《On Java 8》读书笔记003_万物皆对象

万物皆对象

https://github.com/LingCoder/OnJava8

1、对象的操纵

所有的编程语言都会操纵内存中的元素。有时程序员必须要有意识地直接或间接地操纵它们。在 C/C++ 中，对象的操纵是通过指针来完成的。

Java 利用万物皆对象的思想和单一一致的语法方式来简化问题。虽万物皆可为对象，但我们所操纵的标识符实际上只是对对象的“引用” [^1]。举例：我们可以用遥控器（引用）去操纵电视（对象）。只要拥有对象的“引用”，就可以操纵该“对象”。换句话说，我们无需直接接触电视，就可通过遥控器（引用）自由地控制电视（对象）的频道和音量。此外，没有电视，遥控器也可以单独存在。就是说，你仅仅有一个“引用”并不意味着你必然有一个与之关联的“对象”。

2、对象的创建

    String s = new String("asdf");

3、数据的存储

有5个不同的地方可以存储数据：

1、寄存器（Registers）最快的存储区域，位于 CPU 内部 ^2。然而，寄存器的数量十分有限，所以寄存器根据需求进行分配。我们对其没有直接的控制权，也无法在自己的程序里找到寄存器存在的踪迹（另一方面，C/C++ 允许开发者向编译器建议寄存器的分配）。

2、栈内存（Stack）存在于常规内存 RAM（随机访问存储器，Random Access Memory）区域中，可通过栈指针获得处理器的直接支持。栈指针下移分配内存，上移释放内存。这是一种仅次于寄存器的非常快速有效的分配存储方式。创建程序时，Java 系统必须知道栈内保存的所有项的生命周期。这种约束限制了程序的灵活性。因此，虽然在栈内存上存在一些 Java 数据（如对象引用），但 Java 对象本身的数据却是保存在堆内存的。

3、堆内存（Heap）这是一种通用的内存池（也在 RAM 区域），所有 Java 对象都存在于其中。与栈内存不同，编译器不需要知道对象必须在堆内存上停留多长时间。因此，用堆内存保存数据更具灵活性。创建一个对象时，只需用 new 命令实例化对象即可，当执行代码时，会自动在堆中进行内存分配。这种灵活性是有代价的：分配和清理堆内存要比栈内存需要更多的时间（如果可以用 Java 在栈内存上创建对象，就像在 C++ 中那样的话）。随着时间的推移，Java 的堆内存分配机制现在已经非常快，因此这不是一个值得关心的问题了。

4、常量存储（Constant storage）常量值通常直接放在程序代码中，因为它们永远不会改变。如需严格保护，可考虑将它们置于只读存储器 ROM （只读存储器，Read Only Memory）中 ^3。

5、非 RAM 存储（Non-RAM storage）数据完全存在于程序之外，在程序未运行以及脱离程序控制后依然存在。两个主要的例子：（1）序列化对象：对象被转换为字节流，通常被发送到另一台机器；（2）持久化对象：对象被放置在磁盘上，即使程序终止，数据依然存在。这些存储的方式都是将对象转存于另一个介质中，并在需要时恢复成常规的、基于 RAM 的对象。Java 为轻量级持久化提供了支持。而诸如 JDBC 和 Hibernate 这些类库为使用数据库存储和检索对象信息提供了更复杂的支持。

4、基本类型的存储

有一组类型在 Java 中使用频率很高，它们需要特殊对待，这就是 Java 的基本类型。之所以这么说，是因为它们的创建并不是通过 new 关键字来产生。通常 new 出来的对象都是保存在堆内存中的，以此方式创建小而简单的变量往往是不划算的。所以对于这些基本类型的创建方法，Java 使用了和 C/C++ 一样的策略。也就是说，不是使用 new 创建变量，而是使用一个“自动”变量。这个变量直接存储"值"，并置于栈内存中，因此更加高效。
基本类型自动转换成包装类型（自动装箱）

Character ch = 'x';

相对的，包装类型转化为基本类型（自动拆箱）：

char c = ch;

5、高精度数值

在 Java 中有两种类型的数据可用于高精度的计算。它们是 BigInteger 和 BigDecimal。尽管它们大致可以划归为“包装类型”，但是它们并没有对应的基本类型。

6、数组的存储

许多编程语言都支持数组类型。在 C 和 C++ 中使用数组是危险的，因为那些数组只是内存块。如果程序访问了内存块之外的数组或在初始化之前使用该段内存（常见编程错误），则结果是不可预测的。

