Java：面对对象

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 id: 面对对象
 title: 面对对象
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 data: 2022年4月27日 
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 在 Java 中，**万事万物都是对象**。 Java 也是面对对象的高级编程语言，面对对象语言具有如下特征
 - 面对对象是一种常见的思想，比较符合人们的思考习惯；
 - 面对对象可以将复杂的业务逻辑简单化，增强代码复用性；
 - 面对对象具有抽象、封装、继承、多态等特性；
 ## 类
 类——相当于是一系列对象的抽象。具体就比如自动车一样，车的长、宽、高是车的**数据**；车的骑行，喇叭是车的**方法**。
 ### 定义
 ```java
 class ClassName{
 	// body
 }
 ```
 ### 创建
 ```java
 ClassName classname = new ClassName();
 ```
 ### 构造
 在 Java 类中，通过构造方法在对象**创建时期调用一次**来确保每个对象都被**初始化**。构造方法比较特殊，没有参数类型和返回值，构造方法名称务必和类名保持一致，并且一个类可以拥有多个构造方法。
 ```java
 class Apple {
 	int sum;
 	String color;
 	public Apple(){}
 	public Apple(int sum){}
 	public Apple(String color){}
 	public Apple(int sum,String color){}
 }
 // 创建对象
 class createApple {
 	public static void main(String[] args) {
 		Apple apple1 = new Apple();
 		Apple apple2 = new Apple(1);
 		Apple apple3 = new Apple("red");
 		Apple apple4 = new Apple(2,"color");
 	}
 }
 ```
 如果类中没有定义任何构造方法，那么 JVM 会自动生成一个默认构造方法。
 ## 面对对象
 ### 封装
 封装（英语：Encapsulation）是指一种将抽象性函式接口的实现细节部份包装、隐藏起来的方法。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外部类定义的代码随机访问。要访问该类的代码和数据，必须通过严格的接口控制。
 #### 数据
 数据也可以被称为属性，数据可以是任意类型的对象，也可以是基本数据类型。
 ```java
 Class A{
 	int a;
 	Apple apple;
 }
 ```
 #### 方法
 方法（函数）通过封装多行代码的实现，用来**简化代码**、**利于维护**、**重复调用**、**模块化编程**和**提高开发效率**。
 ```java
 修饰符 返回值类型 方法名(参数类型 参数名){
    ...
    方法体
    ...
    return 返回值;
 }
 ```
 - **修饰符：**定义方法的访问类型。
 - **返回值类型 ：**定义方法返回值类型。如果方法没有返回值，返回值类型是关键字 **void**。
 - **函数名：**调用方法的实际访问名称。
 - **参数类型：**方法调用时，限定传递参数类型。
 - **参数名：**方法调用时，传递的实际参数。方法定义时，限定的形式参数。
 - **方法体：**定义方法的功能
 #### 权限
 ![访问权限](https://static.7wate.com/img/2022/04/27/46262496c680a.png)
 #### 实例
 ```java
 public class EncapTest{
   private String name;
   private String idNum;
   private int age;
   public int getAge(){
      return age;
   }
   public String getName(){
      return name;
   }
   public String getIdNum(){
      return idNum;
   }
   public void setAge( int newAge){
      age = newAge;
   }
   public void setName(String newName){
      name = newName;
   }
   public void setIdNum( String newId){
      idNum = newId;
   }
 }
 ```
 ### 继承
 继承就是子类继承父类的特征和行为，使得子类对象（实例）具有父类的实例域和方法，或子类从父类继承方法，使得子类具有父类相同的行为。从而减少重复代码，提高维护性，代码也更佳简洁，提高代码的复用性。
 ![继承图示例](https://static.7wate.com/img/2022/04/27/4439d9883fb7a.jpg)
 #### 类型
 Java 不支持多继承，但支持多重继承。
 ![继承类型](https://static.7wate.com/img/2022/04/27/75c38968a30e6.png)
 #### 特性
 - 子类拥有父类非 private 的属性、方法。
 - 子类可以拥有自己的属性和方法，即子类可以对父类进行扩展。
 - 子类可以用自己的方式实现父类的方法。
 - Java 的继承是单继承，但是可以多重继承，单继承就是一个子类只能继承一个父类，多重继承就是，例如 A 类继承 B 类，B 类继承 C 类，所以按照关系就是 C 类是 B 类的父类，B 类是 A 类的父类，这是 Java 继承区别于 C++ 继承的一个特性。
 - 提高了类之间的耦合性（继承的缺点，耦合度高就会造成代码之间的联系越紧密，代码独立性越差）。
 #### 关键字
 - **extends：**类的继承是单一继承，一个子类只能拥有一个父类。
 - **implements：**变相的使 java 具有多继承的特性，使用范围为类继承接口的情况，可以同时继承多个接口（接口跟接口之间采用逗号分隔）。
 - **super：**通过 super 关键字来实现对父类成员的访问，用来引用当前对象的父类。
 - **this：**指向自己的引用。
 - **final：**类定义为不能继承的，即最终类；或者用于修饰方法，该方法不能被子类重写。
 #### 实例
 ```java
 class 父类 {
 }
 class 子类 extends 父类 {
 }
 // 单一继承
 public class Animal { 
    private String name;   
    private int id; 
    public Animal(String myName, String myid) { 
        //初始化属性值
    } 
    public void eat() {  //吃东西方法的具体实现  } 
