Java基础知识(四) -- 面向对象(上)

1.概述

Java语言是一种面向对象的程序设计语言，而面向对象思想(OOP)是一种程序设计思想，在面向对象思想的指引下，使用Java语言去设计、开发计算机程序。这里的对象泛指现实中一切事物，每种事物都具备自己的属性和行为。

面向对象思想就是在计算机程序设计过程中，参照现实中事物，将事物的属性特征、行为特征抽象出来，描述成计算机事件的设计思想。它区别于面向过程思想(POP)，强调的是通过调用对象的行为来实现功能，而不是自己一步一步的去操作实现。面向对象的语言中，包含了三大基本特征，即封装、继承和多态。

2.类和对象

2.1 什么是类?

类：是一类具有相同特性的事物的抽象描述，是一组相关属性和行为的集合。可以看成是一类事物的模板，使用事物的属性特征和行为特征来描述该类事物。

现实中，描述一类事物：

属性：就是该事物的状态信息。
行为：就是该事物能够做什么。

举例：小猫。

属性：名字、体重、年龄、颜色。
行为：走、跑、叫。

2.2 什么是对象?

对象：是一类事物的具体体现。对象是类的一个实例，必然具备该类事物的属性和行为。现实中，一类事物的一个实例：一只小猫。
- 属性：tom、5kg、2 years、yellow。
- 行为：溜墙根走、蹦跶的跑、喵喵叫。

2.3 类与对象关系

类是对一类事物的描述，是抽象的。
对象是一类事物的实例，是具体的。
类是对象的模板，对象是类的实体。

3.类的定义和对象的创建

Java中用class描述事物也是如此：

成员变量：对应事物的属性
成员方法：对应事物的行为

3.1 类的创建

类的定义格式:

public class ClassName{//成员变量//成员方法
}

定义类：定义类的成员，包括成员变量和成员方法。
成员变量：和定义变量几乎是一样的。只不过位置发生了改变。在类中，方法外。
成员方法：和main方法格式类似。只不过功能和形式更丰富了。

public class Person{//成员变量String name; //姓名int age; // 年龄boolean isMarried;public void walk(){System.out.println("人走路...")}public String display(){return "名字:"+ name + "，年龄:" + age + "，Married：" + isMarried;}
}

3.2 对象的创建

对象的定义格式

new 类名() // 匿名对象// 把创建的对象用一个引用数据类型的变量保存起来    
类型 对象名 = new 类名();

Q:对象名中存储的是什么? A: 对象地址

//如果两个类都在一个.java源文件中，只能有一个类是public的
class Student{}
public class TestStudent{//Java程序的入口public static void main(String[] args){System.out.println(new Student());//JavaBase.Student@4554617cStudent stu = new Student();System.out.println(stu);//JavaBase.Student@74a14482int[] arr = new int[5];System.out.println(arr);//[I@1540e19d}
}

从上述的运行结果可以看出, 学生对象和数组对象类似，直接打印对象名和数组名都是显示“类型@对象的hashCode值"，所以类、数组都是引用数据类型，引用数据类型的变量中存储的是对象的地址，或者说指向堆中对象的首地址。

3.3 成员变量

3.3.1 成员变量分类

实例变量：没有static修饰，也叫对象属性，属于某个对象的。
静态变量：有static修饰，也叫类变量，属于整个类的，不是属于某个实例。

3.3.2 如何声明成员变量?

【修饰符】 class 类名{【修饰符】 数据类型 属性名; // 属性有默认值【修饰符】 数据类型 属性名 = 值; // 属性有初始值
}

例:声明一个中国人

class Chinese{static String country;String name;char gender = '男'; // 显式赋值
}

3.3.3 如何在类外访问成员变量?

