（二）Java 对象和类

目录

一. 前言

二. Java 中的对象

三. Java 中的类

3.1. 类定义

3.2. 构造方法

3.3. 创建对象

3.4. 访问实例变量和方法

3.5. 源文件声明规则

四. Java 包

4.1. import 语句

4.2. 代码示例

五. 课后习题

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一. 前言

    在理解 Java 的类和对象之前，先简单介绍一下面向对象的程序设计。程序设计是通过对象对程序进行设计，对象代表一个实体，实体可以清楚地被识别。

    Java 作为一种面向对象语言。支持以下基本概念：多态、继承、封装、抽象、类、对象、实例、方法、消息解析。

本节我们重点研究对象和类的概念：

• 对象：对象是类的一个实例，有状态和行为。例如，一条狗是一个对象，它的状态有：颜色、名字、品种；行为有：摇尾巴、叫、吃等。
• 类：类是一个模板，它描述一类对象的行为和状态。

二. Java 中的对象

    现在让我们深入了解什么是对象。看看周围真实的世界，会发现身边有很多对象，车、狗、人等等。所有这些对象都有自己的状态和行为。

拿一条狗来举例，它的状态有：名字、品种、颜色，行为有：叫、摇尾巴和跑。

对比现实对象和软件对象，它们之间十分相似。

软件对象也有状态和行为。软件对象的状态就是属性，行为通过方法体现。

在软件开发中，方法操作对象内部状态的改变，对象的相互调用也是通过方法来完成。

三. Java 中的类

3.1. 类定义

类可以看成是创建 Java 对象的模板。

通过下面一个简单的类来理解下 Java 中类的定义：

public class Dog {
   String breed;

   int age;

   String color;

   void barking() {
   }
   
   void hungry() {
   }
   
   void sleeping() {
   }
}

一个类可以包含以下类型变量：

• 局部变量：在方法、构造方法或者语句块中定义的变量被称为局部变量。变量声明和初始化都是在方法中，方法结束后，变量就会自动销毁。
• 成员变量：成员变量是定义在类中，方法体之外的变量。这种变量在创建对象的时候实例化。成员变量可以被类中方法、构造方法和特定类的语句块访问。
• 类变量：类变量也声明在类中，方法体之外，但必须声明为 static 类型。

一个类可以拥有多个方法，在上面的例子中：​barking()​、​hungry()​ 和 ​sleeping()​ 都是 Dog 类的方法。

3.2. 构造方法

    构造方法又叫构造函数，每个类都有构造方法。如果没有显式地为类定义构造方法，Java 编译器将会为该类提供一个默认构造方法。

    在创建一个对象的时候，至少要调用一个构造方法。构造方法的名称必须与类同名，一个类可以有多个构造方法。

下面是一个构造方法示例：

public class Puppy {
   public Puppy() {
   }

   public Puppy(String name) {
      // 这个构造器仅有一个参数：name
   }
}

3.3. 创建对象

对象是根据类创建的。在 Java 中，使用关键字 ​new​ 来创建一个新的对象。创建对象需要以下三步：

1. 声明：声明一个对象，包括对象名称和对象类型。
2. 实例化：使用关键字 ​new​ 来创建一个对象。
3. 初始化：使用 ​new​ 创建对象时，会调用构造方法初始化对象。

下面是一个创建对象的例子：

public class Puppy {
   public Puppy(String name) {
      // 这个构造器仅有一个参数：name
      System.out.println("Puppy Name is :" + name ); 
   }

   public static void main(String[] args) {
      // 下面的语句将创建一个Puppy对象
      Puppy myPuppy = new Puppy("tommy");
   }
}

编译并运行上面的程序，会打印出下面的结果：

Puppy Name is :tommy

3.4. 访问实例变量和方法

通过已创建的对象来访问成员变量和成员方法，如下所示：

public class Puppy {
   int puppyAge;

   public Puppy(String name) {
      // 这个构造器仅有一个参数：name
      System.out.println("Passed Name is :" + name); 
   }

   public void setAge(int age) {
       puppyAge = age;
   }

   public int getAge() {
       System.out.println("Puppy's age is :" + puppyAge); 
       return puppyAge;
   }

   public static void main(String[] args) {
      /* 创建对象 */
      Puppy myPuppy = new Puppy("tommy");
      /* 通过方法来设定age */
      myPuppy.setAge(2);
      /* 调用另一个方法获取age */
      myPuppy.getAge();
      /* 你也可以像下面这样访问成员变量 */
      System.out.println("Variable Value :" + myPuppy.puppyAge); 
   }
}