    public void sleep() { //睡觉方法的具体实现  } 
 } 
 public class Penguin extends Animal{ 
 }
 // 继承多个接口
 public interface A {
    public void eat();
    public void sleep();
 }
 public interface B {
    public void show();
 }
 public class C implements A,B {
 }
 // super 与 this 关键字 
 class Animal {
  	void eat() {
    	System.out.println("animal : eat");
  	}
 }
 class Dog extends Animal {
  	void eat() {
    	System.out.println("dog : eat");
  	}
  	void eatTest() {
    	this.eat();   // this 调用自己的方法
    	super.eat();  // super 调用父类方法
  	}
 }
 public class Test {
  	public static void main(String[] args) {
    	Animal a = new Animal();
    	a.eat();
    	Dog d = new Dog();
    	d.eatTest();
  	}
 }
 // final 关键字
 final class 类名 { /*方法体*/ }
 [public / private / default / protected] final 返回值类型 方法名(){ /*方法体*/ }
 ```
 ### 重写与重载
 #### 重写
 重写与重载虽然名字相似，但却是完全不同的东西。方法重写的描述是对**子类和父类**之间的。
 - 子类中重写的方法必须与父类保持一致，包括返回值类型、方法名、参数列表。
 - 子类中重写的方法可以使用 @Override 注解来标识。
 - 子类中重写方法的访问权限不能低于父类中方法的访问权限。
 ```java
 class Fruit {
 	public void eat(){
 		System.out.printl('eat fruit');
 	}
 }
 class Apple extends Fruit{
 	@Override
 	public void eat(){
 		System.out.printl('eat apple');
 	}
 }
 ```
 #### 重载
 相同的方法名拥有独一无二的参数列表，其中包括参数的类型、顺序、数量等构成了方法重载的必要条件。
 - **方法名称必须相同。**
 - **参数列表必须不相同（类型、顺序、数量不同等）。**
 - 返回类型不同不构成方法重载。
 - 重载是在编译时，具体由编译器确定使用那个方法。
 **即外壳不变，核心重写！**
 ```java
 public class Apple {
 	int sum;
 	String color;
 	public Apple(){}
 	public Apple(int sum){}
 	public int getApple(int num){
 		return 1;
 	}
 	public String getApple(String color){
 		return "color";
 	}
 }
 ```
 #### 重写与重载的区别
 |  区别点  | 重载方法 |                    重写方法                    |
 | :------: | :------: | :--------------------------------------------: |
 | 参数列表 | 必须修改 |                  一定不能修改                  |
 | 返回类型 | 可以修改 |                  一定不能修改                  |
 |   异常   | 可以修改 | 可以减少或删除，一定不能抛出新的或者更广的异常 |
 |   访问   | 可以修改 |     一定不能做更严格的限制（可以降低限制）     |
 方法的重写（Overriding）和重载（Overloading）是 java 多态性的不同表现，重写是父类与子类之间多态性的一种表现，重载可以理解成多态的具体表现形式。
 1. 方法重写是在子类存在方法与父类的方法的名字相同,而且参数的个数与类型一样,返回值也一样的方法,就称为重写（Overriding）。
 2. 方法重载是一个类中定义了多个方法名相同,而他们的参数的数量不同或数量相同而类型和次序不同,则称为方法的重载（Overloading）。
 3. 方法重载是一个类的多态性表现,而方法重写是子类与父类的一种多态性表现。
 ![区别图例](https://static.7wate.com/img/2022/04/27/4fdd076693397.png)
 ### 多态
 多态是同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。
 多态就是同一个接口，使用不同的实例而执行不同操作，如图所示：
 ![多态图例](https://static.7wate.com/img/2022/04/27/ac5f133d3c528.png)
 #### 优点
 - 消除类型之间的耦合关系
 - 可替换性
 - 可扩充性
 - 接口性
 - 灵活性
 - 简化性
 #### 多态存在的三个必要条件
 - 继承
 - 重写
 - 父类引用指向子类对象
 #### 多态的实现方式
 - 重写
 - 接口
 - 抽象类和抽象方法
 ## 抽象
 在面向对象的概念中，所有的对象都是通过类来描绘的，但是反过来，并不是所有的类都是用来描绘对象的，如果一个类中没有包含足够的信息来描绘一个具体的对象，这样的类就是抽象类。
 由于抽象类不能实例化对象，所以抽象类必须被继承，才能被使用。也是因为这个原因，通常在设计阶段决定要不要设计抽象类。
 父类包含了子类集合的常见的方法，但是由于父类本身是抽象的，所以不能使用这些方法。在 Java 中抽象类表示的是一种继承关系，一个类只能继承一个抽象类，而一个类却可以实现多个接口。
 - 抽象类不能被实例化(初学者很容易犯的错)，如果被实例化，就会报错，编译无法通过。只有抽象类的非抽象子类可以创建对象。
 - 抽象类中不一定包含抽象方法，但是有抽象方法的类必定是抽象类。
 - 抽象类中的抽象方法只是声明，不包含方法体，就是不给出方法的具体实现也就是方法的具体功能。
 - 构造方法，类方法（用 static 修饰的方法）不能声明为抽象方法。
 - 抽象类的子类必须给出抽象类中的抽象方法的具体实现，除非该子类也是抽象类。
 ### 类
 ```java
 // 抽象类
 public abstract class Employee {
   	private String name;
   	private String address;
   	private int number;
   	public Employee(String name, String address, int number) {