1.类变量

类名.静态成员变量  //推荐
对象名.静态成员变量 //不推荐

2.实例变量

对象名.普通成员变量  //只能使用这种方式

public class TestChinese{public static void main(String[] args){// 类变量的访问方式:类名.静态成员变量System.out.println(Chinese.country)Chinese c1 = new Chinese();//对象名.普通成员变量System.out.println(c1.name);//静态的成员变量也可以通过对象.进行访问//对象名.普通成员变量System.out.println(c1.country);System.out.println(c1.gender);}
}class Chinese{static String country;String name;char gender = '男';
}

3.3.4 成员变量的特点

1.成员变量有默认值

基本类型	整数（byte，short，int，long）	0
	浮点数（float，double）	0.0
	字符（char）	‘\u0000’
	布尔（boolean）	false
引用类型	数组，类，接口	null

2.类变量的值是所有对象共享，而实例变量的值是属于每个对象

public class TestChinese {public static void main(String[] args) {Chinese c1 = new Chinese();Chinese c2 = new Chinese();c1.name = "张三";c2.name = "李四";c2.gender = '女';Chinese.country = "中国";//推荐System.out.println("c1.country = " + c1.country + ",c1.name = " + c1.name + ",c1.gender = " + c1.gender);System.out.println("c2.country = " + c2.country + ",c2.name = " + c2.name + ",c2.gender = " + c2.gender);}
}class Chinese {static String country;String name;char gender = '男';
}/** 输出结果:* c1.country = 中国,c1.name = 张三,c1.gender = 男* c2.country = 中国,c2.name = 李四,c2.gender = 女
/

3.3.5 成员变量的内存图

内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来。编写的程序是存放在硬盘中的，在硬盘中的程序是不会运行的，必须放进内存中才能运行，运行完毕后会清空内存。Java虚拟机要运行程序，必须要对内存进行空间的分配和管理，每一片区域都有特定的处理数据方式和内存管理方式。

在这里插入图片描述

堆(Heap)：存储对象（包括数组对象），new来创建的，都存储在堆内存。
方法区(Method Area)：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
本地方法栈(Native Method Stack)：为当程序中调用了native的本地方法时，本地方法执行期间的内存区域。
程序计数器(Program Counter Register)：程序计数器是CPU中的寄存器，它包含每一个线程下一条要执行的指令的地址。
虚拟机栈(VM Stack): 用于存储正在执行的每个Java方法的局部变量表等。局部变量表存放了编译期可知长度的各种基本数据类型、对象引用，方法执行完，自动释放。

举例说明

package JavaBase;public class Test08FieldSave {public static void main(String[] args) {Chinese c1 = new Chinese();c1.name = "张三";//静态变量，也可以使用"对象名."进行访问System.out.println(c1.country);//普通成员变量通过"对象名."进行访问System.out.println(c1.name);Chinese c2 = new Chinese();c2.name = "李四";System.out.println(c2.country);System.out.println(c2.name);System.out.println("--------------------------------------");//其中一个对象将静态变量的值修改了，其他对象都会改变//因为静态变量只存一份c1.country = "中华人民共和国";System.out.println(c1.country);System.out.println(c2.country);System.out.println(Chinese.country);//其中一个对象将普通成员变量修改了，其他对象不受影响c1.name = "张三丰";System.out.println(c1.name);System.out.println(c2.name);}}class Chinese {//静态成员变量，所有中国人的国家的名称是一样，只需要存储一份static String country = "中国";//普通成员变量，每一个中国人的姓名是独立，每一个对象单独存储String name;
}
/*
输出结果:
中国
张三
中国
李四
--------------------------------------
中华人民共和国
中华人民共和国
中华人民共和国
张三丰
李四
*/

3.4 成员方法

3.4.1 方法的概念

方法也叫函数，是一个独立功能的定义，是一个类中最基本的功能单元。把一个功能封装为方法的目的是，可以实现代码重用，从而简少代码量。

3.4.2 方法的原则

方法的使用原则：

(1) 必须先声明后使用

类，变量，方法等都要先声明后使用
(2) 不调用不执行，调用一次执行一次。

3.4.3 成员方法的分类

成员方法分为两类：

实例方法：没有static修饰的方法，必须通过实例对象来调用。
静态方法：有static修饰的方法，也叫类方法，可以由类名来调用。

3.4.4 如何声明成员方法?