Java 的设计主要目标之一是安全性，因此许多困扰 C 和 C++ 程序员的问题不会在 Java 中再现。在 Java 中，数组使用前需要被初始化，并且不能访问数组长度以外的数据。这种范围检查，是以每个数组上少量的内存开销及运行时检查下标的额外时间为代价的，但由此换来的安全性和效率的提高是值得的。（并且 Java 经常可以优化这些操作）。

当我们创建对象数组时，实际上是创建了一个引用数组，并且每个引用的初始值都为 null 。在使用该数组之前，我们必须为每个引用指定一个对象。如果我们尝试使用为 null 的引用，则会在运行时报错。因此，在 Java 中就防止了数组操作的常规错误。

7、代码注释

/* 这是
* 跨越多行的
* 注释
*/

// 这是单行注释

8、对象清理

作用域

大多数程序语言都有作用域的概念。作用域决定了在该范围内定义的变量名的可见性和生存周期。在 C、 C++ 和 Java 中，作用域是由大括号 {} 的位置决定的。例如：

{
    int x = 12;
    // 仅 x 变量可用
    {
        int q = 96;
        // x 和 q 变量皆可用
    }
    // 仅 x 变量可用
    // 变量 q 不在作用域内
}

Java 的变量只有在其作用域内才可用。缩进使得 Java 代码更易于阅读。由于 Java 是一种自由格式的语言，额外的空格、制表符和回车并不会影响程序的执行结果。在 Java 中，你不能执行以下操作，即使这在 C 和 C++ 中是合法的：

{
    int x = 12;
    {
        int x = 96; // Illegal
    }
}

在上例中， Java 编译器会在提示变量 x 已经被定义过了。因此，在 C/C++ 中将一个较大作用域的变量"隐藏"起来的做法，在 Java 中是不被允许的。因为 Java 的设计者认为这样做会导致程序混乱。

对象的作用域

{
    String s = new String("a string");
} 
// 作用域终点

上例中，引用 s 在作用域终点就结束了。但是，引用 s 指向的字符串对象依然还在占用内存。在这段代码中，我们无法在这个作用域之后访问这个对象，因为唯一对它的引用 s 已超出了作用域的范围。在后面的章节中，我们还会学习怎么在编程中传递和复制对象的引用。

只要你需要，new 出来的对象就会一直存活下去。相比在 C++ 编码中操作内存可能会出现的诸多问题，这些困扰在 Java 中都不复存在了。在 C++ 中你不仅要确保对象的内存在你操作的范围内存在，还必须在使用完它们之后，将其销毁。

9、类的创建

类型

字段

当我们创建好一个类之后，我们可以往类里存放两种类型的元素：方法（method）和字段（field）。类的字段可以是基本类型，也可以是引用类型。如果类的字段是对某个对象的引用，那么必须要初始化该引用将其关联到一个实际的对象上（通过之前介绍的创建对象的方法）。每个对象都有用来存储其字段的空间。通常，字段不在对象间共享。

基本类型默认值

如果类的成员变量（字段）是基本类型，那么在类初始化时，这些类型将会被赋予一个初始值。
这种默认值的赋予并不适用于局部变量 —— 那些不属于类的字段的变量。因此，若在方法中定义的基本类型数据，如下：

    int x;

这里的变量 x 不会自动初始化为0，因而在使用变量 x 之前，程序员有责任主动地为其赋值（和 C 、C++ 一致）。如果我们忘记了这一步， Java 将会提示我们“编译时错误，该变量可能尚未被初始化”。这一点做的比 C++ 更好，在后者中，编译器只是提示警告，而在 Java 中则直接报错。

10、方法的使用

当返回类型为 void 时， return 关键字仅用于退出方法，因此在方法结束处的 return 可被省略。我们可以随时从方法中返回，但若方法返回类型为非 void，则编译器会强制我们返回相应类型的值。

11、程序编写

命名可见性

命名控制在任何一门编程语言中都是一个问题。如果你在两个模块中使用相同的命名，那么如何区分这两个名称，并防止两个名称发生“冲突”呢？在 C 语言编程中这是很具有挑战性的，因为程序通常是一个无法管理的名称海洋。C++ 将函数嵌套在类中，所以它们不会和嵌套在其他类中的函数名冲突。然而，C++ 还是允许全局数据和全局函数，因此仍有可能发生冲突。为了解决这个问题，C++ 使用附加的关键字引入了命名空间。

