Java编程的逻辑 (14) - 类的组合

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正所谓，道生一，一生二，二生三，三生万物，如果将二进制表示和运算看做一，将基本数据类型看做二，基本数据类型形成的类看做三，那么，类的组合以及下节介绍的继承则使得三生万物。

上节我们通过类Point介绍了类的一些基本概念和语法，类Point中只有基本数据类型，但类中的成员变量的类型也可以是别的类，通过类的组合可以表达更为复杂的概念。

程序是用来解决现实问题的，将现实中的概念映射为程序中的概念，是初学编程过程中的一步跨越。本节通过一些例子来演示，如何将一些现实概念和问题，通过类以及类的组合来表示和处理。

我们先介绍两个基础类String和Date，他们都是Java API中的类，分别表示文本字符串和日期。

基础类

String

String是Java API中的一个类，表示多个字符，即一段文本或字符串，它内部是一个char的数组，它提供了若干方法用于方便操作字符串。

String可以用一个字符串常量初始化，字符串常量用双引号括起来（注意与字符常量区别，字符常量是用单引号），例如，如下语句声明了一个String变量name，并赋值为"老马说编程"

String name = "老马说编程";

String类提供了很多方法，用于操作字符串。在Java中，由于String用的非常普遍，Java对它有一些特殊的处理，本节暂不介绍这些内容，只是把它当做一个表示字符串的类型来看待。

Date

Date也是Java API中的一个类，表示日期和时间，它内部是一个long类型的值，它也提供了若干方法用于操作日期和时间。

用无参的构造方法新建一个Date对象，这个对象就表示当前时间。

Date now = new Date();

日期和时间处理是一个比较长的话题，我们留待后续章节详解，本节我们只是把它当做表示日期和时间的类型来看待。

图形类

扩展 Point

我们先扩展一下Point类，在其中增加一个方法，计算到另一个点的距离，代码如下：

public double distance(Point p){
    return Math.sqrt(Math.pow(x-p.getX(), 2)
            +Math.pow(y-p.getY(), 2));
}

线 - Line

在类型Point中，属性x,y都是基本类型，但类的属性也可以是类，我们考虑一个表示线的类，它由两个点组成，有一个实例方法计算线的长度，代码如下：

public class Line {
    private Point start;
    private Point end;
    
    public Line(Point start, Point end){
        this.start= start;
        this.end = end;
    }
    
    public double length(){
        return start.distance(end);
    }
}

Line由两个Point组成，在创建Line时这两个Point是必须的，所以只有一个构造方法，且需传递这两个点，length方法计算线的长度，它调用了Point计算距离的方法获取线的长度。可以看出，在设计线时，我们考虑的层次是点，而不考虑点的内部细节。每个类封装其内部细节，对外提供高层次的功能，使其他类在更高层次上考虑和解决问题，是程序设计的一种基本思维方式。

使用这个类的代码如下所示：

public static void main(String[] args) {
    Point start = new Point(2,3);
    Point end = new Point(3,4);
    
    Line line = new Line(start, end);
    System.out.println(line.length());
}

这个也很简单。我们再说明一下内存布局，line的两个实例成员都是引用类型，引用实际的point，整体内存布局大概如下图所示：

start, end, line三个引用型变量分配在栈中，保存的是实际内容的地址，实际内容保存在堆中，line的两个实例变量还是引用，同样保存的是实际内容的地址。

电商概念

接下来，我们用类来描述一下电商系统中的一些基本概念，电商系统中最基本的有产品、用户和订单：

产品：有产品唯一Id、名称、描述、图片、价格等属性。
用户：有用户名、密码等属性。
订单：有订单号、下单用户、选购产品列表及数量、下单时间、收货人、收货地址、联系电话、订单状态等属性。

当然，实际情况可能非常复杂，这是一个非常简化的描述。

这是产品类Product的代码：

public class Product {
    //唯一id
    private String id; 
    
    //产品名称 
    private String name; 
    
    //产品图片链接    
    private String pictureUrl; 
    
    //产品描述
    private String description;
    
    //产品价格
    private double price;
}

我们省略了类的构造方法，以及属性的getter/setter方法，下面大部分示例代码也都会省略。

这是用户类User的代码：

public class User {
    private String name;
    private String password;
}

一个订单可能会有多个产品，每个产品可能有不同的数量，我们用订单条目OrderItem这个类来描述单个产品及选购的数量，代码如下所示：

public class OrderItem {
    //购买产品
    private Product product;
    
    //购买数量
    private int quantity;
    
    public OrderItem(Product product, int quantity) {
        this.product = product;
        this.quantity = quantity;
    }

    public double computePrice(){
        return product.getPrice()*quantity;
    }
}

OrderItem引用了产品类Product，我们定义了一个构造方法，以及计算该订单条目价格的方法。

下面是订单类Order的代码：

public class Order {
    //订单号
    private String id;
    
    //购买用户
    private User user;
    
    //购买产品列表及数量
    private OrderItem[] items;
    
    //下单时间
    private Date createtime;
    
    //收货人
    private String  receiver;
    
