从Python到Java：Java面向对象学习笔记

面向对象编程

面向对象的实现方式，包括：

继承
多态

Java语言本身提供的机制，包括：

package
classpath
jar

以及Java标准库提供的核心类，包括：

字符串
包装类型
JavaBean
枚举
常用工具类

而instance是对象实例，instance是根据class创建的实例，可以创建多个instance

定义class

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

public是用来修饰字段的，它表示这个字段可以被外部访问。

class Book {
    public String name;
    public String author;
    public String isbn;
    public double price;
}

一个class可以包含多个字段（field），字段用来描述一个类的特征。上面的Person类，我们定义了两个字段，一个是String类型的字段，命名为name，一个是int类型的字段，命名为age。因此，通过class，把一组数据汇集到一个对象上，实现了数据封装。

创建实例

定义了class，只是定义了对象模版，而要根据对象模版创建出真正的对象实例，必须用new操作符。
new操作符可以创建一个实例，然后，我们需要定义一个引用类型的变量来指向这个实例：

Person ming = new Person();

上述代码创建了一个Person类型的实例，并通过变量ming指向它。
注意区分Person ming是定义Person类型的变量ming，而new Person()是创建Person实例。

ming.name = "Xiao Ming"; // 对字段name赋值
ming.age = 12; // 对字段age赋值
System.out.println(ming.name); // 访问字段name

Person hong = new Person();
hong.name = "Xiao Hong";
hong.age = 15;

上述两个变量分别指向两个不同的实例，它们在内存中的结构如下：

            ┌──────────────────┐
ming ──────>│Person instance   │
            ├──────────────────┤
            │name = "Xiao Ming"│
            │age = 12          │
            └──────────────────┘
            ┌──────────────────┐
hong ──────>│Person instance   │
            ├──────────────────┤
            │name = "Xiao Hong"│
            │age = 15          │
            └──────────────────┘

两个instance拥有class定义的name和age字段，且各自都有一份独立的数据，互不干扰。

方法

一个class可以包含多个field，例如，我们给Person类就定义了两个field：

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

但是，直接把field用public暴露给外部可能会破坏封装性。

Person ming = new Person();
ming.name = "Xiao Ming";
ming.age = -99; // age设置为负数

显然，直接操作field，容易造成逻辑混乱。为了避免外部代码直接去访问field，我们可以用private修饰field，拒绝外部访问：

class Person {
    private String name;
    private int age;
}

我们需要使用方法（method）来让外部代码可以间接修改field：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person ming = new Person();
        ming.setName("Xiao Ming"); // 设置name
        ming.setAge(12); // 设置age
        System.out.println(ming.getName() + ", " + ming.getAge());
    }
}

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public String getName() {
        return this.name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return this.age;
    }

    public void setAge(int age) {
        if (age < 0 || age > 100) {
            throw new IllegalArgumentException("invalid age value");
        }
        this.age = age;
    }
}

在方法内部，我们就有机会检查参数对不对。

public void setName(String name) {
    if (name  null || name.isBlank()) {
        throw new IllegalArgumentException("invalid name");
    }
    this.name = name.strip(); // 去掉首尾空格
}

一个方法调用就是一个语句，所以不要忘了在末尾加;。例如：ming.setName(“Xiao Ming”);
从上面的代码可以看出，定义方法的语法是：

修饰符 方法返回类型 方法名(方法参数列表) {
    若干方法语句;
    return 方法返回值;
}

方法返回值通过return语句实现，如果没有返回值，返回类型设置为void，可以省略return。

private方法

定义private方法的理由是内部方法是可以调用private方法的:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person ming = new Person();
        ming.setBirth(2008);
        System.out.println(ming.getAge());
    }
}

class Person {
    private String name;
    private int birth;

    public void setBirth(int birth) {
        this.birth = birth;
    }

    public int getAge() {
        return calcAge(2019); // 调用private方法
    }

    // private方法:
    private int calcAge(int currentYear) {
        return currentYear - this.birth;
    }
}

this变量

如果没有命名冲突，可以省略this,在方法内部，可以使用一个隐含的变量this，它始终指向当前实例。因此，通过this.field就可以访问当前实例的字段。

class Person {
    private String name;

    public String getName() {
        return name; // 相当于this.name
    }
}

但是，如果有局部变量和字段重名，那么局部变量优先级更高，就必须加上this：

class Person {
    private String name;

    public void setName(String name) {
        this.name = name; // 前面的this不可少，少了就变成局部变量name了
    }
}

方法参数

class Person {
    ...
    public void setNameAndAge(String name, int age) {
        ...
    }
}

方法可以包含0个或任意个参数。方法参数用于接收传递给方法的变量值。调用方法时，必须严格按照参数的定义一一传递。例如：

class Person {
    ...
    public void setNameAndAge(String name, int age) {
        ...
    }
}

调用这个setNameAndAge()方法时，必须有两个参数，且第一个参数必须为String，第二个参数必须为int：

Person ming = new Person();
ming.setNameAndAge("Xiao Ming"); // 编译错误：参数个数不对
ming.setNameAndAge(12, "Xiao Ming"); // 编译错误：参数类型不对

可变参数

可变参数用类型...定义，可变参数相当于数组类型：

class Group {
    private String[] names;
    public void setNames(String... names) {
        this.names = names;
    }

上面的setNames()就定义了一个可变参数。调用时，可以这么写：

Group g = new Group();
g.setNames("Xiao Ming", "Xiao Hong", "Xiao Jun"); // 传入3个String
g.setNames("Xiao Ming", "Xiao Hong"); // 传入2个String
g.setNames("Xiao Ming"); // 传入1个String
g.setNames(); // 传入0个String

完全可以把可变参数改写为String[]类型：

class Group {
    private String[] names;

    public void setNames(String[] names) {
        this.names = names;
    }
}

但是，调用方需要自己先构造String[]，比较麻烦。例如：

Group g = new Group();
g.setNames(new String[] {"Xiao Ming", "Xiao Hong", "Xiao Jun"}); // 传入1个String[]

另一个问题是，调用方可以传入null：

Group g = new Group();
g.setNames(null);

而可变参数可以保证无法传入null，因为传入0个参数时，接收到的实际值是一个空数组而不是null。

参数绑定

基本类型参数绑定:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Person();
        int n = 15; // n的值为15
        p.setAge(n); // 传入n的值
        System.out.println(p.getAge()); // 15
        n = 20; // n的值改为20
        System.out.println(p.getAge()); // 15还是20?
    }
}

class Person {
    private int age;

    public int getAge() {
        return this.age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

15
15

运行代码，从结果可知，修改外部的局部变量n，不影响实例p的age字段，原因是setAge()方法获得的参数，复制了n的值，因此，p.age和局部变量n互不影响。
结论：基本类型参数的传递，是调用方值的复制。双方各自的后续修改，互不影响。

