基于面向对象的三大特性实现学生管理系统-优快云博客

基于封装、继承、多态三大特性，可设计一个结构清晰、可扩展的学生管理系统。以下从核心类设计、特性应用到完整实现逐步解析：

一、系统核心类设计

1. 封装：Student基类（数据与逻辑封装）

public class Student {

// 私有属性，仅通过方法访问（封装）

private String id;

private String name;

private int age;

private double score;

// 构造方法

public Student(String id, String name, int age) {

this.id = id;

this.name = name;

this.age = age;

}

// Getter/Setter（封装的接口）

public String getId() { return id; }

public String getName() { return name; }

public int getAge() { return age; }

public void setAge(int age) {

if (age > 0 && age < 100) this.age = age;

else throw new IllegalArgumentException("年龄不合法");

}

public double getScore() { return score; }

public void setScore(double score) {

if (score >= 0 && score <= 100) this.score = score;

else throw new IllegalArgumentException("成绩不合法");

}

// 公共方法（封装业务逻辑）

public String showBasicInfo() {

return "学号：" + id + ", 姓名：" + name + ", 年龄：" + age;

}

2. 继承：子类扩展不同学生类型

// 本科生类（继承Student）

public class Undergraduate extends Student {

private String major; // 特有属性

public Undergraduate(String id, String name, int age, String major) {

super(id, name, age); // 调用父类构造

this.major = major;

}

public void setMajor(String major) { this.major = major; }

public String getMajor() { return major; }

// 重写父类方法（多态基础）

@Override

public String showBasicInfo() {

return super.showBasicInfo() + ", 专业：" + major;

}

// 研究生类（继承Student）

public class Graduate extends Student {

private String tutor; // 导师

public Graduate(String id, String name, int age, String tutor) {

super(id, name, age);

this.tutor = tutor;

}

public void setTutor(String tutor) { this.tutor = tutor; }

public String getTutor() { return tutor; }

@Override

public String showBasicInfo() {

return super.showBasicInfo() + ", 导师：" + tutor;

}

3. 多态：接口与服务类（统一操作不同对象）

// 学生服务接口（定义统一操作）

public interface StudentService {

void addStudent(Student student);

Student findStudentById(String id);

void displayAllStudents();

}

// 学生管理实现类（使用集合存储学生，应用多态）

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;

public class StudentManager implements StudentService {

private Map<String, Student> studentMap; // 用Map存储学生，学号为键

public StudentManager() {

studentMap = new HashMap<>();

}

@Override

public void addStudent(Student student) {

if (student == null || student.getId() == null) {

System.out.println("学生信息无效");

return;

}

studentMap.put(student.getId(), student);

System.out.println("添加学生成功：" + student.getName());

}

@Override

public Student findStudentById(String id) {

return studentMap.get(id);

}

@Override

public void displayAllStudents() {

if (studentMap.isEmpty()) {

System.out.println("暂无学生数据");

return;

}

System.out.println("===== 学生列表 =====");

for (Student student : studentMap.values()) {

System.out.println(student.showBasicInfo()); // 多态调用，根据对象类型显示不同信息

if (student instanceof Undergraduate) { // 类型判断（向下转型前校验）

Undergraduate ug = (Undergraduate) student;

System.out.println("类型：本科生，专业：" + ug.getMajor());

} else if (student instanceof Graduate) {

Graduate gd = (Graduate) student;

System.out.println("类型：研究生，导师：" + gd.getTutor());

}

二、系统交互与测试

1. 主程序（菜单驱动交互）

import java.util.Scanner;

public class StudentSystem {

public static void main(String[] args) {

StudentService manager = new StudentManager();

Scanner scanner = new Scanner(System.in);

boolean running = true;

while (running) {

System.out.println("\n===== 学生管理系统 =====");

System.out.println("1. 添加本科生");

System.out.println("2. 添加研究生");

System.out.println("3. 查询学生");

System.out.println("4. 显示所有学生");

System.out.println("5. 退出系统");

System.out.print("请选择操作：");

int choice = scanner.nextInt();

scanner.nextLine(); // 消耗换行符

switch (choice) {

case 1: // 添加本科生

System.out.print("输入学号：");

String id1 = scanner.nextLine();

System.out.print("输入姓名：");

String name1 = scanner.nextLine();

System.out.print("输入年龄：");

int age1 = scanner.nextInt();

scanner.nextLine();

System.out.print("输入专业：");

String major = scanner.nextLine();

manager.addStudent(new Undergraduate(id1, name1, age1, major));

break;

case 2: // 添加研究生

System.out.print("输入学号：");

String id2 = scanner.nextLine();

System.out.print("输入姓名：");

String name2 = scanner.nextLine();

System.out.print("输入年龄：");

int age2 = scanner.nextInt();

scanner.nextLine();

System.out.print("输入导师：");

String tutor = scanner.nextLine();

manager.addStudent(new Graduate(id2, name2, age2, tutor));

break;

case 3: // 查询学生

System.out.print("输入要查询的学号：");

String queryId = scanner.nextLine();

Student student = manager.findStudentById(queryId);

if (student != null) {

System.out.println(student.showBasicInfo());

} else {

System.out.println("未找到该学号的学生");

}

break;

case 4: // 显示所有学生

manager.displayAllStudents();

break;

case 5: // 退出

running = false;

System.out.println("系统已退出");

break;

default:

System.out.println("选择错误，请重新输入");

}

scanner.close();

}

三、三大特性的具体应用解析

1. 封装的体现

- 数据保护： Student 类的属性设为 private ，通过 getter/setter 添加校验逻辑（如年龄、成绩范围检查）。

- 接口统一： StudentManager 封装了学生的增删改查细节，外部无需关心 HashMap 的实现。

2. 继承的体现

- 代码复用： Undergraduate 和 Graduate 继承 Student ，复用 id 、 name 等公共属性和 showBasicInfo() 方法。

- 逻辑扩展：子类添加特有属性（ major 、 tutor ）和重写方法，体现“本科生/研究生是一种学生”的关系。

3. 多态的体现

- 接口统一： StudentService 接口定义标准操作， StudentManager 实现接口，上层代码通过接口引用操作不同学生对象。

- 动态调用：遍历 studentMap 时，通过 student.showBasicInfo() 自动调用对应子类的重写方法，无需关心对象具体类型。

四、系统扩展与优化方向

1. 添加异常处理：在数据校验处使用 try-catch 捕获非法输入异常。

2. 引入泛型集合：如 Map<String, Student> 确保类型安全。

3. 增加文件存储：将学生数据保存到文件，实现持久化。

4. 扩展子类：新增 InternationalStudent （留学生）等子类，继承 Student 并添加特有属性。

通过三大特性的结合，系统具备良好的可维护性和扩展性，例如新增学生类型时，只需定义新子类并实现接口，无需修改原有核心逻辑，体现了面向对象设计的灵活性。