类与对象

1. 面向过程和面向对象

大一刚开始学编程的时候，老师说一定要了解面向过程开发和面向对象开发。

我当时心想：“学校还能分配个对象给我？让我天天面向她？”后来发现是我多想了。

我于是下意识去百度一下：什么是面向对象？

我发现百度的解释跟我大学老师一样：高深莫测，不能通俗易懂。

后来我头悬梁锥刺股去学，终于弄懂了。

下面我会用通俗易懂的小案例来告诉大家这两者的区别。

案例一：打王者荣耀

面向过程：

    1. 打开王者荣耀的 app
    1. 登录账号
    1. 选择5V5的游戏模式
    1. 选择英雄
    1. 开始游戏
    1. 游戏结束

面向对象：

    1. 创建三个对象：人、手机、王者荣耀游戏
    1. 给人对象增加方法：打开手机、操作王者荣耀
    1. 给手机对象增加方法：运行王者荣耀
    1. 给王者荣耀对象增加方法：登录、设置游戏模式、设置英雄、符文、开始游戏、判定游戏输赢等。
    1. 人打开手机
    1. 手机运行王者荣耀
    1. 人玩王者荣耀游戏
    1. 王者荣耀通过人的操作判定输赢

案例二：把大象装进冰箱

面向过程：

    1. 打开冰箱门
    1. 把大象装进去
    1. 关闭冰箱门

面向对象：

    1. 创建两个对象：冰箱、大象
    1. 给冰箱新增方法：开门()、装大象()、关门()
    1. 冰箱开门：冰箱.开门()
    1. 冰箱装大象：冰箱.装大象(大象)
    1. 冰箱关门：冰箱.关门()

案例三：洗衣机洗衣服

面向过程：

    1. 打开洗衣机
    1. 把脏衣服放进去
    1. 倒点洗衣液
    1. 拧开水龙头加水
    1. 开始洗衣服
    1. 洗完衣服关掉洗衣机

面向对象：

    1. 创建两个对象：人、洗衣机
    1. 给人增加方法：操作洗衣机、放脏衣服、打开水龙头、加洗衣液
    1. 给洗衣机增加方法：洗衣服
    1. 人打开洗衣机：人.打开洗衣机()
    1. 人放入脏衣服：人.放脏衣服()
    1. 人加洗衣液：人.加入洗衣液(洗衣液)
    1. 人打开水龙头：人.打开水龙头()
    1. 洗衣机洗衣服：洗衣机.洗衣服()