引用类型参数绑定:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Person();
        String[] fullname = new String[] { "Homer", "Simpson" };
        p.setName(fullname); // 传入fullname数组
        System.out.println(p.getName()); // "Homer Simpson"
        fullname[0] = "Bart"; // fullname数组的第一个元素修改为"Bart"
        System.out.println(p.getName()); // "Homer Simpson"还是"Bart Simpson"?
    }
}

class Person {
    private String[] name;

    public String getName() {
        return this.name[0] + " " + this.name[1];
    }

    public void setName(String[] name) {
        this.name = name;
    }
}

Homer Simpson
Bart Simpson

注意到setName()的参数现在是一个数组。一开始，把fullname数组传进去，然后，修改fullname数组的内容，结果发现，实例p的字段p.name也被修改了！

结论：引用类型参数的传递，调用方的变量，和接收方的参数变量，指向的是同一个对象。双方任意一方对这个对象的修改，都会影响对方（因为指向同一个对象嘛）。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Person();
        String bob = "Bob";
        p.setName(bob); // 传入bob变量
        System.out.println(p.getName()); // "Bob"
        bob = "Alice"; // bob改名为Alice
        System.out.println(p.getName()); // "Bob"还是"Alice"?
    }
}

class Person {
    private String name;

    public String getName() {
        return this.name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

Bob
Bob

构造方法

Person ming = new Person();
ming.setName("小明");
ming.setAge(12);

能否在创建对象实例时就把内部字段全部初始化为合适的值？完全可以!

创建实例的时候，实际上是通过构造方法来初始化实例的。我们先来定义一个构造方法，能在创建Person实例的时候，一次性传入name和age，完成初始化：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Person("Xiao Ming", 15);
        System.out.println(p.getName());
        System.out.println(p.getAge());
    }
}

class Person {
    private String name;
    private int age;

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

    public int getAge() {
        return this.age;
    }
}

由于构造方法是如此特殊，所以构造方法的名称就是类名。构造方法的参数没有限制，在方法内部，也可以编写任意语句。但是，和普通方法相比，构造方法没有返回值（也没有void），调用构造方法，必须用new操作符。

默认构造方法

是不是任何class都有构造方法？是的。

那前面我们并没有为Person类编写构造方法，为什么可以调用new Person()？

原因是如果一个类没有定义构造方法，编译器会自动为我们生成一个默认构造方法，它没有参数，也没有执行语句，类似这样：

class Person {
    public Person() {
    }
}

要特别注意的是，如果我们自定义了一个构造方法，那么，编译器就不再自动创建默认构造方法：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Person(); // 编译错误:找不到这个构造方法
    }
}

class Person {
    private String name;
    private int age;

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

    public int getAge() {
        return this.age;
    }
}

如果既要能使用带参数的构造方法，又想保留不带参数的构造方法，那么只能把两个构造方法都定义出来：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person("Xiao Ming", 15); // 既可以调用带参数的构造方法
        Person p2 = new Person(); // 也可以调用无参数构造方法
    }
}

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person() {
    }

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

    public int getAge() {
        return this.age;
    }
}

没有在构造方法中初始化字段时，引用类型的字段默认是null，数值类型的字段用默认值，int类型默认值是0，布尔类型默认值是false：

class Person {
    private String name; // 默认初始化为null
    private int age; // 默认初始化为0
    public Person() {
    }
}

也可以对字段直接进行初始化：

class Person {
    private String name = "Unamed";
    private int age = 10;
}

那么问题来了：既对字段进行初始化，又在构造方法中对字段进行初始化：

class Person {
    private String name = "Unamed";
    private int age = 10;

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

当我们创建对象的时候，new Person(“Xiao Ming”, 12)得到的对象实例，字段的初始值是啥？
在Java中，创建对象实例的时候，按照如下顺序进行初始化：

先初始化字段，例如，int age = 10;表示字段初始化为10，double salary;表示字段默认初始化为0，String name;表示引用类型字段默认初始化为null；
执行构造方法的代码进行初始化。

因此，构造方法的代码由于后运行，所以，new Person("Xiao Ming", 12)的字段值最终由构造方法的代码确定。

多构造方法

可以定义多个构造方法，在通过new操作符调用的时候，编译器通过构造方法的参数数量、位置和类型自动区分：

class Person {
    private String name;
    private int age;

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

    public Person(String name) {
        this.name = name;
        this.age = 12;
    }

    public Person() {
    }
}

一个构造方法可以调用其他构造方法，这样做的目的是便于代码复用。调用其他构造方法的语法是this(…)：

class Person {
    private String name;
    private int age;

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

    public Person(String name) {
        this(name, 18); // 调用另一个构造方法Person(String, int)
    }

    public Person() {
        this("Unnamed"); // 调用另一个构造方法Person(String)
    }
}

方法重载

在一个类中，我们可以定义多个方法。如果有一系列方法，它们的功能都是类似的，只有参数有所不同，那么，可以把这一组方法名做成同名方法。例如，在Hello类中，定义多个hello()方法：

class Hello {
    public void hello() {
        System.out.println("Hello, world!");
    }

    public void hello(String name) {
        System.out.println("Hello, " + name + "!");
    }

    public void hello(String name, int age) {
        if (age < 18) {
            System.out.println("Hi, " + name + "!");
        } else {
            System.out.println("Hello, " + name + "!");
        }
    }
}

这种方法名相同，但各自的参数不同，称为方法重载（Overload）。

注意：方法重载的返回值类型通常都是相同的。

方法重载的目的是，功能类似的方法使用同一名字，更容易记住，因此，调用起来更简单。

举个例子，String类提供了多个重载方法indexOf()，可以查找子串：

int indexOf(int ch)：根据字符的Unicode码查找；
int indexOf(String str)：根据字符串查找；
int indexOf(int ch, int fromIndex)：根据字符查找，但指定起始位置；
int indexOf(String str, int fromIndex)根据字符串查找，但指定起始位置。

继承

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public String getName() {...}
    public void setName(String name) {...}
    public int getAge() {...}
    public void setAge(int age) {...}
}

现在，假设需要定义一个Student类，字段如下：

class Student {
    private String name;
    private int age;
    private int score;

    public String getName() {...}
    public void setName(String name) {...}
    public int getAge() {...}
    public void setAge(int age) {...}
    public int getScore() { … }
    public void setScore(int score) { … }
}

当我们让Student从Person继承时，Student就获得了Person的所有功能，我们只需要为Student编写新增的功能。

Java使用extends关键字来实现继承：

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public String getName() {...}
    public void setName(String name) {...}
    public int getAge() {...}
    public void setAge(int age) {...}
}

class Student extends Person {
    // 不要重复name和age字段/方法,
    // 只需要定义新增score字段/方法:
    private int score;

    public int getScore() { … }
    public void setScore(int score) { … }
}

Person称为超类（super class），父类（parent class），基类（base class），把Student称为子类（subclass），扩展类（extended class）。

继承树

┌───────────┐
│  Object   │
└───────────┘
      ▲
      │
┌───────────┐
│  Person   │
└───────────┘
      ▲
      │
┌───────────┐
│  Student  │
└───────────┘

注意到我们在定义Person的时候，没有写extends。在Java中，没有明确写extends的类，编译器会自动加上extends Object。所以，任何类，除了Object，都会继承自某个类。下图是Person、Student的继承树：
Java只允许一个class继承自一个类，因此，一个类有且仅有一个父类。只有Object特殊，它没有父类。

