面向对象

抽象

所有编程语言都提供抽象机制。从某种程度上来说，问题的复杂度直接取决于抽象的类型和质量。这里的“类型”意思是：抽象的内容是什么？汇编语言是对底层机器的轻微抽象。接着出现的“命令式”语言（如 FORTRAN，BASIC 和 C）是对汇编语言的抽象。与汇编相比，这类语言已有了长足的改进，但它们的抽象原理依然要求我们着重考虑计算机的结构，而非问题本身的结构。

程序员必须要在机器模型（“解决方案空间”）和实际解决的问题模型（“问题空间”）之间建立起一种关联。这个过程既费精力，又脱离编程语言本身的范畴。这使得程序代码很难编写，维护代价高昂。同时还造就了一个副产业“编程方法”学科。

为机器建模的另一个方法是为要解决的问题制作模型。对一些早期语言来说，如 LISP 和 APL，它们的做法是“从不同的角度观察世界”——“所有问题都归纳为列表”或“所有问题都归纳为算法”。PROLOG 则将所有 问题都归纳为决策链。对于这些语言，我们认为它们一部分是“基于约束”的编程，另一部分则是专为 处理图形符号设计的（后者被证明限制性太强）。每种方法都有自己特殊的用途，适合解决某一类的问题。只要超出了它们力所能及的范围，就会显得非常笨拙。

面向对象的程序设计在此基础上跨出了一大步，程序员可利用一些工具表达“问题空间”内的元素。由于这种表达非常具有普遍性，所以不必受限于特定类型的问题。我们将问题空间中的元素以及它们在解决方案空间的表示称作“对象”（Object）。当然，还有一些在问题空间没有对应的对象体。通过添加新的对象类型，程序可进行灵活的调整，以便与特定的问题配合。所以当你在阅读描述解决方案的代码时，也是在阅读问题的表述。与我们以前见过的相比，这无疑是一种更加灵活、更加强大的语言抽象方法。总之，OOP 允许我们根据问题来描述问题，而不是根据运行解决方案的计算机。然而，它仍然与计算机有联系，每个对象都类似一台小计算机：它们有自己的状态并且可以进行特定的操作。这与现实世界的“对象”或者“物体”相似：它们都有自己的特征和行为。

Smalltalk 作为第一个成功的面向对象并影响了 Java 的程序设计语言 ，Alan Kay 总结了其五大基本特征。通过这些特征，我们可理解“纯粹”的面向对象程序设计方法是什么样的：

  1. 万物皆对象。你可以将对象想象成一种特殊的变量。它存储数据，但可以在你对其“发出请求”时执行本身的操作。理论上讲，你总是可以从要解决的问题身上抽象出概念性的组件，然后在程序中将其表示为一个对象。
  2. 程序是一组对象，通过消息传递来告知彼此该做什么。要请求调用一个对象的方法，你需要向该对象发送消息。
  3. 每个对象都有自己的存储空间，可容纳其他对象。或者说，通过封装现有对象，可制作出新型对象。所以，尽管对象的概念非常简单，但在程序中却可达到任意高的复杂程度。
  4. 每个对象都有一种类型。根据语法，每个对象都是某个“类”的一个“实例”。其中，“类”（Class）是“类型”（Type）的同义词。一个类最重要的特征就是“能将什么消息发给它？”。
  5. 同一类所有对象都能接收相同的消息。这实际是别有含义的一种说法，大家不久便能理解。由于类型为“圆”（Circle）的一个对象也属于类型为“形状”（Shape）的一个对象，所以一个圆完全能接收发送给"形状”的消息。这意味着可让程序代码统一指挥“形状”，令其自动控制所有符合“形状”描述的对象，其中自然包括“圆”。这一特性称为对象的“可替换性”，是OOP最重要的概念之一。

Grady Booch 提供了对对象更简洁的描述：一个对象具有自己的状态，行为和标识。这意味着对象有自己的内部数据(提供状态)、方法 (产生行为)，并彼此区分（每个对象在内存中都有唯一的地址）。

什么是面向对象

  • 面向对象编程（Object-Oriented Programming,OOP）
  • 面向对象编程的本质就是：以类的方式组织代码，以对象的形式组织（封装）数据
  • 抽象
  • 三大特性：封装、继承、多态
  • 从认识论角度考虑是先有对象后有类。对象，是具体的事物。类，是抽象的，是对对象的抽象
  • 从代码运行角度考虑是先有类后有对象。类是对象的模板