1. 方法声明的位置必须在类中方法外
1. 语法格式
```
【修饰符】 返回值类型 方法名(【参数列表：参数类型1 参数名1,参数类型2 参数名, ...... 】){方法体；【return 返回值;】
}
```
格式详解:
- 修饰符：修饰符后面一一介绍，例如：public，static等都是修饰符；
- 返回值类型：表示方法运行的结果的数据类型，方法执行后将结果返回到调用者【基本数据类型/引用数据类型/void】;
- 方法名：见名知意，能准确代表该方法功能的名字;
- 方法体：特定功能代码;
- return：结束方法，并将方法的结果返回;
  - 如果返回值类型不是void，方法体中必须保证一定有return 返回值; 并且要求该返回值结果的类型与声明的返回值类型一致或兼容。
  - 如果返回值类型为void时，return 后面不用跟返回值，甚至也可以没有return语句。
  - return语句后面就不能再写其他代码了，否则会报错：Unreachable code

实例:

类{方法1(){}方法2(){}
}

3.4.5 如何在其他类中调用方法?

1.实例方法

对象名.普通方法(【实参列表】)  //必须通过对象来访问

public class TestCircle {public static void main(String[] args) {Circle c1 = new Circle();c1.radius = 1.2;System.out.println("c1的面积：" + c1.area());//普通方法只能通过"对象."进行访问
//		System.out.println("c1的面积：" + Circle.area());Circle c2 = new Circle();c2.radius = 2.5;System.out.println("c2的面积：" + c2.area());}
}
class Circle{double radius;public double area() {return Math.PI * radius * radius;}
}

2.类方法

类名.类方法(【实参列表】)  //推荐
对象名.类方法(【实参列表】) //不推荐

示例:

public class TestCount {public static void main(String[] args) {System.out.println(CountTools.max(4, 1));//静态方法也可以通过“对象.”访问，就是麻烦点CountTools c = new CountTools();System.out.println(c.max(2, 5));}
}
class CountTools{static int max(int a, int b) {return a > b ? a : b;}
}

3.形参与实参

形参：在定义方法时方法名后面括号中声明的变量称为形式参数(简称形参)即形参出现在方法定义时。
实参：调用方法时方法名后括号中使用的值/变量/表达式称为实际参数(简称实参)即实参出现在方法调用时。
调用时，需要传“实参”，实参的个数、类型、顺序顺序要与形参列表一一对应；如果方法没有形参，就不需要也不能传实参。

3.4.6 在本类中访问本类的成员变量和成员方法

直接用，不需要加“对象名.“和"类名.”

唯一例外：静态方法中不能直接访问本类的非静态的成员变量和成员方法

class Circle{double radius;//写一个方法，可以返回“圆对象”的详细信息String getDetailInfo(){return "半径：" + radius + "，面积：" + area() +"，周长：" + perimeter();}//写一个方法，可以返回“圆对象”的面积double area(){return Math.PI*radius*radius;}//写一个方法，可以返回“圆对象”的周长double perimeter(){return 2*Math.PI*radius;}
}

3.4.7 方法调用内存分析

方法不调用不执行，调用一次执行一次，每次调用会有一个入栈动作，即给当前方法开辟一块独立的内存区域，用于存储当前方法的局部变量的值，当方法执行结束后，会释放该内存，称为出栈，如果方法有返回值，就会把结果返回调用处，如果没有返回值，就直接结束，回到调用处继续执行下一条指令。

栈结构：先进后出，后进先出。

3.4.8 方法的参数传递机制

方法的参数传递机制：实参给形参赋值

方法的形参是基本数据类型时，形参值的改变不会影响实参；
方法的形参是引用数据类型时，形参地址值的改变不会影响实参，但是形参地址值里面的数据的改变会影响实参，例如，修改数组元素的值，或修改对象的属性值。
- 注意：String、Integer等特殊类型容易错。