类似的，如果我们定义一个继承自Person的Teacher，它们的继承树关系如下：

       ┌───────────┐
       │  Object   │
       └───────────┘
             ▲
             │
       ┌───────────┐
       │  Person   │
       └───────────┘
          ▲     ▲
          │     │
          │     │
┌───────────┐ ┌───────────┐
│  Student  │ │  Teacher  │
└───────────┘ └───────────┘

protected

继承有个特点，就是子类无法访问父类的private字段或者private方法。例如，Student类就无法访问Person类的name和age字段：

class Person {
    private String name;
    private int age;
}

class Student extends Person {
    public String hello() {
        return "Hello, " + name; // 编译错误：无法访问name字段
    }
}

class Person {
    protected String name;
    protected int age;
}

class Student extends Person {
    public String hello() {
        return "Hello, " + name; // OK!
    }
}

age关键字可以把字段和方法的访问权限控制在继承树内部，一个protected字段和方法可以被其子类，以及子类的子类所访问，后面我们还会详细讲解。

super

super关键字表示父类（超类）。子类引用父类的字段时，可以用super.fieldName。例如：

class Student extends Person {
    public String hello() {
        return "Hello, " + super.name;
    }
}

实际上，这里使用super.name，或者this.name，或者name，效果都是一样的。编译器会自动定位到父类的name字段。但是，在某些时候，就必须使用super。我们来看一个例子：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Student s = new Student("Xiao Ming", 12, 89);
    }
}

class Person {   //Person类并没有无参数的构造方法，因此，编译失败
    protected String name;
    protected int age;

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

class Student extends Person {
    protected int score;

    public Student(String name, int age, int score) {
        this.score = score;
    }
}

运行上面的代码，会得到一个编译错误，大意是在Student的构造方法中，无法调用Person的构造方法。

这是因为在Java中，任何class的构造方法，第一行语句必须是调用父类的构造方法。如果没有明确地调用父类的构造方法，编译器会帮我们自动加一句super();，所以，Student类的构造方法实际上是这样：

class Student extends Person {
    protected int score;

    public Student(String name, int age, int score) {
        super(); // 自动调用父类的构造方法
        this.score = score;
    }
}

但是，Person类并没有无参数的构造方法，因此，编译失败。

解决方法是调用Person类存在的某个构造方法。例如：

class Student extends Person {
    protected int score;

    public Student(String name, int age, int score) {
        super(name, age); // 调用父类的构造方法Person(String, int)
        this.score = score;
    }
}

如果父类没有默认的构造方法，子类就必须显式调用super()并给出参数以便让编译器定位到父类的一个合适的构造方法。

这里还顺带引出了另一个问题：即子类不会继承任何父类的构造方法。子类默认的构造方法是编译器自动生成的，不是继承的。

向上转型

如果一个引用变量的类型是Student，那么它可以指向一个Student类型的实例：

Student s = new Student();

如果一个引用类型的变量是Person，那么它可以指向一个Person类型的实例：

Person p = new Person();

现在问题来了：如果Student是从Person继承下来的，那么，一个引用类型为Person的变量，能否指向Student类型的实例？

Person p = new Student(); // ???

这种指向是允许的！
这是因为Student继承自Person，因此，它拥有Person的全部功能。Person类型的变量，如果指向Student类型的实例，对它进行操作，是没有问题的！
这种把一个子类类型安全地变为父类类型的赋值，被称为向上转型（upcasting）。
向上转型实际上是把一个子类型安全地变为更加抽象的父类型：

Student s = new Student();
Person p = s; // upcasting, ok
Object o1 = p; // upcasting, ok
Object o2 = s; // upcasting, ok

向下转型

和向上转型相反，如果把一个父类类型强制转型为子类类型，就是向下转型（downcasting）。例如：

Person p1 = new Student(); // upcasting, ok
Person p2 = new Person();
Student s1 = (Student) p1; // ok
Student s2 = (Student) p2; // runtime error! ClassCastException!

Person类型p1实际指向Student实例，Person类型变量p2实际指向Person实例。在向下转型的时候，把p1转型为Student会成功，因为p1确实指向Student实例，把p2转型为Student会失败，因为p2的实际类型是Person，不能把父类变为子类，因为子类功能比父类多，多的功能无法凭空变出来。
向下转型很可能会失败。失败的时候，Java虚拟机会报ClassCastException。
为了避免向下转型出错，Java提供了instanceof操作符，可以先判断一个实例究竟是不是某种类型：

Person p = new Person();
System.out.println(p instanceof Person); // true
System.out.println(p instanceof Student); // false

Student s = new Student();
System.out.println(s instanceof Person); // true
System.out.println(s instanceof Student); // true

Student n = null;
System.out.println(n instanceof Student); // false

Person p = new Student();
if (p instanceof Student) {
    // 只有判断成功才会向下转型:
    Student s = (Student) p; // 一定会成功
}

从Java 14开始，判断instanceof后，可以直接转型为指定变量，避免再次强制转型。例如，对于以下代码：

Object obj = "hello";
if (obj instanceof String) {
    String s = (String) obj;
    System.out.println(s.toUpperCase());
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = "hello";
        if (obj instanceof String s) {
            // 可以直接使用变量s:
            System.out.println(s.toUpperCase());
        }
    }
}

使用instanceof variable这种判断并转型为指定类型变量的语法时，必须打开编译器开关--source 14和--enable-preview。

区分继承和组合

显然，从逻辑上讲，这是不合理的，Student不应该从Book继承，而应该从Person继承。

究其原因，是因为Student是Person的一种，它们是is关系，而Student并不是Book。实际上Student和Book的关系是has关系。

具有has关系不应该使用继承，而是使用组合，即Student可以持有一个Book实例：

class Student extends Person {
    protected Book book;
    protected int score;
}

因此，继承是is关系，组合是has关系

覆写

在继承关系中，子类如果定义了一个与父类方法签名完全相同的方法，被称为覆写（Override）。
例如，在Person类中，我们定义了run()方法：

class Person {
    public void run() {
        System.out.println("Person.run");
    }
}

在子类Student中，覆写这个run()方法：

class Student extends Person {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Student.run");
    }
}

Override和Overload不同的是，如果方法签名如果不同，就是Overload，Overload方法是一个新方法；
如果方法签名相同，并且返回值也相同，就是Override。

方法名相同，方法参数相同，但方法返回值不同，也是不同的方法。在Java程序中，出现这种情况，编译器会报错。

class Person {
    public void run() { … }
}

class Student extends Person {
    // 不是Override，因为参数不同:
    public void run(String s) { … }
    // 不是Override，因为返回值不同:
    public int run() { … }
}

加上@Override可以让编译器帮助检查是否进行了正确的覆写。希望进行覆写，但是不小心写错了方法签名，编译器会报错。我们已经知道，引用变量的声明类型可能与其实际类型不符，例如：

Person p = new Student();

如果子类覆写了父类的方法：
那么，一个实际类型为Student，引用类型为Person的变量，调用其run()方法，调用的是Person还是Student的run()方法？

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Student();
        p.run(); // 应该打印Person.run还是Student.run?
    }
}

class Person {
    public void run() {
        System.out.println("Person.run");
    }
}

class Student extends Person {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Student.run");
    }
}

