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JAVA基礎——面向對象三大特性:封裝、繼承、多態

封裝

概念

將類的某些信息隱藏在類內部,不允許外部程序直接訪問,而是通過該類提供的方法來實現對隱藏信息的操作和訪問。

好處

只能通過規定的方法訪問數據。

隱藏類的實例細節,方便修改和實現。

封裝的實現步驟

需要注意:對封裝的屬性不一定要通過get/set方法,其他方法也可以對封裝的屬性進行操作。當然最好使用get/set方法,比較標準。

訪問修飾符

從表格可以看出從上到下封裝性越來越差。

this關鍵字

1. this關鍵字代表當前對象

this.屬性 操作當前對象的屬性

this.方法 調用當前對象的方法。

2.封裝對象的屬性的時候,經常會使用this關鍵字。

3.當getter和setter函數參數名和成員函數名重合的時候,可以使用this區別。如:

Java 中的內部類

內部類( Inner Class )就是定義在另外一個類裡面的類。與之對應,包含內部類的類被稱為外部類。

那麼問題來了:那為什麼要將一個類定義在另一個類裡面呢?清清爽爽的獨立的一個類多好啊!!

答:內部類的主要作用如下:

1. 內部類提供了更好的封裝,可以把內部類隱藏在外部類之內,不允許同一個包中的其他類訪問該類。

2. 內部類的方法可以直接訪問外部類的所有數據,包括私有的數據。

3. 類所實現的功能使用外部類同樣可以實現,只是有時使用內部類更方便。

內部類可分為以下幾種:

成員內部類

靜態內部類

方法內部類

匿名內部類

繼承

繼承的概念

繼承是類與類的一種關係,是一種「is a」的關係。比如「狗」繼承「動物」,這裡動物類是狗類的父類或者基類,狗類是動物類的子類或者派生類。如下圖所示:

註:java中的繼承是單繼承,即一個類只有一個父類。

繼承的好處

子類擁有父類的所有屬性和方法(除了private修飾的屬性不能擁有)從而實現了實現代碼的復用;

語法規則

只要在子類加上extends關鍵字繼承相應的父類就可以了:

方法的重寫

子類如果對繼承的父類的方法不滿意(不適合),可以自己編寫繼承的方法,這種方式就稱為方法的重寫。當調用方法時會優先調用子類的方法。

重寫要注意:

返回值類型

方法名

參數類型及個數

都要與父類繼承的方法相同,才叫方法的重寫。

重載和重寫的區別:

方法重載:在同一個類中處理不同數據的多個相同方法名的多態手段。

方法重寫:相對繼承而言,子類中對父類已經存在的方法進行區別化的修改。

繼承的初始化順序

初始化父類再初始化子類

先執行初始化對象中屬性,再執行構造方法中的初始化。

基於上面兩點,我們就知道實例化一個子類,java程序的執行順序是:

父類對象屬性初始化---->父類對象構造方法---->子類對象屬性初始化--->子類對象構造方法

下面有個形象的圖:

final關鍵字

使用final關鍵字做標識有「最終的」含義。

final 修飾類,則該類不允許被繼承。

final 修飾方法,則該方法不允許被覆蓋(重寫)。

final 修飾屬性,則該類的該屬性不會進行隱式的初始化,所以 該final 屬性的初始化屬性必須有值,或在構造方法中賦值(但只能選其一,且必須選其一,因為沒有默認值!),且初始化之後就不能改了,只能賦值一次。

final 修飾變數,則該變數的值只能賦一次值,在聲明變數的時候才能賦值,即變為常量。

super關鍵字

在對象的內部使用,可以代表父類對象。

訪問父類的屬性:super.age

訪問父類的方法:super.eat()

super的應用:

首先我們知道子類的構造的過程當中必須調用父類的構造方法。其實這個過程已經隱式地使用了我們的super關鍵字。

這是因為如果子類的構造方法中沒有顯示調用父類的構造方法,則系統默認調用父類無參的構造方法。

那麼如果自己用super關鍵字在子類里調用父類的構造方法,則必須在子類的構造方法中的第一行。

要注意的是:如果子類構造方法中既沒有顯示調用父類的構造方法,而父類沒有無參的構造方法,則編譯出錯。

(補充說明,雖然沒有顯示聲明父類的無參的構造方法,系統會自動默認生成一個無參構造方法,但是,如果你聲明了一個有參的構造方法,而沒有聲明無參的構造方法,這時系統不會動默認生成一個無參構造方法,此時稱為父類有沒有無參的構造方法。)

Object類

Object類是所有類的父類,如果一個類沒有使用extends關鍵字明確標識繼承另一個類,那麼這個類默認繼承Object類。

Object類中的方法,適合所有子類!!!