      	System.out.println("Constructing an Employee");
      	this.name = name;
      	this.address = address;
      	this.number = number;
   	}
   	public double computePay() {
     	System.out.println("Inside Employee computePay");
     	return 0.0;
   	}
   	public void mailCheck() {
    	System.out.println("Mailing a check to " + this.name
  	     + " " + this.address);
  	}
   	public String toString() {
  	    return name + " " + address + " " + number;
   	}
 	public String getName() {
  	    return name;
 	}
    public String getAddress() {
        return address;
    }
    public void setAddress(String newAddress) {
        address = newAddress;
    }
    public int getNumber() {
        return number;
    }
 }
 // 继承抽象类 
 public class Salary extends Employee {
    private double salary; //Annual salary
    public Salary(String name, String address, int number, double salary) {
        super(name, address, number);
        setSalary(salary);
    }
    public void mailCheck() {
        System.out.println("Within mailCheck of Salary class ");
        System.out.println("Mailing check to " + getName()
         + " with salary " + salary);
    }
    public double getSalary() {
        return salary;
    }
    public void setSalary(double newSalary) {
        if(newSalary >= 0.0) {
           salary = newSalary;
        }
    }
    public double computePay() {
        System.out.println("Computing salary pay for " + getName());
        return salary/52;
    }
 }
 // 实例化 Salary 对象
 public class AbstractDemo {
    public static void main(String [] args) {
        Salary s = new Salary("Mohd Mohtashim", "Ambehta, UP", 3, 3600.00);
        Employee e = new Salary("John Adams", "Boston, MA", 2, 2400.00);
        System.out.println("Call mailCheck using Salary reference --");
        s.mailCheck();
        System.out.println("\n Call mailCheck using Employee reference--");
        e.mailCheck();
    }
 }
 ```
 ### 方法
 如果你想设计这样一个类，该类包含一个特别的成员方法，该方法的具体实现由它的子类确定，那么你可以在父类中声明该方法为抽象方法。同时抽象方法必须遵守如下约定：
 - 如果一个类包含抽象方法，那么该类必须是抽象类。
 - 任何子类必须重写父类的抽象方法，或者声明自身为抽象类。
 ```java
 // 抽象方法
 public abstract class Employee {
   private String name;
   private String address;
   private int number;
   /*
     Abstract 关键字同样可以用来声明抽象方法，抽象方法只包含一个方法名，而没有方法体。
     抽象方法没有定义，方法名后面直接跟一个分号，而不是花括号。
   */
   public abstract double computePay();
   //其余代码
 }
 ```
 ## 接口
 接口（英文：Interface），在JAVA编程语言中是一个抽象类型，是抽象方法的集合，接口通常以interface来声明。一个类通过继承接口的方式，从而来继承接口的抽象方法。
 接口并不是类，编写接口的方式和类很相似，但是它们属于不同的概念。类描述对象的属性和方法。接口则包含类要实现的方法。
 接口无法被实例化，但是可以被实现。一个实现接口的类，必须实现接口内所描述的所有方法，否则就必须声明为抽象类。
 ### 特性
 - 接口中每一个方法也是隐式抽象的，接口中的方法会被隐式的指定为 **public abstract**（只能是 public abstract，其他修饰符都会报错）。
 - 接口中可以含有变量，但是接口中的变量会被隐式的指定为 **public static final** 变量（并且只能是 public，用 private 修饰会报编译错误）。
 - 接口中的方法是不能在接口中实现的，只能由实现接口的类来实现接口中的方法。
 **接口与类相同点**
 - 一个接口可以有多个方法。
 - 接口文件保存在 .java 结尾的文件中，文件名使用接口名。
 - 接口的字节码文件保存在 .class 结尾的文件中。
 - 接口相应的字节码文件必须在与包名称相匹配的目录结构中。
 **接口与类不同点**
 - 接口不能用于实例化对象。
 - 接口没有构造方法。
 - 接口中所有的方法必须是抽象方法。
 - 接口不能包含成员变量，除了 static 和 final 变量。
 - 接口不是被类继承了，而是要被类实现。
 - 接口支持多继承。
 ### 实例
 ```java
 // 接口声明
 [可见度] interface 接口名称 [extends 其他的接口名] {
        // 声明变量
        // 抽象方法
 }
 // 接口定义
 interface Animal {
   public void eat();
   public void travel();
 }
 // 接口实现
 ...implements 接口名称[, 其他接口名称, 其他接口名称..., ...] ...