Student.run

Java的实例方法调用是基于运行时的实际类型的动态调用，而非变量的声明类型。
这个非常重要的特性在面向对象编程中称之为多态。它的英文拼写非常复杂：Polymorphic。

多态

多态是指，针对某个类型的方法调用，其真正执行的方法取决于运行时期实际类型的方法。例如：

Person p = new Student();
p.run(); // 无法确定运行时究竟调用哪个run()方法

假设我们编写这样一个方法：

public void runTwice(Person p) {
    p.run();
    p.run();
}

它传入的参数类型是Person，我们是无法知道传入的参数实际类型究竟是Person，还是Student，还是Person的其他子类，因此，也无法确定调用的是不是Person类定义的run()方法。
多态的特性就是，运行期才能动态决定调用的子类方法。对某个类型调用某个方法，执行的实际方法可能是某个子类的覆写方法。这种不确定性的方法调用，究竟有什么作用？
假设我们定义一种收入，需要给它报税，那么先定义一个Income类：

class Income {
    protected double income;
    public double getTax() {
        return income * 0.1; // 税率10%
    }
}

对于工资收入，可以减去一个基数，那么我们可以从Income派生出SalaryIncome，并覆写getTax()：

class Salary extends Income {
    @Override
    public double getTax() {
        if (income <= 5000) {
            return 0;
        }
        return (income - 5000) * 0.2;
    }
}

如果你享受国务院特殊津贴，那么按照规定，可以全部免税：

class StateCouncilSpecialAllowance extends Income {
    @Override
    public double getTax() {
        return 0;
    }
}

现在，我们要编写一个报税的财务软件，对于一个人的所有收入进行报税，可以这么写：

public double totalTax(Income... incomes) {
    double total = 0;
    for (Income income: incomes) {
        total = total + income.getTax();
    }
    return total;
}

// Polymorphic

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 给一个有普通收入、工资收入和享受国务院特殊津贴的小伙伴算税:
        Income[] incomes = new Income[] {
            new Income(3000),
            new Salary(7500),
            new StateCouncilSpecialAllowance(15000)
        };
        System.out.println(totalTax(incomes));
    }

    public static double totalTax(Income... incomes) {
        double total = 0;
        for (Income income: incomes) {
            total = total + income.getTax();
        }
        return total;
    }
}

class Income {
    protected double income;

    public Income(double income) {
        this.income = income;
    }

    public double getTax() {
        return income * 0.1; // 税率10%
    }
}

class Salary extends Income {
    public Salary(double income) {
        super(income);
    }

    @Override
    public double getTax() {
        if (income <= 5000) {
            return 0;
        }
        return (income - 5000) * 0.2;
    }
}

class StateCouncilSpecialAllowance extends Income {
    public StateCouncilSpecialAllowance(double income) {
        super(income);
    }

    @Override
    public double getTax() {
        return 0;
    }
}

利用多态，totalTax()方法只需要和Income打交道
它完全不需要知道Salary和StateCouncilSpecialAllowance的存在，就可以正确计算出总的税。如果我们要新增一种稿费收入，只需要从Income派生，然后正确覆写getTax()方法就可以。把新的类型传入totalTax()，不需要修改任何代码。
多态具有一个非常强大的功能，就是允许添加更多类型的子类实现功能扩展，却不需要修改基于父类的代码。

覆写Object方法

因为所有的class最终都继承自Object，而Object定义了几个重要的方法：

toString()：把instance输出为String；
equals()：判断两个instance是否逻辑相等；
hashCode()：计算一个instance的哈希值。

在必要的情况下，我们可以覆写Object的这几个方法。例如：

class Person {
    ...
    // 显示更有意义的字符串:
    @Override
    public String toString() {
        return "Person:name=" + name;
    }

    // 比较是否相等:
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        // 当且仅当o为Person类型:
        if (o instanceof Person) {
            Person p = (Person) o;
            // 并且name字段相同时，返回true:
            return this.name.equals(p.name);
        }
        return false;
    }

    // 计算hash:
    @Override
    public int hashCode() {
        return this.name.hashCode();
    }
}

调用super

在子类的覆写方法中，如果要调用父类的被覆写的方法，可以通过super来调用。

class Person {
    protected String name;
    public String hello() {
        return "Hello, " + name;
    }
}

Student extends Person {
    @Override
    public String hello() {
        // 调用父类的hello()方法:
        return super.hello() + "!";
    }
}

final

继承可以允许子类覆写父类的方法。如果一个父类不允许子类对它的某个方法进行覆写，可以把该方法标记为Object。用**final修饰的方法不能被Override**：

class Person {
    protected String name;
    public final String hello() {
        return "Hello, " + name;
    }
}

Student extends Person {
    // compile error: 不允许覆写
    @Override
    public String hello() {
    }
}

如果一个类不希望任何其他类继承自它，那么可以把这个类本身标记为final。用final修饰的类不能被继承：

final class Person {
    protected String name;
}

// compile error: 不允许继承自Person
Student extends Person {
}

对于一个类的实例字段，同样可以用final修饰。用final修饰的字段在初始化后不能被修改。

class Person {
    public final String name = "Unamed";
}

Person p = new Person();
p.name = "New Name"; // compile error!

可以在构造方法中初始化final字段：

class Person {
    public final String name;
    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
}

可以保证实例一旦创建，其final字段就不可修改。

抽象类

由于多态的存在，每个子类都可以覆写父类的方法，例如：

class Person {
    public void run() { … }
}

class Student extends Person {
    @Override
    public void run() { … }
}

class Teacher extends Person {
    @Override
    public void run() { … }
}

从Person类派生的Student和Teacher都可以覆写run()方法。
如果父类Person的run()方法没有实际意义，能否去掉方法的执行语句？

class Person {
    public void run(); // Compile Error!
}

不行，会导致编译错误，因为定义方法的时候，必须实现方法的语句。能不能去掉父类的run()方法？

答案还是不行，因为去掉父类的run()方法，就失去了多态的特性。例如，runTwice()就无法编译：

public void runTwice(Person p) {
    p.run(); // Person没有run()方法，会导致编译错误
    p.run();
}

如果父类的方法本身不需要实现任何功能，仅仅是为了定义方法签名，目的是让子类去覆写它，那么，可以把父类的方法声明为抽象方法：

class Person {
    public abstract void run();
}

把一个方法声明为abstract，表示它是一个抽象方法，本身没有实现任何方法语句。因为这个抽象方法本身是无法执行的，所以，Person类也无法被实例化。编译器会告诉我们，无法编译Person类，因为它包含抽象方法。

abstract class Person {
    public abstract void run();
}

必须把Person类本身也声明为abstract，才能正确编译它。

Person p = new Person(); // 编译错误

抽象类本身被设计成只能用于被继承，因此，抽象类可以强迫子类实现其定义的抽象方法，否则编译会报错。因此，抽象方法实际上相当于定义了“规范”。
例如，Person类定义了抽象方法run()，那么，在实现子类Student的时候，就必须覆写run()方法：

