项目案例作业2：对案例进行面向对象分析

学生管理系统案例面向对象特性分析报告

目录

学生管理系统案例面向对象特性分析报告

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1. 案例中哪里体现出了封装性及其好处？（朱芷易 202421336044）
2. 案例中的setter/getter模式与封装性（朱芷易 202421336044）
   • 2.1 什么是setter/getter？
   • 2.2 setter/getter的作用
   • 2.3 如何自动生成setter/getter？
3. 案例中某些类的toString()方法（朱芷易 202421336044）
   • 3.1 toString()方法有什么用？
   • 3.2 toString()一般应包含什么内容？
   • 3.3 toString()方法从哪里来？
4. 案例中几个常用方法解析（朱芷易 202421336044）
   • 4.1 Student类 - 构造方法
   • 4.2 StudentManagementSystem类 - addStudent方法
   • 4.3 StudentManagementSystem类 - searchByName方法
   • 4.4 StudentManagementSystem类 - getStudents方法
5. 案例中的面向对象设计（朱芷易 202421336044）
   • 5.1 案例解决的问题与核心名词/动词
   • 5.2 抽象类设计与核心功能

1. 案例中哪里体现出了封装性及其好处？（朱芷易 202421336044）

在案例的 Student类 和 Person类 中，封装性的核心体现是将类的核心属性（如学生的name、age、id、gpa，人的gender等）全部声明为 private（私有）访问权限，外部类无法直接读写这些属性，只能通过类对外暴露的公共方法（setter/getter）进行操作。

封装性带来的核心好处如下：

• 数据安全性：避免外部代码随意篡改内部属性。例如，若直接将Student类的gpa设为public，外部代码可能将其赋值为负数（如student.gpa = -1.0），而通过setter方法可在内部添加校验逻辑（如判断gpa是否在0-4.0范围内），确保数据合法性（案例未实现校验，但预留了扩展能力）。
• 代码低耦合与可维护性：类的内部实现细节（如属性存储方式、校验规则）与外部代码解耦。若未来需要修改Student类的属性（如将id从String改为Long），只需修改类内部的setter/getter和构造方法，外部调用代码（如Main类）无需变动。

补充：低耦合意味着尽量减少模块之间的直接关系，使得每个模块都能在尽可能少的依赖下独立工作，高内聚和低耦合这两个原则是软件设计中追求的目标，它们有助于提高软件的质量和效率。

• 接口清晰化：外部类通过明确的setter/getter方法操作属性，无需关注类的内部逻辑，降低了使用成本。

图1：Student类和Person类中private的声明

2. 案例中的setter/getter模式与封装性（朱芷易 202421336044）

2.1 什么是setter/getter？

• setter（赋值方法）：用于给类的私有属性赋值的公共方法，命名规则为set + 属性名首字母大写（如setName、setGpa），通常包含一个与属性类型一致的参数，无返回值（返回void）。
• getter（取值方法）：用于获取类的私有属性值的公共方法，命名规则为get + 属性名首字母大写（布尔类型属性用is + 属性名首字母大写，如Person类的isGender），无参数，返回值类型与属性类型一致。

2.2 setter/getter的作用

setter/getter是封装性的“桥梁”，在隐藏内部数据的同时，提供了安全的属性访问通道，核心作用包括：

• 可控的属性修改：通过setter可添加业务校验逻辑（如setAge中判断年龄是否在0-150岁之间），确保属性值符合业务规则。
• 安全的属性读取：通过getter对外暴露属性值，避免直接暴露私有属性，同时可在getter中处理返回结果（如格式化gpa保留2位小数）。
• 适配封装原则：是“私有属性+公共方法”封装模式的标准实现，确保类的内部状态不被外部随意破坏。

2.3 如何自动生成setter/getter？

主流Java IDE（如IntelliJ IDEA、Eclipse）均支持一键生成，以eclipse为例，步骤如下：

1. 使用快捷键：在代码编辑器中打开包含属性的 Java 类文件，按下快捷键 Alt + Shift + S，再按 R 键，会弹出自动生成 setter 和 getter 方法的设置界面；
2. 使用菜单：右键点击代码编辑器空白处或类名，选择 “Source” -> “Generate Getters and Setters...”，也可进入设置界面；
   
   图2：在eclipse中点击快捷键“ Alt + Shift + S”选择Setter and Getter

3. 案例中某些类的toString()方法（朱芷易 202421336044）

3.1 toString()方法有什么用？

toString()方法是Java中用于获取对象字符串表示的核心方法，主要作用是：

• 当直接打印对象（如System.out.println(student)）或拼接字符串（如"学生信息：" + student）时，Java会自动调用该对象的toString()方法，返回的字符串将作为打印/拼接结果；
• 替代手动拼接属性的繁琐操作（如无需写"name:" + student.getName() + ", age:" + student.getAge()），简化对象信息的输出；
• 便于调试和日志记录，快速查看对象的核心状态（如判断学生的id和gpa是否正确赋值）。

3.2 toString()一般应包含什么内容？

toString()的核心原则是“清晰、完整地展示对象的核心状态”，通常包含以下内容：

• 类名（明确当前对象所属类型）；
• 对象的核心属性（如Student类的name、id、major、gpa，Person类的name、age、gender）；
• 属性与值的对应关系（格式通常为“属性名:属性值”）。