示例1:

class Test{public static void swap(int a, int b){int temp = a;a = b;b = temp;}public static void main（String[] args){int x = 1;int y = 2;swap(x,y);//调用完之后，x与y的值不变}
}

示例2:

class Test{public static void change(MyData my){my.num *= 2;}public static void main(String[] args){MyData m = new MyData();m.num = 1;change(m);//调用完之后，m对象的num属性值就变为2}
}class MyData{int num;
}

4.成员变量与局部变量的区别

成员变量: 静态变量、实例变量

1. 声明位置和方式
- （1）静态变量：在类中方法外，并且有static修饰
- （2）实例变量：在类中方法外，没有static修饰
- （3）局部变量：在方法体{}中或方法的形参列表、代码块中
1. 在内存中存储的位置不同
- （1）静态变量：方法区
- （2）实例变量：堆
- （3）局部变量：栈
1. 生命周期
- （1）静态变量：和类的生命周期一样，因为它的值是该类所有对象共享的，早于对象的创建而存在。
- （2）实例变量：和对象的生命周期一样，随着对象的创建而存在，随着对象被GC回收而消亡，而且每一个对象的实例变量是独立的。
- （3）局部变量：和方法调用的生命周期一样，每一次方法被调用而在存在，随着方法执行的结束而消亡，而且每一次方法调用都是独立。
1. 作用域
- （1）静态变量和实例变量：不谈作用域。在本类中，唯一的限制，静态方法或静态代码块中不能使用非静态的，其他都可以直接使用。在其他类中，能不能使用看修饰符(public,protected,private等)。
- （2）局部变量：有作用域。
1. 修饰符
- （1）静态变量：public,protected,private,final,volatile等，一定有的是static。
- （2）实例变量：public,protected,private,final,volatile,transient等。
- （3）局部变量：final。
1. 默认值
- （1）静态变量：有默认值
- （2）实例变量：有默认值
- （3）局部变量：没有，必须初始化；其中的形参比较特殊，靠实参给它初始化。

5.可变参数

在JDK1.5之后，如果定义一个方法时，此时某个形参的类型可以确定，但是形参的个数不确定，那么可以使用可变参数。格式：

【修饰符】 返回值类型 方法名(【非可变参数部分的形参列表,】参数类型... 形参名){  }

要求：

（1）一个方法最多只能有一个可变参数

（2）如果一个方法包含可变参数，那么可变参数必须是形参列表的最后一个

【修饰符】 返回值类型 方法名(【非可变参数部分的形参列表,】参数类型[] 形参名){  }

只是后面这种定义，在调用时必须传递数组，而前者更灵活，既可以传递数组，又可以直接传递数组的元素，这样更灵活了。

6.方法重载

方法重载：指在同一个类中，允许存在一个以上的同名方法，只要它们的参数列表不同即可，与修饰符和返回值类型无关。
参数列表：数据类型个数不同，数据类型不同，数据类型顺序不同。
重载方法调用：JVM通过方法的参数列表，调用不同的方法。

示例1:比较两个数据是否相等

比较两个数据是否相等。参数类型分别为两个byte类型，两个short类型，两个int类型，两个long类型，并在main方法中进行测试。

public class Method_Demo6 {public static void main(String[] args) {//定义不同数据类型的变量byte a = 10;byte b = 20;short c = 10;short d = 20;int e = 10;int f = 10;long g = 10;long h = 20;// 调用System.out.println(compare(a, b));System.out.println(compare(c, d));System.out.println(compare(e, f));System.out.println(compare(g, h));}// 两个byte类型的public static boolean compare(byte a, byte b) {System.out.println("byte");return a == b;}// 两个short类型的public static boolean compare(short a, short b) {System.out.println("short");return a == b;}// 两个int类型的public static boolean compare(int a, int b) {System.out.println("int");return a == b;}// 两个long类型的public static boolean compare(long a, long b) {System.out.println("long");return a == b;}
}