抽象类

如果一个class定义了方法，但没有具体执行代码，这个方法就是抽象方法，抽象方法用abstract修饰。

因为无法执行抽象方法，因此这个类也必须申明为抽象类（abstract class）。

使用abstract修饰的类就是抽象类。我们无法实例化一个抽象类：

Person p = new Person(); // 编译错误

无法实例化的抽象类有什么用？

因为抽象类本身被设计成只能用于被继承，因此，抽象类可以强迫子类实现其定义的抽象方法，否则编译会报错。因此，抽象方法实际上相当于定义了“规范”。

例如，Person类定义了抽象方法run()，那么，在实现子类Student的时候，就必须覆写run()方法：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Student();
        p.run();
    }
}

abstract class Person {
    public abstract void run();
}

class Student extends Person {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Student.run");
    }
}

面向抽象编程

当我们定义了抽象类Person，以及具体的Student、Teacher子类的时候，我们可以通过抽象类Person类型去引用具体的子类的实例：

Person s = new Student();
Person t = new Teacher();

这种引用抽象类的好处在于，我们对其进行方法调用，并不关心Person类型变量的具体子类型：

// 不关心Person变量的具体子类型:
s.run();
t.run();

同样的代码，如果引用的是一个新的子类，我们仍然不关心具体类型：

// 同样不关心新的子类是如何实现run()方法的：
Person e = new Employee();
e.run();

这种尽量引用高层类型，避免引用实际子类型的方式，称之为面向抽象编程。

面向抽象编程的本质就是：

上层代码只定义规范（例如：abstract class Person）；
不需要子类就可以实现业务逻辑（正常编译）；
具体的业务逻辑由不同的子类实现，调用者并不关心。

接口

在抽象类中，抽象方法本质上是定义接口规范：即规定高层类的接口，从而保证所有子类都有相同的接口实现，这样，多态就能发挥出威力。

如果一个抽象类没有字段，所有方法全部都是抽象方法：

abstract class Person {
    public abstract void run();
    public abstract String getName();
}

就可以把该抽象类改写为接口：interface。

在Java中，使用interface可以声明一个接口：

interface Person {
    void run();
    String getName();
}

所谓interface，就是比抽象类还要抽象的纯抽象接口，因为它连字段都不能有。因为接口定义的所有方法默认都是public abstract的，所以这两个修饰符不需要写出来（写不写效果都一样）。
当一个具体的class去实现一个interface时，需要使用implements关键字。举个例子：

class Student implements Person {
    private String name;

    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.name + " run");
    }

    @Override
    public String getName() {
        return this.name;
    }
}

我们知道，在Java中，一个类只能继承自另一个类，不能从多个类继承。但是，一个类可以实现多个interface，例如：

class Student implements Person, Hello { // 实现了两个interface
    ...
}

术语

注意区分术语：

Java的接口特指interface的定义，表示一个接口类型和一组方法签名，而编程接口泛指接口规范，如方法签名，数据格式，网络协议等。
抽象类和接口的对比如下：

	abstract class	interface
继承	只能extends一个class	可以implements多个interface
字段	可以定义实例字段	不能定义实例字段
抽象方法	可以定义抽象方法	可以定义抽象方法
非抽象方法	可以定义非抽象方法	可以定义default方法

接口继承

一个interface可以继承自另一个interface。interface继承自interface使用extends，它相当于扩展了接口的方法。例如：

interface Hello {
    void hello();
}

interface Person extends Hello {
    void run();
    String getName();
}

此时，Person接口继承自Hello接口，因此，Person接口现在实际上有3个抽象方法签名，其中一个来自继承的Hello接口。

继承关系

合理设计interface和abstract class的继承关系，可以充分复用代码。一般来说，公共逻辑适合放在abstract class中，具体逻辑放到各个子类，而接口层次代表抽象程度。可以参考Java的集合类定义的一组接口、抽象类以及具体子类的继承关系：

┌───────────────┐
│   Iterable    │
└───────────────┘
        ▲                ┌───────────────────┐
        │                │      Object       │
┌───────────────┐        └───────────────────┘
│  Collection   │                  ▲
└───────────────┘                  │
        ▲     ▲          ┌───────────────────┐
        │     └──────────│AbstractCollection │
┌───────────────┐        └───────────────────┘
│     List      │                  ▲
└───────────────┘                  │
              ▲          ┌───────────────────┐
              └──────────│   AbstractList    │
                         └───────────────────┘
                                ▲     ▲
                                │     │
                                │     │
                     ┌────────────┐ ┌────────────┐
                     │ ArrayList  │ │ LinkedList │
                     └────────────┘ └────────────┘

在使用的时候，实例化的对象永远只能是某个具体的子类，但总是通过接口去引用它，因为接口比抽象类更抽象：

List list = new ArrayList(); // 用List接口引用具体子类的实例
Collection coll = list; // 向上转型为Collection接口
Iterable it = coll; // 向上转型为Iterable接口

default方法

在接口中，可以定义default方法。例如，把Person接口的run()方法改为default方法：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Student("Xiao Ming");
        p.run();
    }
}

interface Person {
    String getName();
    default void run() {
        System.out.println(getName() + " run");
    }
}

class Student implements Person {
    private String name;

    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return this.name;
    }
}

实现类可以不必覆写default方法。default方法的目的是，当我们需要给接口新增一个方法时，会涉及到修改全部子类。如果新增的是default方法，那么子类就不必全部修改，只需要在需要覆写的地方去覆写新增方法。
default方法和抽象类的普通方法是有所不同的。因为interface没有字段，default方法无法访问字段，而抽象类的普通方法可以访问实例字段。

静态字段和静态方法

在一个class中定义的字段，我们称之为实例字段。实例字段的特点是，每个实例都有独立的字段，各个实例的同名字段互不影响。

还有一种字段，是用static修饰的字段，称为静态字段：static field。
实例字段在每个实例中都有自己的一个独立“空间”，但是静态字段只有一个共享“空间”，所有实例都会共享该字段。举个例子：

class Person {
    public String name;
    public int age;
    // 定义静态字段number:
    public static int number;
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person ming = new Person("Xiao Ming", 12);
        Person hong = new Person("Xiao Hong", 15);
        ming.number = 88;
        System.out.println(hong.number);
        hong.number = 99;
        System.out.println(ming.number);
    }
}

class Person {
    public String name;
    public int age;

    public static int number;

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

对于静态字段，无论修改哪个实例的静态字段，效果都是一样的：所有实例的静态字段都被修改了，原因是静态字段并不属于实例：

        ┌──────────────────┐
ming ──>│Person instance   │
        ├──────────────────┤
        │name = "Xiao Ming"│
        │age = 12          │
        │number ───────────┼──┐    ┌─────────────┐
        └──────────────────┘  │    │Person class │
                              │    ├─────────────┤
                              ├───>│number = 99  │
        ┌──────────────────┐  │    └─────────────┘
hong ──>│Person instance   │  │
        ├──────────────────┤  │
        │name = "Xiao Hong"│  │
        │age = 15          │  │
        │number ───────────┼──┘
        └──────────────────┘

因此，不推荐用实例变量.静态字段去访问静态字段，因为在Java程序中，实例对象并没有静态字段。在代码中，实例对象能访问静态字段只是因为编译器可以根据实例类型自动转换为类名.静态字段来访问静态对象。
推荐用类名来访问静态字段。可以把静态字段理解为描述class本身的字段（非实例字段）。对于上面的代码，更好的写法是：

Person.number = 99;
System.out.println(Person.number);