    //收货地址
    private String address;
    
    //联系电话
    private String phone;
    
    //订单状态
    private String status;
    
    public double computeTotalPrice(){
        double totalPrice = 0;
        if(items!=null){
            for(OrderItem item : items){
                totalPrice+=item.computePrice();
            }
        }
        return totalPrice;
    }
}

Order类引用了用户类User，以及一个订单条目的数组orderItems，它定义了一个计算总价的方法。这里用一个String类表示状态status，更合适的应该是枚举类型，枚举我们后续文章再介绍。

以上类定义是非常简化的了，但是大概演示了将现实概念映射为类以及类组合的过程，这个过程大概就是，想想现实问题有哪些概念，这些概念有哪些属性，哪些行为，概念之间有什么关系，然后定义类、定义属性、定义方法、定义类之间的关系，大概如此。概念的属性和行为可能是非常多的，但定义的类只需要包括哪些与现实问题相关的就行了。

人 - Person

上面介绍的图形类和电商类只会引用别的类，但一个类定义中还可以引用它自己，比如我们要描述人以及人之间的血缘关系，我们用类Person表示一个人，它的实例成员包括其父亲、母亲、和孩子，这些成员也都是Person类型。

下面是代码：

public class Person {
    //姓名
    private String name;
    
    //父亲
    private Person father;
    
    //母亲
    private Person mother;
    
    //孩子数组
    private Person[] children;

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
}

这里同样省略了setter/getter方法。对初学者，初看起来，这是比较难以理解的，有点类似于函数调用中的递归调用，这里面的关键点是，实例变量不需要一开始都有值。我们来看下如何使用。

public static void main(String[] args){
    Person laoma = new Person("老马");
    Person xiaoma = new Person("小马");
    
    xiaoma.setFather(laoma);
    laoma.setChildren(new Person[]{xiaoma});
    
    System.out.println(xiaoma.getFather().getName());
}

这段代码先创建了老马(laoma)，然后创建了小马(xiaoma)，接着调用xiaoma的setFather方法和laoma的setChildren方法设置了父子关系。内存中的布局大概如下图所示：

目录和文件

接下来，我们介绍两个类MyFile和MyFolder，分别表示文件管理中的两个概念，文件和文件夹。文件和文件夹都有名称、创建时间、父文件夹，根文件夹没有父文件夹，文件夹还有子文件列表和子文件夹列表。

下面是文件类MyFile的代码：

public class MyFile {
    //文件名称
    private String name;
    
    //创建时间
    private Date createtime;
    
    //文件大小
    private int size;
    
    //上级目录
    private MyFolder parent;

    //其他方法 ....
    
    public int getSize() {
        return size;
    }
}

下面是MyFolder的代码：

public class MyFolder {
    //文件夹名称
    private String name;
    
    //创建时间
    private Date createtime;
        
    //上级文件夹
    private MyFolder parent;
    
    //包含的文件
    private MyFile[] files;
    
    //包含的子文件夹
    private MyFolder[] subFolders;
    
    public int totalSize(){
        int totalSize = 0;
        if(files!=null){
            for(MyFile file : files){
                totalSize+=file.getSize();
            }
        }
        if(subFolders!=null){
            for(MyFolder folder : subFolders){
                totalSize+=folder.totalSize();
            }
        }
        return totalSize;
    }
    //其他方法...
}

MyFile和MyFolder，我们都省略了构造方法、settter/getter方法，以及关于父子关系维护的代码，主要演示实例变量间的组合关系，两个类之间可以互相引用，MyFile引用了MyFolder，而MyFolder也引用了MyFile，这个是没有问题的，因为正如之前所说，这些属性不需要一开始就设置，也不是必须设置的。另外，演示了一个递归方法totalSize()，返回当前文件夹下所有文件的大小，这是使用递归函数的一个很好的场景。

一些说明

类中定义哪些变量，哪些方法是与要解决的问题密切相关的，本节中并没有特别强调问题是什么，定义的属性和方法主要用于演示基本概念，实际应用中应该根据具体问题进行调整。

类中实例变量的类型可以是当前定义的类型，两个类之间可以互相引用，这些初听起来可能难以理解，但现实世界就是这样的，创建对象的时候这些值不需要一开始都有，也可以没有，所以是没有问题的。

类之间的组合关系，在Java中实现的都是引用，但在逻辑关系上，有两种明显不同的关系，一种是包含，另一种就是单纯引用。比如说，在订单类Order中，Order与User的关系就是单纯引用，User是独立存在的，而Order与OrderItem的关系就是包含，OrderItem总是从属于某一个Order。
小结

对初学编程的人来说，不清楚如何用程序概念表示现实问题，本节通过一些简化的例子来解释，如何将现实中的概念映射为程序中的类。

分解现实问题中涉及的概念，以及概念间的关系，将概念表示为多个类，通过类之间的组合，来表达更为复杂的概念以及概念间的关系，是计算机程序的一种基本思维方式。

类之间的关系除了组合，还有一种非常重要的关系，那就是继承，让我们下节来探索继承及其本质。

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