Java笔记-面向对象

面向对象

面向对象简称 OO（Object Oriented），20 世纪 80 年代以后，有了面向对象分析（OOA）、面向对象设计（OOD）、面向对象程序设计（OOP）等新的系统开发方式模型的研究。

对 Java 语言来说，一切皆是对象。把现实世界中的对象抽象地体现在编程世界中，一个对象代表了某个具体的操作。一个个对象最终组成了完整的程序设计，这些对象可以是独立存在的，也可以是从别的对象继承过来的。对象之间通过相互作用传递信息，实现程序开发。

对象的概念

Java 是面向对象的编程语言，对象就是面向对象程序设计的核心。所谓对象就是真实世界中的实体，对象与实体是一一对应的，也就是说现实世界中每一个实体都是一个对象，它是一种具体的概念。对象有以下特点：

对象具有属性和行为。
对象具有变化的状态。
对象具有唯一性。
对象都是某个类别的实例。
一切皆为对象，真实世界中的所有事物都可以视为对象。

例如，在真实世界的学校里，会有学生和老师等实体，学生有学号、姓名、所在班级等属性（数据），学生还有学习、提问、吃饭和走路等操作。学生只是抽象的描述，这个抽象的描述称为“类”。在学校里活动的是学生个体，即张同学、李同学等，这些具体的个体称为“对象”，“对象”也称为“实例”。

面向对象的三大核心特性

面向对象开发模式更有利于人们开拓思维，在具体的开发过程中便于程序的划分，方便程序员分工合作，提高开发效率。面向对象程序设计有以下优点。

可重用性：代码重复使用，减少代码量，提高开发效率。下面介绍的面向对象的三大核心特性（继承、封装和多态）都围绕这个核心。
可扩展性：指新的功能可以很容易地加入到系统中来，便于软件的修改。
可管理性：能够将功能与数据结合，方便管理。

该开发模式之所以使程序设计更加完善和强大，主要是因为面向对象具有继承、封装和多态 3 个核心特性。

继承性

如同生活中的子女继承父母拥有的所有财产，程序中的继承性是指子类拥有父类的全部特征和行为，这是类之间的一种关系。Java 只支持单继承。

例如定义一个语文老师类和数学老师类，如果不采用继承方式，那么两个类中需要定义的属性和方法如图 1 所示。

图 1 语文老师类和数学老师类中的属性和方法

从图 1 能够看出，语文老师类和数学老师类中的许多属性和方法相同，这些相同的属性和方法可以提取出来放在一个父类中，这个父类用于被语文老师类和数学老师类继承。当然父类还可以继承别的类，如图 2 所示。

总结图 2 的继承关系，可以用概括的树形关系来表示，如图 3 所示。

从图 3 中可以看出，学校主要人员是一个大的类别，老师和学生是学校主要人员的两个子类，而老师又可以分为语文老师和数学老师两个子类，学生也可以分为班长和组长两个子类。

使用这种层次形的分类方式，是为了将多个类的通用属性和方法提取出来，放在它们的父类中，然后只需要在子类中各自定义自己独有的属性和方法，并以继承的形式在父类中获取它们的通用属性和方法即可。

提示：C++ 支持多继承，多继承就是一个子类可有多个父类。例如，客轮是轮船也是交通工具，客轮的父类是轮船和交通工具。多继承会引起很多冲突问题，因此现在很多面向对象的语言都不支持多继承。Java 语言是单继承的，即只能有一个父类，但 Java 可以实现多个接口（接口类似于类，但接口的成员没有执行体。详细了解可参考《Java接口》一节），可以防止多继承所引起的冲突问题。

封装性

封装是将代码及其处理的数据绑定在一起的一种编程机制，该机制保证了程序和数据都不受外部干扰且不被误用。封装的目的在于保护信息，使用它的主要优点如下。

保护类中的信息，它可以阻止在外部定义的代码随意访问内部代码和数据。
隐藏细节信息，一些不需要程序员修改和使用的信息，比如取款机中的键盘，用户只需要知道按哪个键实现什么操作就可以，至于它内部是如何运行的，用户不需要知道。
有助于建立各个系统之间的松耦合关系，提高系统的独立性。当一个系统的实现方式发生变化时，只要它的接口不变，就不会影响其他系统的使用。例如 U 盘，不管里面的存储方式怎么改变，只要 U 盘上的 USB 接口不变，就不会影响用户的正常操作。
提高软件的复用率，降低成本。每个系统都是一个相对独立的整体，可以在不同的环境中得到使用。例如，一个 U 盘可以在多台电脑上使用。

Java 语言的基本封装单位是类。由于类的用途是封装复杂性，所以类的内部有隐藏实现复杂性的机制。Java 提供了私有和公有的访问模式，类的公有接口代表外部的用户应该知道或可以知道的每件东西，私有的方法数据只能通过该类的成员代码来访问，这就可以确保不会发生不希望的事情。

多态性

面向对象的多态性，即“一个接口，多个方法”。多态性体现在父类中定义的属性和方法被子类继承后，可以具有不同的属性或表现方式。多态性允许一个接口被多个同类使用，弥补了单继承的不足。多态概念可以用树形关系来表示，如图 4 所示。

Java认识类和对象

在面向对象中，类和对象是最基本、最重要的组成单元。类实际上是表示一个客观世界某类群体的一些基本特征抽象。对象就是表示一个个具体的东西。所以说类是对象的抽象，对象是类的具体。

让我们来看看人类所具有的一些特征，这些特征包括属性（一些参数、数值）以及方法（一些行为，他能干什么）。

每个人都有身高、体重、年龄、血型等属性，人会劳动、会直立行走、会用自己的头脑去创造工具等方法。人之所以能区别于其他类型的动物，是因为每个人都具有“人”这个群体的属性与方法。

“人类”只是一个抽象的概念，它仅仅是一个概念，是不存在的实体！但是所有具备“人类”这个群体的属性与方法的对象都叫人！这个对象“人” 是实际存在的实体！每个人都是“人”这个群体的一个对象。

老虎为什么不是人？因为它不具备“人”这个群体的属性与方法，老虎不会直立行走，不会使用工具等，所以说老虎不是人！也就是说，类是概念模型，定义对象的所有特性和所需的操作，对象是真实的模型，是一个具体的实体。

由此可见，类是描述了一组有相同特性（属性）和相同行为（方法）的一组对象的集合。

对象或实体所拥有的特征在类中表示时称为类的属性。例如，每个人都具有姓名、年龄和体重，这是所有人共有的特征。但是每一个对象的属性值又各不相同，例如，小明和小红都具有体重这个属性，但是他们的体重值是不同的。

对象执行的操作称为类的方法。比如，“人”这个对象都具有的行为是“吃饭”，因此，吃饭就是“人”类的一个方法。

综上所述，类是描述实体的“模板”和“原型”，它定义了属于这个类的对象所应该具有的状态和行为。比如一名学生在上课。一名正在上课的学生是类，它定义的信息有：姓名、上课。

使用该类定义的不同姓名的人在上课是对象，他们可能是小明、小红、小丽、张会等。在 Java 面向对象编程中，用自定义的类模型可以创建该类的一个实例，也就是对象。

类是实体对象的概念模型，因此通常是笼统的、不具体的。关于类和对象，初学者在理解上是存在一定难度的。表 1 给出了类和对象的更多示例。