静态方法

有静态字段，就有静态方法。用static修饰的方法称为静态方法。
调用实例方法必须通过一个实例变量，而调用静态方法则不需要实例变量，通过类名就可以调用。静态方法类似其它编程语言的函数。例如：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person.setNumber(99);
        System.out.println(Person.number);
    }
}

class Person {
    public static int number;

    public static void setNumber(int value) {
        number = value;
    }
}

因为静态方法属于class而不属于实例，因此，静态方法内部，无法访问this变量，也无法访问实例字段，它只能访问静态字段。
通过实例变量也可以调用静态方法，但这只是编译器自动帮我们把实例改写成类名而已。
通常情况下，通过实例变量访问静态字段和静态方法，会得到一个编译警告。
静态方法经常用于工具类。例如：

Arrays.sort()
Math.random()

静态方法也经常用于辅助方法。注意到Java程序的入口main()也是静态方法。

接口的静态字段

因为interface是一个纯抽象类，所以它不能定义实例字段。但是，interface是可以有静态字段的，并且静态字段必须为final类型：

public interface Person {
    public static final int MALE = 1;
    public static final int FEMALE = 2;
}

实际上，因为interface的字段只能是public static final类型，所以我们可以把这些修饰符都去掉，上述代码可以简写为：

public interface Person {
    // 编译器会自动加上public statc final:
    int MALE = 1;
    int FEMALE = 2;
}

编译器会自动把该字段变为public static final类型。

包

在前面的代码中，我们把类和接口命名为Person、Student、Hello等简单名字。

在现实中，如果小明写了一个Person类，小红也写了一个Person类，现在，小白既想用小明的Person，也想用小红的Person，怎么办？

如果小军写了一个Arrays类，恰好JDK也自带了一个Arrays类，如何解决类名冲突？

在Java中，我们使用package来解决名字冲突。

Java定义了一种名字空间，称之为包：package。一个类总是属于某个包，类名（比如Person）只是一个简写，真正的完整类名是包名.类名。
例如：
小明的Person类存放在包ming下面，因此，完整类名是ming.Person；

小红的Person类存放在包hong下面，因此，完整类名是hong.Person；

小军的Arrays类存放在包mr.jun下面，因此，完整类名是mr.jun.Arrays；

JDK的Arrays类存放在包java.util下面，因此，完整类名是java.util.Arrays。

在定义class的时候，我们需要在第一行声明这个class属于哪个包。

小明的Person.java文件：

package ming; // 申明包名ming

public class Person {
}

小军的Arrays.java文件：

package mr.jun; // 申明包名mr.jun

public class Arrays {
}

在Java虚拟机执行的时候，JVM只看完整类名，因此，只要包名不同，类就不同。
包可以是多层结构，用.隔开。例如：java.util。
要特别注意：包没有父子关系。java.util和java.util.zip是不同的包，两者没有任何继承关系。
没有定义包名的class，它使用的是默认包，非常容易引起名字冲突，因此，不推荐不写包名的做法。

我们还需要按照包结构把上面的Java文件组织起来。假设以package_sample作为根目录，src作为源码目录，那么所有文件结构就是：

package_sample
└─ src
    ├─ hong
    │  └─ Person.java
    │  ming
    │  └─ Person.java
    └─ mr
       └─ jun
          └─ Arrays.java

即所有Java文件对应的目录层次要和包的层次一致。

编译后的.class文件也需要按照包结构存放。如果使用IDE，把编译后的.class文件放到bin目录下，那么，编译的文件结构就是：

package_sample
└─ bin
   ├─ hong
   │  └─ Person.class
   │  ming
   │  └─ Person.class
   └─ mr
      └─ jun
         └─ Arrays.class

编译的命令相对比较复杂，我们需要在src目录下执行javac命令：

javac -d ../bin ming/Person.java hong/Person.java mr/jun/Arrays.java

在IDE中，会自动根据包结构编译所有Java源码，所以不必担心使用命令行编译的复杂命令。

包作用域

位于同一个包的类，可以访问包作用域的字段和方法。不用public、protected、private修饰的字段和方法就是包作用域。例如，包作用域类定义在hello包下面：

package hello;

public class Person {
    // 包作用域:
    void hello() {
        System.out.println("Hello!");
    }
}

package hello;

public class Person {
    // 包作用域:
    void hello() {
        System.out.println("Hello!");
    }
}

Main类也定义在hello包下面：

package hello;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Person();
        p.hello(); // 可以调用，因为Main和Person在同一个包
    }
}

import

在一个class中，我们总会引用其他的class。例如，小明的ming.Person类，如果要引用小军的mr.jun.Arrays类，他有三种写法：
第一种，直接写出完整类名，例如：

// Person.java
package ming;

public class Person {
    public void run() {
        mr.jun.Arrays arrays = new mr.jun.Arrays();
    }
}

第二种写法是用import语句，导入小军的Arrays，然后写简单类名：

// Person.java
package ming;

// 导入完整类名:
import mr.jun.Arrays;

public class Person {
    public void run() {
        Arrays arrays = new Arrays();
    }
}

在写import的时候，可以使用*，表示把这个包下面的所有class都导入进来（但不包括子包的class）：

// Person.java
package ming;

// 导入mr.jun包的所有class:
import mr.jun.*;

public class Person {
    public void run() {
        Arrays arrays = new Arrays();
    }
}

我们一般不推荐这种写法，因为在导入了多个包后，很难看出Arrays类属于哪个包。
还有一种import static的语法，它可以导入可以导入一个类的静态字段和静态方法：

package main;

// 导入System类的所有静态字段和静态方法:
import static java.lang.System.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 相当于调用System.out.println(…)
        out.println("Hello, world!");
    }
}

import static很少使用。
Java编译器最终编译出的.class文件只使用完整类名，因此，在代码中，当编译器遇到一个class名称时：

如果是完整类名，就直接根据完整类名查找这个class；
如果是简单类名，按下面的顺序依次查找：
- 查找当前package是否存在这个class；
- 查找import的包是否包含这个class；
- 查找java.lang包是否包含这个class。如果按照上面的规则还无法确定类名，则编译报错。
  我们来看一个例子：

// Main.java
package test;

import java.text.Format;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        java.util.List list; // ok，使用完整类名 -> java.util.List
        Format format = null; // ok，使用import的类 -> java.text.Format
        String s = "hi"; // ok，使用java.lang包的String -> java.lang.String
        System.out.println(s); // ok，使用java.lang包的System -> java.lang.System
        MessageFormat mf = null; // 编译错误：无法找到MessageFormat: MessageFormat cannot be resolved to a type
    }
}

因此，编写class的时候，编译器会自动帮我们做两个import动作：

默认自动import当前package的其他class；
默认自动import java.lang.*。

注意：自动导入的是java.lang包，但类似java.lang.reflect这些包仍需要手动导入。
如果有两个class名称相同，例如，mr.jun.Arrays和java.util.Arrays，那么只能import其中一个，另一个必须写完整类名。

最佳实践

为了避免名字冲突，我们需要确定唯一的包名。推荐的做法是使用倒置的域名来确保唯一性。例如：

org.apache
org.apache.commons.log
com.liaoxuefeng.sample

子包就可以根据功能自行命名。

要注意不要和java.lang包的类重名，即自己的类不要使用这些名字：

String
System
Runtime
...