 // 继承实例
 public class MammalInt implements Animal{
   public void eat(){
      System.out.println("Mammal eats");
   }
   public void travel(){
      System.out.println("Mammal travels");
   } 
   public int noOfLegs(){
      return 0;
   }
   public static void main(String args[]){
      MammalInt m = new MammalInt();
      m.eat();
      m.travel();
   }
 }
 ```
 重写接口中声明的方法时，需要注意以下规则：
 - 类在实现接口的方法时，不能抛出强制性异常，只能在接口中，或者继承接口的抽象类中抛出该强制性异常。
 - 类在重写方法时要保持一致的方法名，并且应该保持相同或者相兼容的返回值类型。
 - 如果实现接口的类是抽象类，那么就没必要实现该接口的方法。
 在实现接口的时候，也要注意一些规则：
 - 一个类可以同时实现多个接口。
 - 一个类只能继承一个类，但是能实现多个接口。
 - 一个接口能继承另一个接口，这和类之间的继承比较相似。
 ### 多继承
 在Java中，类的多继承是不合法，但接口允许多继承。
 在接口的多继承中extends关键字只需要使用一次，在其后跟着继承接口。 如下所示：
 ```java
 public interface Hockey extends Sports, Event
 ```
 ## 包
 为了更好地组织类，Java 提供了包机制，用于区别类名的命名空间。
 一个包（package）可以定义为一组相互联系的类型（类、接口、枚举和注释），为这些类型提供访问保护和命名空间管理的功能。
 - **package：**定义包
 ```java
 package pkg1[．pkg2[．pkg3…]];
 // 定义
 // 路径是 net/java/util/Something.java 
 package net.java.util;
 public class Something{
   ...
 }
 ```
 - **import：**导入包
 ```java
 import package1[.package2…].(classname|*);
 // 定义
 package payroll;
 public class Boss {
   public void payEmployee(Employee e) {
      e.mailCheck();
   }
 }
 // 通配符
 import payroll.*;
 // 引入 Employee 类
 import payroll.Employee
 ```
 ### 作用
 1. 把功能相似或相关的类或接口组织在同一个包中，方便类的查找和使用。
 2. 如同文件夹一样，包也采用了树形目录的存储方式。同一个包中的类名字是不同的，不同的包中的类的名字是可以相同的，当同时调用两个不同包中相同类名的类时，应该加上包名加以区别。因此，包可以避免名字冲突。
 3. 包也限定了访问权限，拥有包访问权限的类才能访问某个包中的类。
 Java 使用包（package）这种机制是为了防止命名冲突，访问控制，提供搜索和定位类（class）、接口、枚举（enumerations）和注释（annotation）等。
 ### 实例
 ```java
 // 在 animals 包中加入一个接口（interface）
 /* 文件名: Animal.java */
 package animals;
 interface Animal {
   public void eat();
   public void travel();
 }
 package animals;
 /* 文件名 : MammalInt.java */
 public class MammalInt implements Animal{
   public void eat(){
      System.out.println("Mammal eats");
   }
   public void travel(){
      System.out.println("Mammal travels");
   } 
   public int noOfLegs(){
      return 0;
   }
   public static void main(String args[]){
      MammalInt m = new MammalInt();
      m.eat();
      m.travel();
   }
 }
 ```