Java——类与对象

类

概述

类的语法格式：
修 饰 符 c l a s s 类 名 { 属 性 声 明 ; 方 法 声 明 ; } \large \begin{aligned} &\color{Green}修饰符\quad\color{Red}class\quad\color{Purple}类名\quad \color{Black}\{\\ & \qquad属性声明;\\ & \qquad方法声明;\\ &\} \end{aligned} ​修饰符class类名{属性声明;方法声明;}​
创建自定义类：

1. 定义类（考虑修饰符、类名）
2. 编写类的属性（考虑修饰符、属性类型、属性名、初始值）
3. 编写类的方法（考虑修饰符、返回值类型、方法名、形参等）

类的访问机制：

• 在一个类中的访问机制：类中的方法可以直接访问类中的成员变量。
• 在不同类中的访问机制：先创建要访问类的对象，再用对象访问类中定义的成员

修饰符

类、方法、成员变量和局部变量的可用修饰符：

修饰符	类	成员方法	构造方法	成员变量	局部变量
abstract	✔	✔	—	—	—
static	—	✔	—	✔	—
public	✔	✔	✔	✔	—
protected	—	✔	✔	✔	—
private	—	✔	✔	✔	—
synchronized	—	✔	—	—	—
native	—	✔	—	—	—
transient	—	—	—	✔	—
volatile	—	—	—	✔	—
final	✔	✔	—	✔	✔

访问控制修饰符

访问级别：

• 公开：public修饰，对外公开；
• 受保护：protected修饰，向子类及同一个包中的类公开；
• 默认：没有访问控制修饰符，向同一个包中的类中公开；
• 私有级别：private修饰，只有类本身可以访问，不对外公开

访问级别	访问控制修饰符	同类	同包	子类	不同的包
公开	public	✔	✔	✔	✔
保护	protected	✔	✔	✔	—
默认	没有修饰符	✔	✔	—	—
私有	private	✔	—	—	—

注意：访问级别只能用于类及类的成员，不适用于局部变量。

abstract修饰符

• 用abstract修饰的类表示抽象类，抽象类位于继承树的抽象层，抽象类不能被实例化，因为在语义上，抽象类表示从一些具体类中抽象出来的类型。在继承树上，总可以把子类的对象看作是父类的对象。当父类是具体类，父类的对象包括父类本身的对象、所有具体子类的对象；当父类是抽象类，父类的对象包括所有具体子类的对象。没有用abstract修饰的类称为具体类，具体类可以被实例化；
• 用abstract修饰的方法表示抽象方法，抽象方法没有方法体。抽象方法用来描述系统具体有什么功能，具体方法有具体方法体。如果方法是抽象的，表示父类只声明具备某种功能，但没有提供实现，这种方法有待于某个子类去实现它。

abstract的语法规则：

1. 包含了抽象方法的类必须定义为抽象类。如果子类没有实现父类所有的抽象方法，那么子类也必须定义为抽象类，否则编译出错。
2. static与abstract不能同时对修饰同一个方法；
3. 抽象类中可以有非抽象的构造方法，创建子类的实例时可能会调用这些构造方法。
4. 抽象类和抽象方法不能被final修饰符修饰。抽象类只有允许创建其子类，它的抽象方法才能被实例化，而用final修饰的类不允许拥有子类，用final修饰的方法不允许被子类方法覆盖。
5. 抽象方法不能被private修饰符修饰。父类中的抽象方法必须让子类是可见的，否则这个方法将无意义。

final修饰符

• 用final修饰的类不能被继承，没有子类。
• 用final修饰的方法不能被子类的方法覆盖。
• 用final修饰的变量表示常量，只能被赋一次值。

不能用final来修饰构造方法，因为“方法覆盖”这一概念仅适用于类的成员方法，而不适用于类的构造方法，父类的构造方法和子类构造方法之间不存在覆盖关系，因此用final修饰构造方法是无意义的。父类中用private修饰的方法不能被子类的方法覆盖，因此private类型的方法默认是final。

适合用final来修饰的类：

• 不是专门为继承而设计的，类本身的方法之间有复杂的调用关系。
• 处于安全的原因，类的实现细节不允许有任何地方改动。
• 在创建对象模型时，确信这个类不再被扩展。

final方法：父类不允许子类覆盖某个方法时，可以把这个方法声明为final类型。

final变量的特征：

1. final修饰符可以修饰静态变量，实例变量和局部变量，分别表示静态常量、实例常量、局部常量。（静态常量一般以大写字母命名，单词之间以“_”符号分开）。
2. final类型的变量都必须显示初始化，否则会导致编译错误。final类型的实例变量，可以在构造方法中进行初始化；final类型的静态变量，可以在定义变量时进行初始化，或者在静态代码块中初始化。
3. final变量只能赋一次值。
4. 如果引用类型的变量用final修饰，则该变量只能始终引用一个对象（因为它指向的地址不能变）。

final修饰符定义常量的作用：

1. 提高程序的安全性，禁止非法修改取值固定并且不允许改变的数据。
2. 提高程序代码的可维护性。
3. 提高程序代码的可读性。

static修饰符

• 用static修饰的成员变量表示静态变量，可以直接通过类名来访问。
• 用static修饰的成员方法表示静态方法，可以直接通过类名来访问。
• 用static修饰的程序代码块表示静态代码块，当Java虚拟机加载类时，就会执行该代码块。