那麼Object類中有什麼主要的方法呢?

toString()

a.在Object類裡面定義toString()方法的時候返回的對象的哈希code碼(對象地址字元串)。

哈希碼是通過哈希演算法生成的一個字元串,它是用來唯一區分我們對象的地址碼,就像我們的身份證一樣。

b.可以通過重寫toString()方法表示出對象的屬性。

如果我們希望輸出一個對象的時候,不是它的哈希碼,而是它的各個屬性值,那我們可以通過重寫toString()方法表示出對象的屬性。

equals()

a.equals()----返回值是布爾類型。

b.默認的情況下,比較的是對象的引用是否指向同一塊內存地址-------對象實例化時,即給對象分配內存空間,該內存空間的地址就是內存地址。使用方法如:dog.equals(dog2);

c.如果是兩個對象,但想判斷兩個對象的屬性是否相同,則重寫equals()方法。

以Dog類為例,重寫後的equals()方法如下(當然你可以根據自己想比較的屬性來重寫,這裡我以age屬性是否相同來重寫equals()方法):

上面有四個判斷,它們的含義分別是:

1.判斷地址是否相同----if (this == obj),相同則返回true

2.判斷對象是否為空----if (obj == null),為空則返回false

3.getClass()可以得到類對象,判斷類型是否一樣-----if (getClass() != obj.getClass()),不一樣則返回false

4.判斷屬性值是否一樣----if (age != other.age),不一樣返回false

5.如果地址相同,對象不為空,類型一樣,屬性值一樣則返回true

這裡要注意的是,理解obj.getClass()得到的類對象和類的對象的區別,以下用圖形表示:

可以看到,對於類對象我們關心它屬於哪個類,擁有什麼屬性和方法,比如我和你都是屬於「人」這個類對象;而類的對象則是一個類的實例化的具體的一個對象。比如我和你是兩個不同的人。

多態

面向對象的最後一個特性就是多態,那麼什麼是多態呢?多態就是對象的多種形態。

java里的多態主要表現在兩個方面:

引用多態

父類的引用可以指向本類的對象;

父類的引用可以指向子類的對象;

這兩句話是什麼意思呢,讓我們用代碼來體驗一下,首先我們創建一個父類Animal和一個子類Dog,在主函數里如下所示:

注意:我們不能使用一個子類的引用來指向父類的對象,如:

這裡我們必須深刻理解引用多態的意義,才能更好記憶這種多態的特性。為什麼子類的引用不能用來指向父類的對象呢?

我在這裡通俗給大家講解一下:就以上面的例子來說,我們能說「狗是一種動物」,但是不能說「動物是一種狗」,狗和動物是父類和子類的繼承關係,它們的從屬是不能顛倒的。

當父類的引用指向子類的對象時,該對象將只是看成一種特殊的父類(裡面有重寫的方法和屬性),反之,一個子類的引用來指向父類的對象是不可行的!!

方法多態

根據上述創建的兩個對象:本類對象和子類對象,同樣都是父類的引用,當我們指向不同的對象時,它們調用的方法也是多態的。

創建本類對象時,調用的方法為本類方法;

創建子類對象時,調用的方法為子類重寫的方法或者繼承的方法;

使用多態的時候要注意:如果我們在子類中編寫一個獨有的方法(沒有繼承父類的方法),此時就不能通過父類的引用創建的子類對象來調用該方法!!!

注意: 繼承是多態的基礎。

引用類型轉換

了解了多態的含義後,我們在日常使用多態的特性時經常需要進行引用類型轉換。

引用類型轉換:

1.向上類型轉換(隱式/自動類型轉換),是小類型轉換到大類型。

就以上述的父類Animal和一個子類Dog來說明,當父類的引用可以指向子類的對象時,就是向上類型轉換。如:

2.向下類型轉換(強制類型轉換),是大類型轉換到小類型(有風險,可能出現數據溢出)。

將上述代碼再加上一行,我們再次將父類轉換為子類引用,那麼會出現錯誤,編譯器不允許我們直接這麼做,雖然我們知道這個父類引用指向的就是子類對象,但是編譯器認為這種轉換是存在風險的。如:

那麼我們該怎麼解決這個問題呢,我們可以在animal前加上(Dog)來強制類型轉換。如:

但是如果父類引用沒有指向該子類的對象,則不能向下類型轉換,雖然編譯器不會報錯,但是運行的時候程序會出錯,如:

其實這就是上面所說的子類的引用指向父類的對象,而強制轉換類型也不能轉換!!

