Java基础|1-02-面向对象和封装 @面向对象篇

写在前面：
此文是笔者在学习Java系列课程的过程中，参考相关课件、视频讲解、课程代码，并结合一些文档、思维导图及个人理解，对所学内容做的阶段性梳理与总结。

• 写于：2021年1月25日
• 内容：Java后端系列笔记002（Java基础-面向对象和封装）
• 全文：7316字
  

一、面向对象思想

1. 1 面向对象思想概述

概述

• Java语言是一种面向对象的程序设计语言，而面向对象思想是一种程序设计思想，我们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，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。

理解

• 乔布斯是这样解释面向对象编程的：

• 例子分析：
  

区别

• 面向过程（强调步骤）

  • 当需要实现一个功能的时候，每一个具体的步骤都要亲力亲为（过程），详细处理每一个细节

• 面向对象（强调对象）

  • 当需要实现一个功能的时候，不关心具体的步骤，而是找一个已经具有该功能的人（对象），来帮我做事

程序中的面向对象

public static void main(String[] args) {
 int[] array = { 10, 20, 30, 40, 50, 60 };

    // 要求打印格式为：[10, 20, 30, 40, 50，60]
    // 使用【面向过程】，每一个步骤细节都要亲力亲为。
    System.out.print("[");
    for (int i = 0; i < array.length; i++) {
        if (i == array.length - 1) { // 如果是最后一个元素
            System.out.println(array[i] + "]");
        } else { // 如果不是最后一个元素
            System.out.print(array[i] + ", ");
        }
    }
}

public static void main(String[] args) {
  	int[] array = { 10, 20, 30, 40, 50, 60 };

     // 使用【面向对象】
     // 找一个JDK给我们提供好的Arrays类，（import java.util.Arrays;）
     // 其中有一个toString方法，直接就能把数组变成想要的格式的字符串
     System.out.println(Arrays.toString(array));
 }

小贴士：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

1. 2 类和对象 [ 导图 ]

环顾周围，你会发现很多对象，比如桌子，椅子，同学，老师等。桌椅属于办公用品，师生都是人类。那么什么是类呢？什么是对象呢？

1. 3 类的定义

事物与类的对比

• 现实世界的一类事物：
  • 属性：事物的状态信息
  • 行为：事物能够做什么
• 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

类的定义格式

public class ClassName {
	//成员变量
	//成员方法
}

• 定义类：就是定义类的成员，包括成员变量和成员方法
• 成员变量：和以前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：和以前定义方法几乎是一样的，只不过把static去掉

举例：

• 定义一个类，用来模拟“学生”事物。其中就有两个组成部分：
  • 属性（是什么）：姓名、年龄
  • 行为（能做什么）：吃饭、睡觉、学习
• 对应到Java的类当中：
  • 成员变量（属性）
  • 成员方法（行为）

/*
注意事项：
1. 成员变量是直接定义在类当中的，在方法外边。
2. 成员方法不要写static关键字。
 */
public class Student {
    // 成员变量
    String name; // 姓名
    int age; // 年龄

    // 成员方法
    public void eat() { System.out.println("吃饭！"); }

    public void sleep() { System.out.println("睡觉！");}

    public void study() { System.out.println("学习！");}

}

1. 4 对象的使用

通常情况下，一个类并不能直接使用，需要根据类创建一个对象，才能使用。

import 包名称.类名称;
import cn.itcast.day06.demo01.Student;
//对于和当前类属于同一个包的情况，可以省略导包语句不写

2. 创建，格式：

类名称 对象名 = new 类名称();
Student stu = new Student();

3. 使用，分为两种情况：

使用成员变量：对象名.成员变量名
使用成员方法：对象名.成员方法名(参数)
//也就是，想用谁，就用对象名点谁

举例：

public class Demo02Student {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 导包
        // 我需要使用的Student类，和我自己Demo02Student位于同一个包下，所以省略导包语句不写

        // 2. 创建：类名称 对象名 = new 类名称();
        Student stu = new Student(); // 根据Student类，创建了一个名为stu的对象

        // 3. 使用其中的成员变量：对象名.成员变量名
        System.out.println(stu.name); // null
        System.out.println(stu.age); // 0
        System.out.println("=============");