要注意也不要和JDK常用类重名：

java.util.List
java.text.Format
java.math.BigInteger
...

Java内建的package机制是为了避免class命名冲突；

JDK的核心类使用java.lang包，编译器会自动导入；

JDK的其它常用类定义在java.util.*，java.math.*，java.text.*，……；

包名推荐使用倒置的域名，例如org.apache。

作用域

在Java中，我们经常看到public、protected、private这些修饰符。在Java中，这些修饰符可以用来限定访问作用域。

public

定义为public的class、interface可以被其他任何类访问：

package abc;
public class Hello {
    public void hi() {
    }
}

上面的Hello是public，因此，可以被其他包的类访问：

package xyz;

class Main {
    void foo() {
        // Main可以访问Hello
        Hello h = new Hello();
    }
}

定义为public的field、method可以被其他类访问，前提是首先有访问class的权限：

package abc;

public class Hello {
    public void hi() {
    }
}

上面的hi()方法是public，可以被其他类调用，前提是首先要能访问Hello类：

package xyz;

class Main {
    void foo() {
        Hello h = new Hello();
        h.hi();
    }
}

private

定义为private的field、method无法被其他类访问：

package abc;

public class Hello {
    // 不能被其他类调用:
    private void hi() {
    }

    public void hello() {
        this.hi();
    }
}

实际上，确切地说，private访问权限被限定在class的内部，而且与方法声明顺序无关。推荐把private方法放到后面，因为public方法定义了类对外提供的功能，阅读代码的时候，应该先关注public方法：

package abc;

public class Hello {
    public void hello() {
        this.hi();
    }

    private void hi() {
    }
}

由于Java支持嵌套类，如果一个类内部还定义了嵌套类，那么，嵌套类拥有访问private的权限：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Inner i = new Inner();
        i.hi();
    }

    // private方法:
    private static void hello() {
        System.out.println("private hello!");
    }

    // 静态内部类:
    static class Inner {
        public void hi() {
            Main.hello();
        }
    }
}

定义在一个class内部的class称为嵌套类（nested class），Java支持好几种嵌套类。

protected

protected作用于继承关系。定义为protected的字段和方法可以被子类访问，以及子类的子类：

package abc;

public class Hello {
    // protected方法:
    protected void hi() {
    }
}

上面的protected方法可以被继承的类访问：

package xyz;

class Main extends Hello {
    void foo() {
        Hello h = new Hello();
        // 可以访问protected方法:
        h.hi();
    }
}

package

最后，包作用域是指一个类允许访问同一个package的没有public、private修饰的class，以及没有public、protected、private修饰的字段和方法。

package abc;
// package权限的类:
class Hello {
    // package权限的方法:
    void hi() {
    }
}

只要在同一个包，就可以访问package权限的class、field和method：

package abc;

class Main {
    void foo() {
        // 可以访问package权限的类:
        Hello h = new Hello();
        // 可以调用package权限的方法:
        h.hi();
    }
}

注意，包名必须完全一致，包没有父子关系，com.apache和com.apache.abc是不同的包。

局部变量

在方法内部定义的变量称为局部变量，局部变量作用域从变量声明处开始到对应的块结束。方法参数也是局部变量。

package abc;

public class Hello {
    void hi(String name) { // ①
        String s = name.toLowerCase(); // ②
        int len = s.length(); // ③
        if (len < 10) { // ④
            int p = 10 - len; // ⑤
            for (int i=0; i<10; i++) { // ⑥
                System.out.println(); // ⑦
            } // ⑧
        } // ⑨
    } // ⑩
}

我们观察上面的hi()方法代码：

方法参数name是局部变量，它的作用域是整个方法，即①～⑩；
变量s的作用域是定义处到方法结束，即②～⑩；
变量len的作用域是定义处到方法结束，即③～⑩；
变量p的作用域是定义处到if块结束，即⑤～⑨；
变量i的作用域是for循环，即⑥～⑧。

使用局部变量时，应该尽可能把局部变量的作用域缩小，尽可能延后声明局部变量。

final

Java还提供了一个final修饰符。final与访问权限不冲突，它有很多作用。
用final修饰class可以阻止被继承：

package abc;
// 无法被继承:
public final class Hello {
    private int n = 0;
    protected void hi(int t) {
        long i = t;
    }
}

用final修饰method可以阻止被子类覆写：

package abc;

public class Hello {
    // 无法被覆写:
    protected final void hi() {
    }
}

用final修饰field可以阻止被重新赋值：

package abc;

public class Hello {
    private final int n = 0;
    protected void hi() {
        this.n = 1; // error!
    }
}

用final修饰局部变量可以阻止被重新赋值：

package abc;

public class Hello {
    protected void hi(final int t) {
        t = 1; // error!
    }
}

如果不确定是否需要public，就不声明为public，即尽可能少地暴露对外的字段和方法。
如果不确定是否需要public，就不声明为public，即尽可能少地暴露对外的字段和方法。

把方法定义为package权限有助于测试，因为测试类和被测试类只要位于同一个package，测试代码就可以访问被测试类的package权限方法。

一个.java文件只能包含一个public类，但可以包含多个非public类。如果有public类，文件名必须和public类的名字相同。
Java内建的访问权限包括public、protected、private和package权限；

Java在方法内部定义的变量是局部变量，局部变量的作用域从变量声明开始，到一个块结束；

final修饰符不是访问权限，它可以修饰class、field和method；

一个.java文件只能包含一个public类，但可以包含多个非public类。

classpath和jar

在Java中，我们经常听到classpath这个东西。classpath是JVM用到的一个环境变量，它用来指示JVM如何搜索class。

因为Java是编译型语言，源码文件是.java，而编译后的.class文件才是真正可以被JVM执行的字节码。因此，JVM需要知道，如果要加载一个abc.xyz.Hello的类，应该去哪搜索对应的Hello.class文件。
所以，classpath就是一组目录的集合，它设置的搜索路径与操作系统相关。例如，在Windows系统上，用;分隔，带空格的目录用""括起来，可能长这样：

C:\work\project1\bin;C:\shared;"D:\My Documents\project1\bin"

在Linux系统上，用:分隔，可能长这样：

/usr/shared:/usr/local/bin:/home/liaoxuefeng/bin

现在我们假设classpath是.;C:\work\project1\bin;C:\shared，当JVM在加载abc.xyz.Hello这个类时，会依次查找：

<当前目录>\abc\xyz\Hello.class
C:\work\project1\bin\abc\xyz\Hello.class
C:\shared\abc\xyz\Hello.class

