是有限的，如果用完不关，最终会导致资源耗尽，程序也无法继续运行了。将来这边代表资源的对象一般都会提供一个名为 close 的方法，用来释放资源。显然在 finally 中调用资源的 close 方法最为科学

public class TestFinally {
    public static void main(String[] args) {
		Resource r = new Resource();
        try {
            System.out.println("使用资源");
            int i = 1 / 0;
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e);
        } finally {
            r.close();
        }
    }
}

class Resource implements Closeable {
    @Override
    public void close() {
        System.out.println("释放资源");
    }
}

如果资源实现了 Closeable 接口，那么可以用 try-with-resource 语法来省略 finally

public class TestFinally {
    public static void main(String[] args) {
        // try - with - resource
        try (Resource r = new Resource()) {
            System.out.println("使用资源");
			int i = 1 / 0;
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e);
        }
    }
}

class Resource implements Closeable {
    @Override
    public void close() {
        System.out.println("释放资源");
    }
}