        // 改变对象当中的成员变量数值内容
        // 将右侧的字符串，赋值交给stu对象当中的name成员变量
        stu.name = "赵丽颖";
        stu.age = 18;
        System.out.println(stu.name); // 赵丽颖
        System.out.println(stu.age); // 18
        System.out.println("=============");

        // 4. 使用对象的成员方法：对象名.成员方法名()
        stu.eat();
        stu.sleep();
        stu.study();
    }
}

小贴士： 如果成员变量没有进行赋值，那么将会有一个默认值，规则和数组一样

成员变量的默认值

1. 5 对象内存图

1-① 一个对象，调用一个方法内存图

• 通过上图，我们可以理解，在栈内存中运行的方法，遵循 “先进后出，后进先出” 的原则。变量one指向堆内存中的空间，寻找方法信息，去执行该方法。
• 但是，这里依然有问题存在。创建多个对象时，如果每个对象内部都保存一份方法信息，这就非常浪费内存了，因为所有对象的方法信息都是一样的。那么如何解决这个问题呢？请看如下图解。

1-② 两个对象，调用同一方法内存图

• 对象调用方法时，根据对象中方法标记（地址值），去类中寻找方法信息。这样哪怕是多个对象，方法信息只保存一份，节约内存空间。

1-③ 两个引用，指向同一个对象内存图

2-① 使用对象类型，作为方法的参数

• 使用对象类型作为方法的参数，传递的是对象的地址值

2-② 使用对象类型，作为方法的返回值

• 使用对象类型作为方法的返回值，返回的是对象的地址值

1. 6 成员变量和局部变量区别 [ 导图 ]

二、封装

2. 1 封装概述

面向对象三大特征：封装、继承、多态

概述

• 面向对象编程语言是对客观世界的模拟，客观世界里成员变量都是隐藏在对象内部的，外界无法直接操作和修改
• 封装可以被认为是一个保护屏障，防止该类的代码和数据被其他类随意访问。要访问该类的数据，必须通过指定的方式
• 适当的封装可以让代码更容易理解与维护，也加强了代码的安全性

原则

• 将属性隐藏起来，若需要访问某个属性，提供公共方法对其访问

小贴士：封装就是将一些细节信息隐藏起来，对于外界不可见。

优点

1. 良好的封装能够减少耦合
2. 类内部的结构可以自由修改
3. 可以对成员变量进行更精确的控制
4. 隐藏信息，实现细节

封装性在Java当中的体现

1. 方法就是一种封装
2. 关键字private也是一种封装（私有）

封装的步骤

1. 使用 private 关键字来修饰成员变量
2. 对需要访问的成员变量，提供对应的一对 getXxx方法 、setXxx 方法（Getter/Setter方法）

小贴士：对于Getter来说，不能有参数，返回值类型和成员变量对应； 对于Setter来说，不能有返回值，参数类型和成员变量对应。

2. 2 封装的操作 - private关键字

private的使用

• 问题描述：定义Person的年龄时，无法阻止不合理的数值被设置进来
• 解决方案：用private关键字将需要保护的成员变量进行修饰
  • 格式： private 数据类型 变量名 ；
• 说明：一旦使用了private进行修饰，那么本类当中仍可随意访问。但是！超出了本类范围之外就不能再直接访问了
• 如何访问：可间接访问private成员变量 —— 定义一对Getter/Setter方法（以setXxx或getXxx命名）

public class Person {
    String name; // 姓名
    private int age; // 年龄（将age属性设置为私有的）

    public void show() {
        // 本类中可随意访问被 private 修饰的成员变量age
        System.out.println("我叫：" + name + "，年龄：" + age);
    }

    // 这个setXxx成员方法，专门用于向age设置数据
    public void setAge(int num) {
        if (num < 100 && num >= 9) { // 如果是合理情况
            age = num;
        } else {
            System.out.println("数据不合理！");
        }
    }