注意到.代表当前目录。如果JVM在某个路径下找到了对应的class文件，就不再往后继续搜索。如果所有路径下都没有找到，就报错。

classpath的设定方法有两种：

在系统环境变量中设置classpath环境变量，不推荐；

在启动JVM时设置classpath变量，推荐。

我们强烈不推荐在系统环境变量中设置classpath，那样会污染整个系统环境

在启动JVM时设置classpath才是推荐的做法。实际上就是给java命令传入-classpath或-cp参数：

java -classpath .;C:\work\project1\bin;C:\shared abc.xyz.Hello

或者使用-cp的简写：

java -cp .;C:\work\project1\bin;C:\shared abc.xyz.Hello

没有设置系统环境变量，也没有传入-cp参数，那么JVM默认的classpath为.，即当前目录：

java abc.xyz.Hello

上述命令告诉JVM只在当前目录搜索Hello.class。

在IDE中运行Java程序，IDE自动传入的-cp参数是当前工程的bin目录和引入的jar包。

通常，我们在自己编写的class中，会引用Java核心库的class，例如，String、ArrayList等。这些class应该上哪去找？

有很多“如何设置classpath”的文章会告诉你把JVM自带的rt.jar放入classpath，但事实上，根本不需要告诉JVM如何去Java核心库查找class，JVM怎么可能笨到连自己的核心库在哪都不知道？

不要把任何Java核心库添加到classpath中！JVM根本不依赖classpath加载核心库！

更好的做法是，不要设置classpath！默认的当前目录.对于绝大多数情况都够用了。

jar包

如果有很多.class文件，散落在各层目录中，肯定不便于管理。如果能把目录打一个包，变成一个文件，就方便多了。

jar包可以把package组织的目录层级，以及各个目录下的所有文件（包括.class文件和其他文件）都打成一个jar文件。要执行一个jar包的class，就可以把jar包放到classpath中：
java -cp ./hello.jar abc.xyz.Hello
这样JVM会自动在hello.jar文件里去搜索某个类。
那么问题来了：如何创建jar包？
因为jar包就是zip包，所以，直接在资源管理器中，找到正确的目录，点击右键，在弹出的快捷菜单中选择“发送到”，“压缩(zipped)文件夹”，就制作了一个zip文件。然后，把后缀从.zip改为.jar，一个jar包就创建成功。
假设编译输出的目录结构是这样：

package_sample
└─ bin
   ├─ hong
   │  └─ Person.class
   │  ming
   │  └─ Person.class
   └─ mr
      └─ jun
         └─ Arrays.class

这里需要特别注意的是，jar包里的第一层目录，不能是bin，而应该是hong、ming、mr。

hong.Person必须按hong/Person.class存放，而不是bin/hong/Person.class。
jar包还可以包含一个特殊的/META-INF/MANIFEST.MF文件，MANIFEST.MF是纯文本，可以指定Main-Class和其它信息。JVM会自动读取这个MANIFEST.MF文件，如果存在Main-Class，我们就不必在命令行指定启动的类名，而是用更方便的命令：

java -jar hello.jar

jar包还可以包含其它jar包，这个时候，就需要在MANIFEST.MF文件里配置classpath了。
在大型项目中，不可能手动编写MANIFEST.MF文件，再手动创建zip包。Java社区提供了大量的开源构建工具，例如Maven，可以非常方便地创建jar包。

JVM通过环境变量classpath决定搜索class的路径和顺序；

不推荐设置系统环境变量classpath，始终建议通过-cp命令传入；

jar包相当于目录，可以包含很多.class文件，方便下载和使用；

MANIFEST.MF文件可以提供jar包的信息，如Main-Class，这样可以直接运行jar包。

模块

jar只是用于存放class的容器，它并不关心class之间的依赖。

为了解决“依赖”这个问题。如果a.jar必须依赖另一个b.jar才能运行，自带“依赖关系”的class容器就是模块。

Java标准库已经由一个单一巨大的rt.jar分拆成了几十个模块，这些模块以.jmod扩展名标识，可以在$JAVA_HOME/jmods目录下找到它们：

java.base.jmod
java.compiler.jmod
java.datatransfer.jmod
java.desktop.jmod
...

这些.jmod文件每一个都是一个模块，模块名就是文件名。例如：模块 java.base对应的文件就是java.base.jmod。模块之间的依赖关系已经被写入到模块内的module-info.class文件了。所有的模块都直接或间接地依赖java.base模块，只有java.base模块不依赖任何模块，它可以被看作是“根模块”，好比所有的类都是从Object直接或间接继承而来。
把一堆class封装为jar仅仅是一个打包的过程，而把一堆class封装为模块则不但需要打包，还需要写入依赖关系，并且还可以包含二进制代码（通常是JNI扩展）。此外，模块支持多版本，即在同一个模块中可以为不同的JVM提供不同的版本。

编写模块

如何编写模块呢？创建模块和原有的创建Java项目是完全一样的，以oop-module工程为例，它的目录结构如下：

oop-module
├── bin
├── build.sh
└── src
    ├── com
    │   └── itranswarp
    │       └── sample
    │           ├── Greeting.java
    │           └── Main.java
    └── module-info.java

其中，bin目录存放编译后的class文件，src目录存放源码，按包名的目录结构存放，仅仅在src目录下多了一个module-info.java这个文件，这就是模块的描述文件。在这个模块中，它长这样：

module hello.world {
    requires java.base; // 可不写，任何模块都会自动引入java.base
    requires java.xml;
}

其中，module是关键字，后面的hello.world是模块的名称，它的命名规范与包一致。花括号的requires xxx;表示这个模块需要引用的其他模块名。除了java.base可以被自动引入外，这里我们引入了一个java.xml的模块。

当我们使用模块声明了依赖关系后，才能使用引入的模块。例如，Main.java代码如下：

package com.itranswarp.sample;

// 必须引入java.xml模块后才能使用其中的类:
import javax.xml.XMLConstants;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Greeting g = new Greeting();
        System.out.println(g.hello(XMLConstants.XML_NS_PREFIX));
    }
}

如果把requires java.xml;从module-info.java中去掉，编译将报错。可见，模块的重要作用就是声明依赖关系。

下面，我们用JDK提供的命令行工具来编译并创建模块。

首先，我们把工作目录切换到oop-module，在当前目录下编译所有的.java文件，并存放到bin目录下，命令如下：

$ javac -d bin src/module-info.java src/com/itranswarp/sample/*.java

如果编译成功，现在项目结构如下：

oop-module
├── bin
│   ├── com
│   │   └── itranswarp
│   │       └── sample
│   │           ├── Greeting.class
│   │           └── Main.class
│   └── module-info.class
└── src
    ├── com
    │   └── itranswarp
    │       └── sample
    │           ├── Greeting.java
    │           └── Main.java
    └── module-info.java

注意到src目录下的module-info.java被编译到bin目录下的module-info.class。
下一步，我们需要把bin目录下的所有class文件先打包成jar，在打包的时候，注意传入--main-class参数，让这个jar包能自己定位main方法所在的类：

$ jar --create --file hello.jar --main-class com.itranswarp.sample.Main

从Python到Java：Java面向对象学习笔记

面向对象编程

定义class

创建实例

方法

private方法

this变量

方法参数

可变参数

参数绑定

构造方法

默认构造方法

多构造方法

方法重载

继承

继承树

protected

super

向上转型

向下转型

区分继承和组合

覆写

多态

覆写Object方法

调用super

final

抽象类

抽象类

面向抽象编程

接口

术语

接口继承

继承关系

default方法

静态字段和静态方法

静态方法

接口的静态字段

包

包作用域

import

最佳实践

作用域

public

private

protected

package

局部变量

final

classpath和jar

jar包

模块

编写模块

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