1.1 面向过程

通过以上例子我们知道面向过程是把一件事情分成好几个步骤去做，强调做事的过程。

比如要想学会降龙十八掌，需要先学第一式，再学第二式……最后学第十八式，每一式与每一式之间的关联性很强，只有依次学完每一式，才能练成。

优点：性能比面向对象高，因为面向对象还要先创建对象，比较消耗计算机的内存，所以更适合小型项目。

缺点：每一个步骤之间的关联性太强，耦合度高，不容易扩展。

1.2 面向对象

通过以上例子我们知道面向对象是强调对象的重要性，把所有的东西都看成对象，把跟他相关的东西都封装在一起。就好比用洗衣机洗衣服那个案例：

人{打开洗衣机（）放脏衣服()加入洗衣液(洗衣液)}冰箱{洗衣服（）}复制代码

把一件事情的完成分成一个个对象，给对象赋予一定的功能，然后由对象之间分工协作。

优点：代码可复用、容易维护和开发、可扩展性强（比如洗衣服不想用洗衣液了可以换成洗衣粉），所以更适合大型项目。

缺点：比面向过程的性能低

总结：

  • 面向过程：强调过程。
  • 面向对象：强调对象、分工和协作。

2. 类与对象

类：类是一个抽象的概念，在现实世界中不存在。

类本质上是在现实世界中具有共同特征的事物，通过提取这些共同特征形成的概念叫做“类”，比如人类、动物类、汽车类、鸟类等。

类其实就是一个模板，类中描述的是所有对象的“共同特征”。

对象：对象是一个具体的概念，在现实世界中真实存在的。比如李白、爱迪生、贝克汉姆都是对象，他们都属于人类。对象就是通过类创建出的真实的个体。

2.1 抽象

将具有相同特征的对象抽取共同特征的过程叫做“抽象”。

2.2 实例化

对象还有一个别名叫做“实例”，通过类创建对象的过程叫做“实例化”。

3. 类的定义

我们都知道类具有相同的特征，特征包含静态的和动态的。

鸟类的静态特征是长着一双翅膀，动态特征是会飞。狗类的静态特征是嗅觉灵敏，动态特征是会“汪汪”叫……

所以，类 = 属性 +方法

3.1 java 定义类的语法格式

[修饰符] class 类名 { 属性 + 方法}注：这里修饰符可以省略，后面会讲解。复制代码

案例一：用 java 代码创建人类

public class Person {// 姓名private String name;// 年龄private int age;// 性别 0-女 1-男private int sex;// 身份证private String idCard;// 吃饭方法public void eat(){System.out.printf("人要吃饭");}}复制代码

在上面的例子中，属性以“变量”的形式存在。为什么呢？

因为属性是静态特征，属性包含的是数据，比如年龄18岁，性别男，身高180。所以在 java 程序中有关属性的数据只能存在于变量中。

案例二：用 java 代码创建动物类

public class Animal {// 体重private int weight;public void sleep(){System.out.println("动物要睡觉");}}复制代码

注：在 java 中凡是用 class 定义的类型都是引用类型，他的类型就是类名本身。

3.2 实例变量

实例变量：把对象共同的静态特征抽取出来存放在类中的变量里面，比如人类中的年龄、性别、身高等。

上面类中的变量就是实例变量，因为对象又叫做实例，所以实例变量就是对象级别的变量。

4. 对象的创建和使用

4.1 创建对象

我们学会定义类之后，该如何创建对象呢？

很简单，new 一下。

语法格式：

类名 变量名 = new 类名();复制代码

我们 new 出来的对象也需要用一个变量来接收，例如：

Student student = new Student();People people = new People();Animal animal = new Animal();复制代码

4.2 使用对象

创建对象之后，我们怎样使用对象？怎样获取对象的属性？怎样访问对象的方法？

对象.属性 对象.方法

public class Person {// 姓名private String name;// 年龄private int age;// 性别 0-女 1-男private int sex;// 身份证private String idCard;// 吃饭方法public void eat(){System.out.printf("人要吃饭");}public static void main(String[] args) {Person person1 = new Person();System.out.println("1号人类姓名："+person1.name);System.out.println("1号人类年龄："+person1.age);System.out.println("1号人类身份证："+person1.idCard);person1.eat();System.out.println("-----------------------");Person person2 = new Person();System.out.println("2号人类姓名："+person2.name);System.out.println("2号人类年龄："+person2.age);System.out.println("2号人类身份证："+person2.idCard);person2.eat();}}复制代码

运行结果：

我们都知道一个类可以创建很多对象，但是上面人类创建的对象的年龄为什么是0?身份证为什么是null?

这是因为在 java 中，我们在创建对象的时候如果没有给变量手动赋值，系统会对实例变量默认赋值。默认值如下所示：

数据类型默认值
byte0
short0
int0
long0L
float0.0f
double0.0
引用类型null

5. 画个内存图

为什么要学习 JVM 内存图？

因为 JVM 内存图可以加深你对 Java 运行机制的理解。

Java 虚拟机在运行 java 程序时，会将自己管理的内存划分为几个区域，每个区域都有自己的用途，他们的创建时间和销毁时间也不一样。

JVM 内存很复杂，这里我们主要关注三个区域：栈、堆、方法区。

栈：主要存放方法信息，比如 main 方法。

堆：主要存放对象实例，你可以想象成这里“堆满了对象”。

方法区：这里主要用来存储类的信息、静态变量、常量以及编译器编译后的代码。

前面的例子中，我们创建了两个 Person 类的对象 person1 和 person2。

person1 和 person2 实际上存储的是堆中对象的内存地址：ox00001 和 ox00002，所以他们分别指向了堆中的两个对象。

所以当我们访问对象的实例变量时，先根据对象变量存储的内存地址找到该对象，再获取该对象的实例变量存储的数据。

6. 空指针异常

有时候我们会遇到空指针异常，例如

public class Student {// 姓名private String name;public static void main(String[] args) {Student student = null;System.out.println("学生姓名："+student.name);}}复制代码