案例中Student类的toString()实现就是典型示例：

@Override
public String toString() {
    return "Student{" +
            "name='" + name + '\'' +
            ", age=" + age +
            ", gender='" + gender + '\'' +
            ", id='" + id + '\'' +
            ", major='" + major + '\'' +
            ", gpa=" + gpa +
            '}';
}

3.3 toString()方法从哪里来？

toString()方法来源于Java的顶层父类java.lang.Object，所有Java类（包括自定义的Student、Person、StudentManagementSystem）都通过“默认继承”直接拥有该方法。

• 默认实现（Object类的toString()）：返回格式为"类名@哈希码"（如code.Student@1b6d3586），仅能标识对象类型和内存地址，无法展示具体属性，实用性较低；
• 案例中的实现：Student类和Person类通过@Override注解重写了toString()方法，替换为包含属性信息的自定义实现，解决了默认实现的局限性。

4. 案例中几个常用方法解析（朱芷易 202421336044）

以下解析案例中核心业务方法，涵盖构造方法、数据操作方法、查询方法三类，格式为“类名.方法签名 + 入参/功能/返回值 + 功能描述”。

4.1 Student类 - 构造方法

• 方法签名：Student(String name, int age, String gender, String id, String major, double gpa)
  • 入参：name（学生姓名）、age（学生年龄）、gender（学生性别）、id（学生学号）、major（学生专业）、gpa（学生绩点）；
  • 功能：初始化Student对象，为所有私有属性赋值（通过this.属性名 = 入参绑定）；
  • 返回值：无（构造方法无返回值）；
  • 描述：是创建Student实例的唯一入口（案例未提供无参构造），确保每个学生对象在创建时就拥有完整的核心属性。

4.2 StudentManagementSystem类 - addStudent方法

• 方法签名：void addStudent(Student student)
  • 入参：student（待添加的学生对象，类型为Student）；
  • 功能：将入参的学生对象添加到系统内部的students列表（private List<Student> students）中；
  • 返回值：无（void）；
  • 描述：是“添加学生”功能的核心实现，封装了列表的add操作，外部类（如Main）无需关注列表的存储细节，只需传入Student对象即可完成添加。
    
    图3：功能1“添加学生”示例

4.3 StudentManagementSystem类 - searchByName方法

• 方法签名：List<Student> searchByName(String name)
  • 入参：name（待搜索的学生姓名，类型为String）；
  • 功能：遍历系统内的students列表，筛选出name与入参完全一致的所有学生对象，存入新列表；
  • 返回值：List<Student>（包含所有符合条件的学生对象，若无匹配则返回空列表）；
  • 描述：实现“按姓名搜索学生”的功能，返回结果支持多学生匹配（如存在多个同名学生），外部类可直接遍历结果列表输出信息（如Main类的case 3逻辑）。
    
    图4：功能4按照输入的学生姓名搜索学生的个人信息

4.4 StudentManagementSystem类 - getStudents方法

• 方法签名：List<Student> getStudents()
  • 入参：无；
  • 功能：返回系统内部存储学生的students列表引用；
  • 返回值：List<Student>（系统内所有学生对象的列表）；
  • 描述：为外部类提供“获取所有学生”的入口，支持后续操作（如Main类的case 2删除学生、case 6显示所有学生）。
    
    图5：功能6“显示所有学生及其信息”

5. 案例中的面向对象设计（朱芷易 202421336044）

5.1 案例解决的问题与核心名词/动词

• 问题描述：实现一个轻量级学生管理系统，支持用户通过控制台交互，完成“添加学生”“删除学生”“按姓名/专业/GPA搜索学生”“显示所有学生”“退出系统”等操作，实现学生信息的高效管理与查询。
• 核心名词：学生（Student）、学生管理系统（StudentManagementSystem）、姓名（name）、年龄（age）、性别（gender）、学号（id）、专业（major）、绩点（gpa）、学生列表（List<Student>）、控制台输入（Scanner）；
• 核心动词：添加（add）、删除（remove）、搜索（search）、显示（show）、输入（input）、退出（exit）、初始化（initialize）。

5.2 抽象类设计与核心功能

基于“名词抽象为类，动词抽象为方法”的面向对象设计原则，案例抽象出4个核心类，职责与功能如下表所示：

类名	核心职责	核心功能（方法）
Student	封装学生的属性与行为	1. 构造方法：初始化学生属性； 2. setter/getter：读写学生属性； 3. toString()：返回学生信息字符串。
StudentManagementSystem	封装学生信息的管理逻辑（核心业务类）	1. addStudent：添加学生； 2. removeStudent：删除学生； 3. searchByName/ByMajor/ByGpa：按条件搜索学生； 4. getStudents：获取所有学生。
Main	程序入口，处理用户交互逻辑	1. 初始化Scanner和StudentManagementSystem； 2. 循环接收用户输入的操作指令； 3. 通过switch分支调用StudentManagementSystem的方法完成业务； 4. 关闭资源（Scanner）。
Person	封装“人”的通用属性（案例中为独立类，未复用）	1. 构造方法：初始化人的属性； 2. setter/getter：读写人的属性； 3. toString()：返回人的信息字符串； 4. main：独立的测试逻辑（与学生管理系统无关）。

设计合理性：通过类的职责拆分，实现了“数据封装（Student）”“业务逻辑封装（StudentManagementSystem）”“交互逻辑封装（Main）”的解耦，符合“单一职责原则”，便于后续扩展（如新增“修改学生信息”功能，只需在StudentManagementSystem中添加updateStudent方法）。