還有一種情況是父類的引用指向其他子類的對象,則不能通過強制轉為該子類的對象。如:

這是因為我們在編譯的時候進行了強制類型轉換,編譯時的類型是我們強制轉換的類型,所以編譯器不會報錯,而當我們運行的時候,程序給animal開闢的是Dog類型的內存空間,這與Cat類型內存空間不匹配,所以無法正常轉換。

這兩種情況出錯的本質是一樣的,所以我們在使用強制類型轉換的時候要特別注意這兩種錯誤!!下面有個更安全的方式來實現向下類型轉換。

3.instanceof運算符,來解決引用對象的類型,避免類型轉換的安全性問題。

instanceof是Java的一個二元操作符,和==,>,

我們來使用instanceof運算符來規避上面的錯誤,代碼修改如下:

利用if語句和instanceof運算符來判斷兩個對象的類型是否一致。

補充說明:在比較一個對象是否和另一個對象屬於同一個類實例的時候,我們通常可以採用instanceof和getClass兩種方法通過兩者是否相等來判斷,但是兩者在判斷上面是有差別的。

Instanceof進行類型檢查規則是:你屬於該類嗎?或者你屬於該類的派生類嗎?而通過getClass獲得類型信息採用==來進行檢查是否相等的操作是嚴格的判斷,不會存在繼承方面的考慮。

總結:在寫程序的時候,如果要進行類型轉換,我們最好使用instanceof運算符來判斷它左邊的對象是否是它右邊的類的實例,再進行強制轉換。

抽象類

定義:抽象類前使用abstract關鍵字修飾,則該類為抽象類。

使用抽象類要注意以下幾點:

1. 抽象類是約束子類必須有什麼方法,而並不關注子類如何實現這些方法。

2. 抽象類應用場景:

a.在某些情況下,某個父類只是知道其子類應該包含怎樣的方法,但無法準確知道這些子類如何實現這些方法(可實現動態多態)。

b.從多個具有相同特徵的類中抽象出一個抽象類,以這個抽象類作為子類的模板,從而避免子類設計的隨意性。

3. 抽象類定義抽象方法,只有聲明,不需要實現。抽象方法沒有方法體以分號結束,抽象方法必須用abstract關鍵字來修飾。如:

4.包含抽象方法的類是抽象類。抽象類中可以包含普通的方法,也可以沒有抽象方法。如:

5.抽象類不能直接創建,可以定義引用變數來指向子類對象,來實現抽象方法。以上述的Telephone抽象類為例:

以上是Telephone抽象類和子類Phone的定義,下面我們看main函數里:

運行結果(排錯之後):

介面

概念

介面可以理解為一種特殊的類,由全局常量和公共的抽象方法所組成。也可理解為一個特殊的抽象類,因為它含有抽象方法。

如果說類是一種具體實現體,而介面定義了某一批類所需要遵守的規範,介面不關心這些類的內部數據,也不關心這些類里方法的實現細節,它只規定這些類里必須提供的某些方法。(這裡與抽象類相似)

介面定義的基本語法

[修飾符] [abstract] interface 介面名 [extends父介面1,2....](多繼承){

0…n常量 (public static final)

0…n 抽象方法(public abstract)

}

其中[ ]里的內容表示可選項,可以寫也可以不寫;介面中的屬性都是常量,即使定義時不添加public static final 修飾符,系統也會自動加上;介面中的方法都是抽象方法,即使定義時不添加public abstract修飾符,系統也會自動加上。

使用介面

一個類可以實現一個或多個介面,實現介面使用implements關鍵字。java中一個類只能繼承一個父類,是不夠靈活的,通過實現多個介面可以補充。

繼承父類實現介面的語法為:

[修飾符] class 類名 extends 父類 implements 介面1,介面2...{

類體部分//如果繼承了抽象類,需要實現繼承的抽象方法;要實現介面中的抽象方法

}

注意:如果要繼承父類,繼承父類必須在實現介面之前,即extends關鍵字必須在implements關鍵字前

補充說明:通常我們在命名一個介面時,經常以I開頭,用來區分普通的類。如:IPlayGame

以下我們來補充在上述抽象類中的例子,我們之前已經定義了一個抽象類Telephone和子類Phone,這裡我們再創建一個IPlayGame的介面,然後在原來定義的兩個類稍作修改,代碼如下:

