【Java】万物皆对象——面向对象编程
⭐包
🏹导入包中的类
🏹静态导入
🏹将类放到包中
🏹包的访问权限控制
🏹常见的系统包
⭐继承
🏹基本语法
🏹protected关键字
🏹更复杂的继承关系
🏹final关键字
⭐组合
⭐多态
🏹向上转型
🏹动态绑定
🏹方法重写
🏹向下转型
🏹super关键字
🏹总结
⭐抽象类
🏹语法规则
🏹抽象类的作用
⭐接口
⭐包
🏹导入包中的类
Java 中已经提供了很多现成的类供我们使用. 例如
可以使用 java.util.Date 这种方式引入 java.util这个包中的 Date 类.
但是这种写法比较麻烦一些, 可以使用 import 语句导入包.
如果需要使用 java.util 中的其他类, 可以使用 import java.util.* 这个 * 号叫通配符，用了它就可以使用包中的所有类
但是更建议导入包中的类的时候要指定要导入的类名. 否则还是容易出现冲突的情况.
这时就需要用完整的类名
注意事项:
① import 和 C++ 的 #include 差别很大. C++ 必须 #include 来引入其他文件内容, 但是 Java 不需要.import 只是为了写代码的时候更方便. import 更类似于 C++ 的 namespace 和 using
② 使用通配符导入包下所有的类，java并不是像include那样导入所有文件，而是处理的时候需要用哪个类，他才会去拿那个类
🏹静态导入
使用 import static 可以导入包中的静态的方法和字段.
使用这种方式可以更方便的写一些代码, 例如
🏹将类放到包中
基本规则
在文件的最上方加上一个 package 语句指定该代码在哪个包中.
包名需要尽量指定成唯一的名字, 通常会用公司的域名的颠倒形式(例如 com.bit.demo1 )
包名要和代码路径相匹配. 例如创建 com.bit.demo1 的包, 那么会存在一个对应的路径ecom/bit/demo1 来存储代码.
如果一个类没有 package 语句, 则该类被放到一个默认包中.
包名必须小写
操作步骤
1) 在 IDEA 中先新建一个包: 右键 src -> 新建 -> 包
🏹包的访问权限控制
我们已经了解了类中的 public 和 private. private 中的成员只能被类的内部使用.
如果某个成员不包含 public 和 private 关键字, 此时这个成员可以在包内部的其他类使用, 但是不能在包外部的类使用.
下面的代码给了一个示例. Demo1 和 Demo2 是同一个包中, Test 是其他包中
Demo1.java
Demo2.java
Test.java
🏹常见的系统包
1. java.lang:系统常用基础类(String、Object),此包从JDK1.1后自动导入。
2. java.lang.reflect:java 反射编程包;
3. java.net:进行网络编程开发包。
4. java.sql:进行数据库开发的支持包。
5. java.util:是java提供的工具程序包。(集合类等) 非常重要
6. java.io:I/O编程开发包。
⭐继承
代码中创建的类, 主要是为了抽象现实中的一些事物(包含属性和方法).
有的时候客观事物之间就存在一些关联关系, 那么在表示成类和对象的时候也会存在一定的关联
例如, 设计一个类表示动物
注意, 我们可以给每个类创建一个单独的 java 文件. 类名必须和 .java 文件名匹配(大小写敏感)
这个代码我们发现其中存在了大量的冗余代码.
仔细分析, 我们发现 Animal 和 Cat 以及 Bird 这几个类中存在一定的关联关系:
这三个类都具备一个相同的 eat 方法, 而且行为是完全一样的.
这三个类都具备一个相同的 name 属性, 而且意义是完全一样的.
从逻辑上讲, Cat 和 Bird 都是一种 Animal (is - a 语义).
此时我们就可以让 Cat 和 Bird 分别继承 Animal 类, 来达到代码重用的效果
此时, Animal 这样被继承的类, 我们称为 父类, 基类 或 超类, 对于像 Cat 和 Bird 这样的类, 我们称为 子类, 派生类和现实中的儿子继承父亲的财产类似, 子类也会继承父类的字段和方法, 以达到代码重用的效果.
🏹基本语法
对于上面的代码, 可以使用继承进行改进. 此时我们让Cat 和 Bird 继承自 Animal 类, 那么 Cat 在定义的时候就不必再写 name 字段和 eat 方法.
extends 英文原意指 “扩展”. 而我们所写的类的继承, 也可以理解成基于父类进行代码上的 “扩展”.
例如我们写的 Bird 类, 就是在 Animal 的基础上扩展出了 fly 方法.