    // 这个getXxx成员方法，专门用于获取age的数据
    public int getAge() {
        return age;
    }

}

public class Demo03Person {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        person.show();// 我叫：null，年龄：0

        person.name = "赵丽颖";
//      person.age = -20; // 直接访问private内容，错误写法！
        person.setAge(20);// 使用setAge方法设置年龄
        person.show();// 我叫：赵丽颖，年龄：20
    }
}

private的含义

1. private是一个权限修饰符，代表最小权限
2. 可以修饰成员变量和成员方法
3. 被private修饰后的成员变量和成员方法，只在本类中才能访问

注意事项

• 对于基本类型当中的boolean值，Getter方法一定要写成isXxx的形式，而setXxx规则不变

private boolean male; // 是不是爷们儿

public void setMale(boolean b) { 
	male = b;
}

public boolean isMale() { // isXxx的形式
    return male;
}

2. 3 封装优化 1 - this关键字

this的使用

• 当方法的局部变量和类的成员变量重名的时候，根据“就近原则”，优先使用局部变量
• 如果需要访问本类当中的成员变量，需要使用格式：this.成员变量名
• 含义：this代表所在类的当前对象的引用（地址值），即对象自己的引用
• 提示：“通过谁调用的方法，谁就是this。”

图例-理解this的含义：

封装优化 - this

• 使用 this 修饰方法中的变量，解决成员变量被隐藏的问题

public class Person{
    private String name;
    private int age;
    
​ 	public void setName(String name){
        // 赋值失败！由于形参变量名与成员变量名重名，导致成员变量名被隐藏
        // name = name;

        //使用this修饰方法中的变量，解决成员变量被隐藏的问题
        this.name = name;
    }

    public String getName(){
        return name; 
        // 也可写成return this.name (this可省略)
        // 理由：方法中只有一个变量名时，默认也是使用 this 修饰
    }

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

小贴士：采用 this 关键字是为了解决实例变量（private String name）和局部变量（setName(String name)中的name变量）之间发生的同名的冲突

2. 4 封装优化 2 - 构造方法

概念

• 构造方法是专门用来创建对象的方法
• 当我们通过关键字new来创建对象时，其实就是在调用构造方法

格式

public 类名称(参数类型 参数名称) {
    方法体
}

示例：

public class Student {
    // 成员变量
    private String name;
    private int age;

    // 无参数的构造方法
    public Student() {
        System.out.println("无参构造方法执行啦！");
    }

    // 全参数的构造方法
    public Student(String name, int age) {
        System.out.println("全参构造方法执行啦！");
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

注意事项

1. 构造方法的名称必须和所在的类名称完全一样，就连大小写也要一样

2. 构造方法不要写返回值类型，连void都不写

3. 构造方法不能return一个具体的返回值

4. 如果没有编写任何构造方法，那么编译器将会默认赠送一个构造方法，没有参数、方法体什么事情都不做 public Student() {}

5. 一旦编写了至少一个构造方法，那么编译器将不再赠送

6. 构造方法也是可以进行重载的（重载：方法名称相同，参数列表不同）

2. 5 标准代码 - JavaBean

一个标准的类（也叫JavaBean）通常要拥有下面四个组成部分：

1. 所有的成员变量都要使用 private 关键字修饰
2. 为每一个成员变量编写一对 Getter/Setter 方法
3. 编写一个无参数的构造方法
4. 编写一个全参数的构造方法

下面来编写一个完整的程序：

• 快速编写JavaBean，步骤：
  • 写好成员变量后，使用快捷键Alt + Insert：
  • 使用 Alt + Insert → 选择Constructor → 点击Select None → 自动生成无参构造方法
  • 使用 Alt + Insert → 选择Constructor → 选择成员变量→ OK → 自动生产有参构造方法
  • 使用 Alt + Insert → 选择Getter and Setter → 选择所有成员变量 → OK → 自动生成Getter/Setter 方法

public class Student {
    // 成员变量
    private String name; // 姓名
    private int age; // 年龄
   
    //无参构造方法【必须】
    public Student() {}
	
	//有参构造方法【建议】
    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

	//成员方法：getXxx()、setXxx()
    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public int getAge() {
        return age;
    }

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

• 测试类，代码：

public class Demo04Student {
    public static void main(String[] args) {
        Student stu1 = new Student();
        stu1.setName("小黑");
        stu1.setAge(20);
        System.out.println("姓名：" + stu1.getName() + "，年龄：" + stu1.getAge());
        System.out.println("=================");

        Student stu2 = new Student("小白", 21);
        System.out.println("姓名：" + stu2.getName() + "，年龄：" + stu2.getAge());
        stu2.setAge(22);
        System.out.println("姓名：" + stu2.getName() + "，年龄：" + stu2.getAge());
    }
}

• 执行结果：

姓名：小黑，年龄：20
=================
姓名：小白，年龄：21
姓名：小白，年龄：22