運行結果:

介面和匿名內部類配合使用

介面在使用過程中還經常和匿名內部類配合使用。匿名內部類就是沒有沒名字的內部類,多用於關注實現而不關注實現類的名稱。

語法格式:

還有一種寫法:(直接把方法的調用寫在匿名內部類的最後)

抽象類和介面的區別

我們在多態的學習過程中認識到抽象類和介面都是實現java多態特性的關鍵部分,兩者都包含抽象方法,只關注方法的聲明而不關注方法的具體實現,那麼這兩者又有什麼區別呢??我們在編寫java程序的時候又該如何抉擇呢?

語法層面上的區別

一個類只能繼承一個抽象類,而一個類卻可以實現多個介面。

抽象類中的成員變數可以是各種類型的,而介面中的成員變數只能是public static final類型的;且必須給其初值,所以實現類中不能重新定義,也不能改變其值;抽象類中的變數默認是 friendly 型,其值可以在子類中重新定義,也可以重新賦值。

抽象類中可以有非抽象方法,介面中則不能有非抽象方法。

介面可以省略abstract 關鍵字,抽象類不能。

介面中不能含有靜態代碼塊以及靜態方法,而抽象類可以有靜態代碼塊和靜態方法.

設計層面上的區別

1.抽象類是對一種事物的抽象,即對類抽象,而介面是對行為的抽象。抽象類是對整個類整體進行抽象,包括屬性、行為,但是介面卻是對類局部(行為)進行抽象。

舉個簡單的例子,飛機和鳥是不同類的事物,但是它們都有一個共性,就是都會飛。那麼在設計的時候,可以將飛機設計為一個類Airplane,將鳥設計為一個類Bird,但是不能將 飛行 這個特性也設計為類,因此它只是一個行為特性,並不是對一類事物的抽象描述。此時可以將 飛行 設計為一個介面Fly,包含方法fly( ),然後Airplane和Bird分別根據自己的需要實現Fly這個介面。

然後至於有不同種類的飛機,比如戰鬥機、民用飛機等直接繼承Airplane即可,對於鳥也是類似的,不同種類的鳥直接繼承Bird類即可。從這裡可以看出,繼承是一個 "是不是"的關係,而 介面 實現則是 "有沒有"的關係。

如果一個類繼承了某個抽象類,則子類必定是抽象類的種類,而介面實現則是有沒有、具備不具備的關係,比如鳥是否能飛(或者是否具備飛行這個特點),能飛行則可以實現這個介面,不能飛行就不實現這個介面。

2.設計層面不同,抽象類作為很多子類的父類,它是一種模板式設計。而介面是一種行為規範,它是一種輻射式設計。什麼是模板式設計?

最簡單例子,大家都用過ppt裡面的模板,如果用模板A設計了ppt B和ppt C,ppt B和ppt C公共的部分就是模板A了,如果它們的公共部分需要改動,則只需要改動模板A就可以了,不需要重新對ppt B和ppt C進行改動。

而輻射式設計,比如某個電梯都裝了某種報警器,一旦要更新報警器,就必須全部更新。也就是說對於抽象類,如果需要添加新的方法,可以直接在抽象類中添加具體的實現,子類可以不進行變更;而對於介面則不行,如果介面進行了變更,則所有實現這個介面的類都必須進行相應的改動。

下面看一個網上流傳最廣泛的例子:門和警報的例子:門都有open( )和close( )兩個動作,此時我們可以定義通過抽象類和介面來定義這個抽象概念:

或者:

但是現在如果我們需要門具有報警alarm( )的功能,那麼該如何實現?下面提供兩種思路:

將這三個功能都放在抽象類裡面,但是這樣一來所有繼承於這個抽象類的子類都具備了報警功能,但是有的門並不一定具備報警功能;

將這三個功能都放在介面裡面,需要用到報警功能的類就需要實現這個介面中的open( )和close( ),也許這個類根本就不具備open( )和close( )這兩個功能,比如火災報警器。

從這裡可以看出, Door的open() 、close()和alarm()根本就屬於兩個不同範疇內的行為,open()和close()屬於門本身固有的行為特性,而alarm()屬於延伸的附加行為。

因此最好的解決辦法是單獨將報警設計為一個介面,包含alarm()行為,Door設計為單獨的一個抽象類,包含open和close兩種行為。再設計一個報警門繼承Door類和實現Alarm介面。

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