🏹protected关键字
刚才我们发现, 如果把字段设为 private, 子类不能访问. 但是设成 public, 又违背了我们 “封装” 的初衷.
两全其美的办法就是 protected 关键字.
对于类的调用者来说, protected 修饰的字段和方法是不能访问的
对于类的 子类 和 同一个包的其他类 来说, protected 修饰的字段和方法是可以访问的
🏹更复杂的继承关系
刚才我们的例子中, 只涉及到 Animal, Cat 和 Bird 三种类. 但是如果情况更复杂一些呢?
这个时候使用继承方式来表示, 就会涉及到更复杂的体系.
如刚才这样的继承方式称为多层继承, 即子类还可以进一步的再派生出新的子类.
时刻牢记, 我们写的类是现实事物的抽象. 而我们真正在公司中所遇到的项目往往业务比较复杂, 可能会涉及到一系列复杂的概念, 都需要我们使用代码来表示, 所以我们真实项目中所写的类也会有很多. 类之间的关系也会更加复杂.
但是即使如此, 我们并不希望类之间的继承层次太复杂. 一般我们不希望出现超过三层的继承关系.
如果继承层次太多, 就需要考虑对代码进行重构了.
如果想从语法上进行限制继承, 就可以使用 final 关键字
🏹final关键字
曾经我们学习过 final 关键字, 修饰一个变量或者字段的时候, 表示 常量 (不能修改).
final 关键字也能修饰类, 此时表示被修饰的类就不能被继承.
final 关键字的功能是 限制 类被继承
"限制" 这件事情意味着 “不灵活”. 在编程中, 灵活往往不见得是一件好事. 灵活可能意味着更容易出错.
使用 final 修饰的类被继承的时候, 就会编译报错, 此时就可以提示我们这样的继承是有悖这个类设计的初衷的
例如我们平时是用的 String 字符串类, 就是用 final 修饰的, 不能被继承.
⭐组合
和继承类似, 组合也是一种表达类之间关系的方式, 也是能够达到代码重用的效果.
例如表示一个学校:
组合并没有涉及到特殊的语法(诸如 extends 这样的关键字), 仅仅是将一个类的实例作为另外一个类的字段.
这是我们设计类的一种常用方式之一.
组合表示 has - a 语义
在刚才的例子中, 我们可以理解成一个学校中 “包含” 若干学生和教师.
继承表示 is - a 语义
在上面的 “动物和猫” 的例子中, 我们可以理解成一只猫也 “是” 一种动物.
要注意体会两种语义的区别.
⭐多态
🏹向上转型
形如下面的代码
这个代码也可以写成这个样子
或者写成下面的方式
此时 bird2 是一个父类 (Animal) 的引用, 指向一个子类 (Bird) 的实例这种写法称为 向上转型.
【为啥叫 “向上转型”?】
在面向对象程序设计中, 针对一些复杂的场景(很多类, 很复杂的继承关系), 程序猿会画一种 UML 图的方式来表示类之间的关系. 此时父类通常画在子类的上方. 所以我们就称为 “向上转型” , 表示往父类的方向转.
向上转型发生的时机:
🏹动态绑定
当子类和父类中出现同名方法的时候, 再去调用会出现什么情况呢?
对前面的代码稍加修改, 给 Bird 类也加上同名的 eat 方法, 并且在两个 eat 中分别加上不同的日志.
此时, 我们发现:
animal1 和 animal2 虽然都是 Animal 类型的引用, 但是 animal1 指向 Animal 类型的实例, animal2 指向Bird 类型的实例.
针对 animal1 和 animal2 分别调用 eat 方法, 发现 animal1.eat() 实际调用了父类的方法, 而animal2.eat() 实际调用了子类的方法.
因此, 在 Java 中, 调用某个类的方法, 究竟执行了哪段代码 (是父类方法的代码还是子类方法的代码) , 要看究竟这个引用指向的是父类对象还是子类对象. 这个过程是程序运行时决定的(而不是编译期), 因此称为 动态绑定.
🏹方法重写
针对刚才的 eat 方法来说:
子类实现父类的同名方法, 并且参数的类型和个数完全相同, 这种情况称为 覆写/重写/覆盖(Override).
关于重写的注意事项
1. 重写和重载完全不一样. 不要混淆(思考一下, 重载的规则是啥?)
2. 普通方法可以重写, static 修饰的静态方法不能重写.
3. 重写中子类的方法的访问权限不能低于父类的方法访问权限.