Java 采取了一种新的方法避免了以上这些问题：为一个类库生成一个明确的名称，Java 创建者希望我们反向使用自己的网络域名，因为域名通常是唯一的。因此我的域名是 MindviewInc.com，所以我将我的 foibles 类库命名为 com.mindviewinc.utility.foibles。反转域名后，. 用来代表子目录的划分。

使用其他组件

要解决此问题，你必须通过使用 import 关键字来告诉 Java 编译器具体要使用的类。import 指示编译器导入一个包，也就是一个类库（在其他语言中，一个库不仅包含类，还可能包括函数和数据，但请记住 Java 中的所有代码都必须写在类里）。大多数时候，我们都在使用 Java 标准库中的组件。有了这些构件，你就不必写一长串的反转域名。例如：

import java.util.ArrayList;

static关键字

类是对象的外观及行为方式的描述。通常只有在使用 new 创建那个类的对象后，数据存储空间才被分配，对象的方法才能供外界调用。这种方式在两种情况下是不足的。

有时你只想为特定字段（注：也称为属性、域）分配一个共享存储空间，而不去考虑究竟要创建多少对象，甚至根本就不创建对象。

创建一个与此类的任何对象无关的方法。也就是说，即使没有创建对象，也能调用该方法。

static 关键字（从 C++ 采用）就符合上述两点要求。当我们说某个事物是静态时，就意味着该字段或方法不依赖于任何特定的对象实例。即使我们从未创建过该类的对象，也可以调用其静态方法或访问其静态字段。相反，对于普通的非静态字段和方法，我们必须要先创建一个对象并使用该对象来访问字段或方法，因为非静态字段和方法必须与特定对象关联 ^6 。

一些面向对象的语言使用类数据（class data）和类方法（class method），表示静态数据和方法只是作为类，而不是类的某个特定对象而存在的。有时 Java 文献也使用这些术语。

我们可以在类的字段或方法前添加 static 关键字来表示这是一个静态字段或静态方法。代码示例：

class StaticTest {
    static int i = 47;
}

现在，即使你创建了两个 StaticTest 对象，但是静态变量 i 仍只占一份存储空间。两个对象都会共享相同的变量 i。代码示例：

StaticTest st1 = new StaticTest();
StaticTest st2 = new StaticTest();

st1.i 和 st2.i 指向同一块存储空间，因此它们的值都是 47。引用静态变量有两种方法。在前面的示例中，我们通过一个对象来定位它，例如 st2.i。我们也可以通过类名直接引用它，这种方式对于非静态成员则不可行：

StaticTest.i++;

++ 运算符将会使变量结果 + 1。此时 st1.i 和 st2.i 的值都变成了 48。

使用类名直接引用静态变量是首选方法，因为它强调了变量的静态属性。类似的逻辑也适用于静态方法。我们可以通过对象引用静态方法，就像使用任何方法一样，也可以通过特殊的语法方式 Classname.method() 来直接调用静态字段或方法 ^7。代码示例：

class Incrementable {
    static void increment() { 
      StaticTest.i++; 
    }
}

上例中，Incrementable 的 increment() 方法通过 ++ 运算符将静态数据 i 加 1。我们依然可以先实例化对象再调用该方法。代码示例：

Incrementable sf = new Incrementable();
sf.increment();

当然了，首选的方法是直接通过类来调用它。代码示例：

Incrementable.increment()；

相比非静态的对象，static 属性改变了数据创建的方式。同样，当 static 关键字修饰方法时，它允许我们无需创建对象就可以直接通过类的引用来调用该方法。正如我们所知，static 关键字的这些特性对于应用程序入口点的 main() 方法尤为重要。

12、总结

每个 java 源文件中允许有多个类。同时，源文件的名称必须要和其中一个类名相同，否则编译器将会报错。每个独立的程序应该包含一个 main() 方法作为程序运行的入口。其方法签名和返回类型如下。代码示例：

public static void main(String[] args) {
}

关键字 public 表示方法可以被外界访问到。

13、编码风格

Java 编程语言编码规范（Code Conventions for the Java Programming Language）[^10] 要求类名的首字母大写。如果类名是由多个单词构成的，则每个单词的首字母都应大写（不采用下划线来分隔）。

有时称这种命名风格叫“驼峰命名法”。对于几乎所有其他方法，字段（成员变量）和对象引用名都采用驼峰命名的方式，但是它们的首字母要小写。

posted @ 2020-10-19 20:49 Stark0x01 阅读(133) 评论(0) 收藏举报

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