类与对象的关系

  • 类是一种抽象的数据类型，它是对某一类事物整体描述/定义，但是并不能代表某一个具体的事物
  • 对象是抽象概念的具体实例

创建与初始化对象

  • 使用new关键字创建对象
  • 使用new关键字创建的时候，除了分配内存空间之外，还会给创建好的对象进行默认的初始化以及对类中构造器的调用。在 Java 中，对象的创建与初始化是统一的概念，二者不可分割。
  • 类中的构造器也称为构造方法，是在进行创建对象的时候必须要调用的。构造器保证了对象在你使用它之前进行了正确的初始化。并且构造器有以下两个特点：
  1. 必须和类的名字相同
  2. 必须没有返回类型，也不能写void
  • 注意：
  1. 构造器没有返回值，它是一种特殊的方法。
  2. 方法重载是必要的，它允许方法具有相同的方法名但接收的参数不同。尽管方法重载对于构造器是重要的，但是也可以对任何方法很方便地进行重载。
  3. 如果你创建一个类，类中没有构造器，那么编译器就会自动为你创建一个无参构造器。
  4. 但是,一旦你显式地定义了构造器（无论有参还是无参），编译器就不会自动为你创建无参构造器。

封装

  • 该露的露，该藏的藏

我们设计程序要追求“高内聚，低耦合”。高内聚就是类的内部数据操作细节自己完成，不允许外部干涉；低耦合：仅暴露少量的方法给外部使用。

  • 封装（数据的隐藏）

通常，应禁止直接访问一个对象中数据的实际表示，而应通过操作接口来访问，这称为信息隐藏。

  • 属性私有：get/set

一个 Java 源代码文件称为一个编译单元（compilation unit）（有时也称翻译单元（translation unit））。每个编译单元的文件名后缀必须是 .java。在编译单元中可以有一个 public 类，它的类名必须与文件名相同（包括大小写，但不包括后缀名 .java）。每个编译单元中只能有一个 public 类，否则编译器不接受。如果这个编译单元中还有其他类，那么在包之外是无法访问到这些类的，因为它们不是 public 类，此时它们为主 public 类提供“支持”类 。

代码组织

当编译一个 .java 文件时，.java 文件的每个类都会有一个输出文件。每个输出的文件名和 .java 文件中每个类的类名相同，只是后缀名是 .class。因此，在编译少量的 .java 文件后，会得到大量的 .class 文件。如果你使用过编译型语言，那么你可能习惯编译后产生一个中间文件（通常称为“obj”文件），然后与使用链接器（创建可执行文件）或类库生成器（创建类库）产生的其他同类文件打包到一起的情况。这不是 Java 工作的方式。在 Java 中，可运行程序是一组 .class 文件，它们可以打包压缩成一个 Java 文档文件（JAR，使用 jar 文档生成器）。Java 解释器负责查找、加载和解释这些文件。

类库是一组类文件。每个源文件通常都含有一个 public 类和任意数量的非 public 类，因此每个文件都有一个 public 组件。如果把这些组件集中在一起，就需要使用关键字 package。

如果你使用了 package 语句，它必须是文件中除了注释之外的第一行代码。当你如下这样写：

package hiding;

意味着这个编译单元是一个名为 hiding 类库的一部分。换句话说，你正在声明的编译单元中的 public 类名称位于名为 hiding 的保护伞下。任何人想要使用该名称，必须指明完整的类名或者使用 import 关键字导入 hiding 。（注意，Java 包名按惯例一律小写，即使中间的单词也需要小写，与驼峰命名不同）

访问权限修饰符

Java 访问权限修饰符 public，protected 和 private 位于定义的类名，属性名和方法名之前。每个访问权限修饰符只能控制它所修饰的对象。

如果不提供访问修饰符，就意味着"包访问权限"。

接口和实现

访问控制通常被称为隐藏实现（implementation hiding）。将数据和方法包装进类中并把具体实现隐藏被称作是封装（encapsulation）。其结果就是一个同时带有特征和行为的数据类型。

出于两个重要的原因，访问控制在数据类型内部划定了边界。第一个原因是确立客户端程序员可以使用和不能使用的边界。可以在结构中建立自己的内部机制而不必担心客户端程序员偶尔将内部实现作为他们可以使用的接口的一部分。

这直接引出了第二个原因：将接口与实现分离。如果在一组程序中使用接口，而客户端程序员只能向 public 接口发送消息的话，那么就可以自由地修改任何不是 public 的事物（例如包访问权限，protected，或 private 修饰的事物），却不会破坏客户端代码。

为了清晰起见，你可以采用一种创建类的风格：public 成员放在类的开头，接着是 protected 成员，包访问权限成员，最后是 private 成员。这么做的好处是类的使用者可以从头读起，首先会看到对他们而言最重要的部分（public 成员，因为可以从文件外访问它们），直到遇到非 public 成员时停止阅读，下面就是内部实现了：

public class OrganizedByAccess {
    public void pub1() {/* ... */}
    public void pub2() {/* ... */}
    public void pub3() {/* ... */}
    private void priv1() {/* ... */}
    private void priv2() {/* ... */}
    private void priv3() {/* ... */}
    private int i;
    // ...
}

