HIT-SC-Chapter Seven

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HIT-SC-Chapter Seven

Object-Oriented Programming (OOP)

1 Basic concepts: object, class, attribute, and method

(1) 类的静态变量/方法与实例变量/方法

class variable
- 与类相关联的变量，而不是类的实例。
class method
- 还可以将方法与类关联
- 要引用类变量和方法，需要将类名和类方法或类变量的名称与一个句点(' .')连接在一起。
instance methodand instance variables
- 不是类方法或类变量的方法和变量
- 要引用实例方法和变量，必须从类的实例引用方法和变量
类变量和类方法与一个类关联，并且每个类出现一次。使用它们不需要创建对象。
实例方法和变量在类的每个实例中出现一次。

2 Interface

Java的接口是设计和表达ADT的一种有用的语言机制，它的实现是实现该接口的类
- An interface in Java is a list of method signatures, but no method bodies.
- A class implements an interface if it declares the interface in its implements clause, and provides method bodies for all of the interface’s methods.
- An interface can extend one or more others
- A class can implement multiple interfaces
VS. Classes
- 接口：确定ADT规约；类：实现ADT
- 也可以不需要接口直接使用类作为ADT，既有ADT定义也有ADT实现
  - 公共类方法像接口方法一样可用
  - 从其他类直接访问的公共字段
- 实际中更倾向于使用接口来定义变量
  - 防止依赖于实现细节
  - 支持实现的变化
  - 对变量和参数使用接口类型
- Java接口不能有构造函数。
client需要直到该接口某个具体实现类的名字
- 打破了抽象边界，接口定义中没有包含constructor，也无法保证所有实现类中都包含了同样名字的constructor。
- 改进：
  - 使用静态工厂代替构造函数
Using default methods in an interface
- 接口中的每个非static 和default方法在所有类中都要实现
- 通过default方法，在接口中统一实现某些功能，无需在各个类中重复实现它
- 以增量式的为接口增加额外的功能而不破坏已实现的类

3 Inheritance and Overriding

(1) Overriding

可重写方法
- 允许重新实现的方法。
- 在Java中，方法默认是可重写的，即没有特殊的关键字。
Strict inheritance (严格继承：子类只能添加新方法，无法重写超类中的方法)
- The subclass can only add new methods to the superclass, it cannot overwrite them
- 如果一个方法在Java程序中不能被重写，那么它必须以关键字final作为前缀。
方法重写是一种语言特性，它允许子类或子类对已由其父类或父类提供的方法的特定实现。
- The same name, same parameters or signature, and same return type.
- 被执行的方法的版本将由调用它的对象决定。（对象是父类/子类的实例）
  - 在running时确定
如果父类型中的某个函数实现体为空，意味着其所有子类型都需要这个功能，但各有差异，没有共性，在每个子类中均需要重写。
当子类包含覆盖超类方法的方法时，它还可以使用关键字super调用超类方法。
- 重写超类的constructor()时，对超类构造器的调用必须放到第一条语句。
Bad Use of Overwriting Methods
- 重写的时候，不要改变原方法的本意
- 重写方法的方法名和方法参数（参数数量，参数类型）必须完全一致。

(2) Abstract Class

Abstract Methods
- A method with a signature but without an implementation (also called abstract operation)
Abstract class
- 包含至少一个抽象方法的类称为抽象类
- 接口:只有抽象方法的抽象类
- Concrete class $\rightarrow$ Abstract Class $\rightarrow$ Interface
如果某些操作是所有子类型都共有，但彼此有差别，可以在父类型中设计抽象方法，在各子类型中重写
所有子类型完全相同的操作，放在父类型中实现，子类型中无需重写。
有些子类型有而其他子类型无的操作，不要在父类型中定义和实现，而应在特定子类型中实现。

4 Polymorphism, subtyping and overloading

多态、子类型、重载

(1) Three Types of Polymorphism

Ad hoc polymorphism (特殊多态):
- 当一个函数根据有限范围内个别变量指定的类型和组合表示不同的、可能是异构的实现时。
- function overloading (功能重载).
Parametric polymorphism (参数化多态)
- 在编写代码时没有提到任何特定类型，因此可以透明地与任意数量的新类型一起使用。
- 在面向对象编程社区中，这通常被称为泛型或泛型编程。
Subtyping (also called subtype polymorphism or inclusion polymorphism 子类型多态、包含多态)
- 当一个名称表示由某个公共超类相关的许多不同类的实例时。