运行结果：

为什么会有空指针异常？通过下面的内存图就能明白：

你新建了空的对象变量 student，它里面没有存任何对象的内存地址。所以当你去访问它的实例变量时，它找不到堆中的对象，就会抛出空指针异常。

7. 构造方法

构造方法是啥？通过“构造”的字面意思隐隐约约感觉它是造东西用的。可是造啥呢？

对，造对象用的。

当你 new 对象的时候是通过调用构造方法来完成对象的创建，以及对象属性的初始化操作。

也就是说在创建对象之前会先调用构造方法。

注：

    1. 当类中没有提供任何构造方法，系统默认提供一个无参数的构造方法。
    1. 当类中手动的提供了构造方法，那么系统将不再默认提供无参数构造方法。

7.1 定义构造方法

语法格式：

[修饰符列表] 构造方法名(形式参数列表){方法体; }复制代码

注：

  1. 构造方法名和类名一致
  2. 构造方法没有返回值
  3. 一个类中可以定义多个构造方法，这些构造方法其实是方法的重载

例如：

public class Student {// 姓名private String name = "一颗雷布斯";public Student() {System.out.println("我是一个没有参数的构造方法");}public static void main(String[] args) {Student student = new Student();}}复制代码

运行结果：

7.2 定义多个构造方法

public class Student {// 姓名private String name;public Student() {System.out.println("我是构造方法1");}public Student(String name) {System.out.println("我是构造方法2");}public static void main(String[] args) {Student student1 = new Student();Student student2 = new Student("一颗雷布斯");}}复制代码

运行结果：

7.3 使用构造方法初始化实例变量

例如：

public class Student {// 姓名private String name;public Student() {System.out.println("我是构造方法1");}public Student(String name) {System.out.println("我是构造方法2");this.name = name;}public static void main(String[] args) {Student student = new Student("一颗雷布斯");System.out.println("姓名："+student.name);}}复制代码

运行结果：

7.4 this

上面的例子中我们使用了 this 关键字，那么为什么要用 this?

我们先把上面例子中的构造方法改一下：

 public Student(String name) {name = name;}复制代码

看完是不是懵逼了？哪个是我要传递的参数？哪个是对象的实例变量？

所以这里 this 用来区分局部变量和实例变量。

注：

    1. this 是一个关键字，是一个引用，保存了当前对象的内存地址。
    1. this 出现在实例方法中代表的是当前对象。
    1. this 不能使用在静态方法中。
    1. 当用来区分局部变量和实例变量时，this 不能省略。
    1. this 既可以出现在构造方法中，也可以出现在实例方法中。

例如：

public class Student {// 姓名private String name;public Student(String name) {this.name = name;}public void printName(){System.out.println(this.name);}public static void main(String[] args) {Student student = new Student("一颗雷布斯");student.printName();}}复制代码

运行结果：

8. 封装

封装是面向对象的三大特征之一，但是什么是封装？为什么要封装？

我们先看下面的例子：

public class Student {String name;String phone;public Student(String name, String phone) {this.name = name;this.phone = phone;}}public class StudentTest {public static void main(String[] args) {Student student = new Student("一颗雷不斯","18888888888");System.out.println("电话："+student.phone);student.phone = "110";System.out.println("电话："+student.phone);}}复制代码

运行结果：

上面的 Student 类没有进行封装，其中的姓名和电话都是对外暴露的，很不安全，很容易就被篡改了。

所以为了保证数据的安全性，需要对类进行封装。

那 java 语言如何做封装？

    1. 属性必须私有化，即使用 private 关键字修饰，只有本类中才能访问。
    1. 对外提供 set 和 get方法。外部程序只能通过调用该对象的 set 方法设置值，调用该对象的 get 方法获取值。
    1. set 和 get 方法的修饰符必须是 public, 也就是公共的，在其他类中也能访问。

封装之后的例子：

public class Student {private String name;private String phone;public Student(String name, String phone) {this.name = name;this.phone = phone;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public String getPhone() {return phone;}public void setPhone(String phone) {this.phone = phone;}}复制代码

发现错误提示：不能访问私有属性

改为通过 get 方法获取值、set 方法设置值：

public class StudentTest {public static void main(String[] args) {Student student = new Student("一颗雷不斯","18888888888");System.out.println("电话："+student.getPhone());student.setPhone("119");System.out.println("电话："+student.getPhone());}}复制代码

运行结果：

9. 面向对象三大特征

  • 封装
  • 继承
  • 多态

这三个特征互相关联，任何一个面向对象的编程语言都包括这三个特征。后面会接着讲解继承和多态。