这么做只能是程序阅读起来稍微容易一些，因为实现和接口还是混合在一起。也就是说，你仍然能看到源代码——实现部分，因为它就在类中。另外，javadoc 提供的注释文档功能降低了程序代码的可读性对客户端程序员的重要性。将接口展现给类的使用者实际上是类浏览器的任务，类浏览器会展示所有可用的类，并告诉你如何使用它们（比如说哪些成员可用）。在 Java 中，JDK 文档起到了类浏览器的作用。

类访问权限

类既不能是 private 的（这样除了该类自身，任何类都不能访问它），也不能是 protected 的。所以对于类的访问权限只有两种选择：包访问权限或者 public。为了防止类被外界访问，可以将所有的构造器声明为 private，这样只有你自己能创建对象（在类的 static 成员中）。

继承

继承是所有面向对象语言的一个组成部分。事实证明，在创建类时总是要继承，因为除非显式地继承其他类，否则就隐式地继承 Java 的标准根类对象（Object）。

  • 继承的本质是对某一批类的抽象，从而实现对现实世界更好的建模
  • extends的意思是“扩展”。子类是父类的扩展
  • JAVA中类只有单继承，没有多继承
  • 继承是类和类之间的一种关系。除此之外，类和类之间的关系还有依赖、组合、聚合等
  • 继承关系的两个类，一个为子类（派生类），一个为父类（基类）。子类继承父类，使用关键字extends来表示
  • 子类和父类之间，从意义上讲应该具有“is a"的关系

重写

  • 需要有继承关系，子类重写父类的方法
  • 方法名必须相同
  • 参数列表必须相同
  • 修饰符：范围可以扩大但不能缩小
  • 抛出的异常：范围可以缩小但不能扩大

向上转型

继承最重要的方面不是为新类提供方法。它是新类与基类的一种关系。简而言之，这种关系可以表述为“新类是已有类的一种类型”。

这种描述并非是解释继承的一种花哨方式，这是直接由语言支持的。例如，假设有一个基类 Instrument 代表音乐乐器和一个派生类 Wind。 因为继承保证了基类的所有方法在派生类中也是可用的，所以任意发送给该基类的消息也能发送给派生类。如果 Instrument 有一个 play() 方法，那么 Wind 也有该方法。这意味着你可以准确地说 Wind 对象也是一种类型的 Instrument。下面例子展示了编译器是如何支持这一概念的：

class Instrument {
    public void play() {}
    
    static void tune(Instrument i) {
        // ...
        i.play();
    }
}

public class Wind extends Instrument {
    public static void main(String[] args) {
        Wind flute = new Wind();
        Instrument.tune(flute); // Upcasting
    }
}

tune() 方法接受了一个 Instrument 类型的引用。但是，在 Wind 的 main() 方法里，tune() 方法却传入了一个 Wind 引用。鉴于 Java 对类型检查十分严格，一个接收一种类型的方法接受了另一种类型看起来很奇怪，除非你意识到 Wind 对象同时也是一个 Instrument 对象，而且 Instrument 的 tune 方法一定会存在于 Wind 中。在 tune() 中，代码对 Instrument 和 所有 Instrument 的派生类起作用，这种把 Wind 引用转换为 Instrument 引用的行为称作向上转型。

多态

  • 即同一方法可以根据发送对象的不同而采用不同的行为方式
  • 一个对象的实际类型是确定的，但可以指向对象的引用的类型有很多（父类、有关系的类）
  • 多态存在的条件
  1. 有继承关系
  2. 子类重写父类方法
  3. 父类引用指向子类对象
  • 注意：多态是方法的多态，属性没有多态性
  • instanceof (类型转换) 引用类型，判断一个对象是什么类型

抽象类

  • abstract修饰符可以用来修饰方法也可以修饰类，如果修饰方法，那么该方法就是抽象方法；如果修饰类，那么该类就是抽象类
  • 抽象类中可以没有抽象方法，但是有抽象方法的类一定要声明为抽象类
  • 抽象类，不能使用new关键字来创建对象，它是用来让子类继承的
  • 抽象方法，只有方法的声明，没有方法的实现，它是用来让子类实现的
  • 子类继承抽象类，那么就必须要实现抽象类没有实现的抽象方法，否则该子类也要声明为抽象类

接口

  • 普通类：只有具体实现
  • 抽象类：具体实现和规范（抽象方法）都有！
  • 接口：只有规范！
  • 接口就是规范，定义的是一组规则，体现了现实世界中“如果你是....则必须能...”的思想
  • 接口的本质是契约，就像我们人间的法律一样，指定好后大家都遵守
  • OO的精髓，是对对象的抽象，最能体现这一点的就是接口

内部类

  • 内部类就是在一个类的内部再定义一个类，比如，A类中定义了一个B类，那么B类相对A类来说就成为内部类，而A类相对B类来说就是外部类了
  1. 成员内部类
  2. 静态内部类
  3. 局部内部类
  4. 匿名内部类
posted @ 2022-03-13 15:32  Remus_god  阅读(62)  评论(0)    收藏  举报