(2) Ad hoc polymorphism and Overloading

特殊多态

当函数处理几种不同的类型(这些类型可能不表现为通用的结构)，并且每种类型的行为方式可能不相关时获得。
Overloading 重载
- 重载方法允许您在类中重用相同的方法名，但使用不同的参数(以及可选的不同返回类型)。
  - 方便client用不同的参数列表，调用相同的函数
  - Overload也可以发生在父类和子类之间
- 函数重载是用不同的实现创建多个同名方法的能力。
- 静态多态
  - 根据参数列表进行最佳匹配
  - 静态类型检查
  - 在编译阶段时决定要具体执行哪个方法 (static checking)
- 相反，overridden methods则是在run-time进行dynamic checking！
- rules
  - 重载的函数必须根据arity值或数据类型而不同
  - 不同的参数列表
  - 相同/不同的返回值类型
  - 相同/不同的public/private/protected
  - 异常
  - 可以在同一个类内重载，也可在子类中重载
Overriding vs. Overloading
- compile_time/static checking
- run_time/dynamic_checking

(3) Parametric polymorphism and Generic programming

当一个函数在一系列类型上一致工作时，得到参数多态性;这些类型通常表现出一些共同的结构。
它具有以泛型方式定义函数和类型的能力，以便在运行时根据传递的参数工作，也就是说，允许在不完全指定类型的情况下进行静态类型检查
- This is what is called “Generics (泛型)” in Java.
泛型编程是一种编程风格，在这种编程中，数据类型和函数按照要指定的类型编写，然后在需要特定类型作为参数提供时实例化这些类型。
泛型编程的核心思想是从具体的、有效的算法中抽象出来，以获得泛型算法，这些泛型算法可以与不同的数据表示相结合，从而生成各种各样的有用软件。

Type variables
- Using <>, the diamond operator, to help declare type variables.
- For example:

Generic Interfaces
- Generic interface, non-generic implementation泛型接口，非泛型的实现类
- Generic interface, generic implementation.泛型接口，泛型的实现类
some details
- Can have multiple type parameters
  - e.g., Map<E, F>, Map<String, Integer>
- Wildcards 通配符，只在使用泛型的时候出现，不能在定义中出现
- 泛型类型信息被擦除(即仅在编译时)
  - Cannot use instanceof() to check generic type 运行时泛型消失了
- 无法创建泛型数组
  - Pair[] foo = new Pair[42]; // won't compile

(4) Subtyping Polymorphism

继承和子类型:层次结构的一瞥
- 代码重用，建模灵活性
- 每个类只能直接扩展一个父类;一个类可以实现多个接口。
Subtypes
- “B is a subtype of A” means “every B is an A.”
- In terms of specifications: “every B satisfies the specification for A.”
  - 如果B的规范至少与a的规范一样强，那么B是a的一个子类型。
- 当我们声明一个实现接口的类时，Java编译器会自动执行这个要求的一部分:它确保a中的每个方法都出现在B中，具有兼容的类型签名。
- 如果不实现A中声明的所有抽象方法，类B无法实现接口A
子类型的静态检查 static checking
- 但是编译器不能检查我们是否在其他方面削弱了规范
  - 加强对某一方法某些输入的前提条件
  - 削弱一个后置条件
  - 削弱接口抽象类型向客户端发布的保证。
- 如果在Java中声明子类型(例如，实现一个接口)，那么必须确保子类型的规范至少与父类型的规范一样强。
子类型的规约不能弱化超类型的规约。

子类型多态：不同类型的对象可以统一的处理而无需区分
- 每个对象的行为取决于它的类型(例如，如果你添加了新类型的帐户，客户端代码不会改变)
  - 隔离变化
Liskov Substitution Principle (LSP)
如果S是T的一个子类型，那么T类型的对象可以用S类型的对象替换(也就是说，T类型的对象可以用S子类型的任何对象替换)，而不改变T的任何理想性质。
Reusability

instanceof
- 测试对象是否属于给定类的对象
- avoid instanceof() if possible, and never(?) use instanceof() in a superclass to check type against subclass.
- Advice
  - Avoid down_casting types
  - Never(?) downcast within superclass to a subclass
  - spec

5 Some important Object methods in Java

(1)Overriding Object methods

equals() – true if the two objects are “equal”
hashCode() – a hash code for use in hash maps
toString() – a printable string representation
- ugly and uninformative
- Always override unless you know in won’t be called
equals & hashCode – identity semantics
- You must override if you want value semantics
- Otherwise don’t
Overriding toString()
equals它的作用也是判断两个对象是否相等，如果对象重写了equals()方法，比较两个对象的内容是否相等；如果没有重写，比较两个对象的地址是否相同，价于“==”。