4. 重写的方法返回值类型不一定和父类的方法相同(但是建议最好写成相同, 特殊情况除外,如协变类型).
方法权限示例: 将子类的 eat 改成 private
另外, 针对重写的方法, 可以使用 @Override 注解来显式指定.
有了这个注解能帮我们进行一些合法性校验. 例如不小心将方法名字拼写错了 (比如写成 aet), 那么此时编译器就会发现父类中没有 aet 方法, 就会编译报错, 提示无法构成重写.
个人强烈推荐在代码中进行重写方法时显式加上 @Override 注解.
🏹向下转型
向上转型是子类对象转成父类对象, 向下转型就是父类对象转成子类对象. 相比于向上转型来说, 向下转型没那么常见,但是也有一定的用途.
接下来是我们熟悉的操作
接下来我们尝试让圆圆飞起来
注意事项
编译过程中, animal 的类型是 Animal, 此时编译器只知道这个类中有一个 eat 方法, 没有 fly 方法.虽然 animal 实际引用的是一个 Bird 对象, 但是编译器是以 animal 的类型来查看有哪些方法的.对于 Animal animal = new Bird(“圆圆”) 这样的代码,
编译器检查有哪些方法存在, 看的是 Animal 这个类型
执行时究竟执行父类的方法还是子类的方法, 看的是 Bird 这个类型.
那么想实现刚才的效果, 就需要向下转型.
但是这样的向下转型有时是不太可靠的. 例如
animal 本质上引用的是一个 Cat 对象, 是不能转成 Bird 对象的. 运行时就会抛出异常.
🏹super关键字
前面的代码中由于使用了重写机制, 调用到的是子类的方法. 如果需要在子类内部调用父类方法怎么办? 可以使用super 关键字.
super 表示获取到父类实例的引用. 涉及到两种常见用法.
注意 super 和 this 功能有些相似, 但是还是要注意其中的区别.
🏹总结
多态是面向对象程序设计中比较难理解的部分. 我们会在后面的抽象类和接口中进一步体会多态的使用. 重点是多态带来的编码上的好处.
另一方面, 如果抛开 Java, 多态其实是一个更广泛的概念, 和 “继承” 这样的语法并没有必然的联系.
C++ 中的 “动态多态” 和 Java 的多态类似. 但是 C++ 还有一种 “静态多态”(模板), 就和继承体系没有关系了.
Python 中的多态体现的是 “鸭子类型”, 也和继承体系没有关系.
Go 语言中没有 “继承” 这样的概念, 同样也能表示多态.
无论是哪种编程语言, 多态的核心都是让调用者不必关注对象的具体类型. 这是降低用户使用成本的一种重要方式
⭐抽象类
🏹语法规则
比如，在一个图形编辑软件的分析设计过程中，就会发现问题领域存在着圆、三角形这样一些具体概念，它们是不同的，但是它们又都属于形状这样一个概念，形状这个概念在问题领域并不是直接存在的，它就是一个抽象概念。而正是因为抽象的概念在问题领域没有对应的具体概念，所以用以表征抽象概念的抽象类是不能够实例化的。
像这种没有实际工作的方法, 我们可以把它设计成一个 抽象方法(abstractmethod), 包含抽象方法的类我们称为 抽象类(abstract class).
- 在 draw 方法前加上 abstract 关键字, 表示这是一个抽象方法. 同时抽象方法没有方法体(没有 { }, 不能执行具体代码).
- 对于包含抽象方法的类, 必须加上 abstract 关键字表示这是一个抽象类.
🏹抽象类的作用
抽象类存在的最大意义就是为了被继承.
抽象类本身不能被实例化, 要想使用, 只能创建该抽象类的子类. 然后让子类重写抽象类中的抽象方法.
有些同学可能会说了, 普通的类也可以被继承呀, 普通的方法也可以被重写呀, 为啥非得用抽象类和抽象方法呢?
确实如此. 但是使用抽象类相当于多了一重编译器的校验.
使用抽象类的场景就如上面的代码, 实际工作不应该由父类完成, 而应由子类完成. 那么此时如果不小心误用成父类了,
使用普通类编译器是不会报错的. 但是父类是抽象类就会在实例化的时候提示错误, 让我们尽早发现问题.
很多语法存在的意义都是为了 “预防出错”, 例如我们曾经用过的 final 也是类似. 创建的变量用户不去修改, 不就相当于常量嘛? 但是加上 final 能够在不小心误修改的时候, 让编译器及时提醒我们.
充分利用编译器的校验, 在实际开发中是非常有意义的.