编译并运行上面的程序，产生如下结果：

Passed Name is :tommy
Puppy's age is :2
Variable Value :2

3.5. 源文件声明规则

    当在一个源文件中定义多个类，并且还有 ​import​ 语句和 ​package​ 语句时，要特别注意这些规则：

• 一个源文件中只能有一个 ​public​ 类；
• 一个源文件可以有多个非​ public​ 类；
• 源文件的名称应该和​ public​ 类的类名保持一致。例如：源文件中​ public​ 类的类名是 ​Employee​，那么源文件应该命名为​ Employee.java​。
• 如果一个类定义在某个包中，那么 ​package​ 语句应该在源文件的首行。
• 如果源文件包含 ​import ​语句，那么应该放在 ​package​ 语句和类定义之间。如果没有 ​package​语句，那么​ import​ 语句应该在源文件中最前面。
• ​import​ 语句和​ package​ 语句对源文件中定义的所有类都有效。在同一源文件中，不能给不同的类不同的包声明。

类有若干种访问级别，并且类也分不同的类型：抽象类和​ final​ 类等。这些将在访问控制章节介绍。

除了上面提到的几种类型，Java 还有一些特殊的类，如：内部类、匿名类。关于内部类的介绍可以参见《Java 内部类详解》。

四. Java 包

    包主要用来对类和接口进行分类。当开发 Java 程序时，可能编写成百上千的类，因此很有必要对类和接口进行分类。

4.1. import 语句

    在 Java 中，如果给出一个完整的限定名，包括包名、类名，那么 Java 编译器就可以很容易地定位到源代码或者类。import​ 语句就是用来提供一个合理的路径，使得编译器可以找到某个类。

例如，下面的命令行将会命令编译器载入 java_installation/java/io 路径下的所有类：

import java.io.*;

4.2. 代码示例

在该例子中，我们创建两个类：Employee 和 EmployeeTest。

首先打开文本编辑器，把下面的代码粘贴进去。注意将文件保存为 Employee.java。

Employee 类有四个成员变量：name、age、designation 和 salary。该类显式声明了一个构造方法，该方法只有一个参数：

import java.io.*;

public class Employee {
   String name;

   int age;

   String designation;

   double salary;

   // Employee 类的构造器
   public Employee(String name) {
      this.name = name;
   }

   // 设置age的值
   public void empAge(int empAge) {
      age = empAge;
   }

   /* 设置designation的值*/
   public void empDesignation(String empDesig) {
      designation = empDesig;
   }

   /* 设置salary的值*/
   public void empSalary(double empSalary) {
      salary = empSalary;
   }

   /* 打印信息 */
   public void printEmployee() {
      System.out.println("Name:"+ name);
      System.out.println("Age:" + age);
      System.out.println("Designation:" + designation);
      System.out.println("Salary:" + salary);
   }
}

程序都是从 ​main()​ 方法开始执行。为了能运行这个程序，必须包含 ​main​() 方法并且创建一个实例对象。

下面给出 EmployeeTest 类，该类实例化2个 Employee 类的实例，并调用方法设置变量的值。

将下面的代码保存在 EmployeeTest.java 文件中：

import java.io.*;

public class EmployeeTest {
   public static void main(String[] args) {
      /* 使用构造器创建两个对象 */
      Employee empOne = new Employee("James Smith");
      Employee empTwo = new Employee("Mary Anne");

      // 调用这两个对象的成员方法
      empOne.empAge(26);
      empOne.empDesignation("Senior Software Engineer");
      empOne.empSalary(1000);
      empOne.printEmployee();

      empTwo.empAge(21);
      empTwo.empDesignation("Software Engineer");
      empTwo.empSalary(500);
      empTwo.printEmployee();
   }
}

编译这两个文件并且运行 EmployeeTest 类，可以看到如下结果：

C:\> javac Employee.java
C:\> vi EmployeeTest.java
C:\> javac EmployeeTest.java
C:\> java EmployeeTest
Name:James Smith
Age:26
Designation:Senior Software Engineer
Salary:1000.0
Name:Mary Anne
Age:21
Designation:Software Engineer
Salary:500.0

五. 课后习题

1. 写出一个类 People，并由该类做基类派生出子类 Employee 和 Teacher。其中 People 类具有name、age 两个保护成员变量，分别为 String 类型、整型，且具有公有的 getAge 成员函数，用于返回 age 变量的值。Employee 类具有保护成员变量 empno，Teacher 类有 teano 和 zc 成员变量。

2. 创建 Rectangle 类，添加属性 width、height；在 Rectangle 类中添加两种方法计算矩形的周长和面积；编程利用 Rectangle 输出一个矩形的周长和面积。

3. 设计一个 User 类，其中包括用户名、口令等属性以及构造方法（至少重载2个）。获取和设置口令的方法，显示和修改用户名的方法等。编写应用程序测试 User 类。

4. 定义一个 Student 类，其中包括用户名、姓名、性别、出生年月等属行以及 init() —— 初始化各属性、display() —— 显示各属性、modify() —— 修改姓名等方法。实现并测试这个类。

5. 从上题的 Student 类中派生出 Granduate（研究生）类，添加属性：专业 Subject、导师Adviser。重载相应的成员方法。并测试这个类。