被static修饰的成员变量和成员方法表明归某个类所有，它不依赖于类的特定实例，被类的所有实例加载。

static变量

类的成员变量有两种：一种是被static修饰的变量，叫类变量或静态变量；一种是没有被static修饰的变量，叫实例变量。两者的区别：

• 静态变量在内存中只有一个备份，运行时Java虚拟机只为静态变量分配一次内存，加载类的过程中完成静态变量的内存分配，可以直接通过类名访问。
• 对于实例变量，每创建一个实例，就会为实例变量分配一次内存，实例便力量可以在内存中有多个备份，互不影响。

在类的内部，可以在任何方法中直接访问静态变量；在其他类中，可以通过某个类的类名来访问它的静态变量。

作用：

• 能被类的所有实例共享，可作为实例之间进行交流的共享数据。
• 如果类的所有实例都包含一个相同的常量属性，可以把这个属性定义为静态常量类型，从而节省内存空间。

static方法

成员方法分为静态方法和实例方法。用static修饰的方法叫静态方法或类方法。静态方法和静态变量一样，不需要创建类的实例，可以直接通过类名来访问。

1. 静态方法中不能使用this关键字，也不能直接访问所属类的实例变量和实例方法，但可以直接访问所属类的静态变量和静态方法。静态方法中也不能使用super关键字。
2. 静态方法必须被实现——它表示某个类所特有的功能，这种功能的实现不依赖于类的具体实例，也不依赖于它的子类。
3. 作为程序入口main()方法必须是静态方法——使得Java虚拟机只要加载了main()方法所属的类，就你能执行main()方法，而无须先创建这个类的实例，也因此在main()静态方法中，不能直接访问实例变量和实例方法，需要在创建该类的实例对象后才能访问。
4. 方法的字节码都位于方法区域——不论是实例方法，还是静态方法，他们的字节都位于方法区内。Java编译器把Java方法的程序代码编译成二进制的编码，称为字节码。
5. 实例方法中可以直接访问所属类的静态变量、静态方法、实例变量和实例方法。、

static代码块

类中可以包含静态代码块，它不存在于任何方法体中。Java虚拟机加载类时，会执行这些静态代码块。如果类中包含多个静态代码块，那么Java虚拟机会按照它们出现的顺序依次执行它们，每个静态代码块只会被执行一次。

定义属性

语法格式：
$$修饰符数据类型属性名=初始化值;$$
修饰符：

• 常用的权限修饰符有：private、缺省、protected、public
• 其他修饰符：static、final

数据类型

任何基本数据类型（如int、boolean)或任何引用数据类型。

属性名

属于标识符，符合命名规则和规范。

对象属性的默认初始值

成员变量类型	初始值
byte	0
short	0
int	0
long	0L
float	0.0F
double	0.0
char	0或’\u0000’（表现为空）
boolean	false
引用类型	null

变量的分类

• 成员变量：在方法体外，类体内声明的变量；
• 局部变量：在方法体内声明的变量

$$所有变量\{\begin{array}{rl}& 成员变量\{\begin{array}{rl}& 实例变量（不以static修饰）\\ & 类变量（以static修饰）\end{array}\\ & 局部变量\{\begin{array}{rl}& 形参（方法、构造器中定义的变量）\\ & 方法局部变量（在方法内定义）\\ & 代码块局部变量（在代码块内定义）\end{array}\end{array}$$

	成员变量	局部变量
声明位置	直接声明在类中	方法形参或内部、代码块内、构造器内等
修饰符	权限修饰符、final等	不能用权限修饰符修饰，可以用final修饰
初始化值	有默认初始化值	没有默认初始值，必须显示赋值
内存加载位置	堆空间或静态域内	栈空间

定义方法

方法：类或对象行为特征的抽象，用来完成某个功能操作，也称为函数或过程。

Java中的方法必须定义在类中。

语法格式：
修 饰 符   返 回 值 类 型   方 法 名   ( 参 数 类 型   形 参 1 , 参 数 类 型   形 参 2 , . . . . . . ) { 方 法 体 程 序 代 码 r e t u r n   返 回 值 } \begin{aligned}&\color{Green}修饰符\ \color{Red}返回值类型\ \color{Purple}方法名\ (\color{Red}参数类型\ \color{SkyBlue}形参1\color{black},\color{Red}参数类型\ \color{SkyBlue}形参2\color{black},\color{Red}......\color{Purple})\{\\&\qquad 方法体程序代码\\&\qquad \color{Red}return\ 返回值\\&\color{Purple}\}\end{aligned} ​修饰符 返回值类型 方法名 (参数类型 形参1,参数类型 形参2,......){方法体程序代码return 返回值}​
修饰符

public，缺省，private，protected等

返回值类型

• 没有返回值：void。
• 有返回值，声明出返回值的类型。

方法名

属于标识符，命名时遵循标识符命名规则和规范。

形参列表

可以包含零个，一个或多个参数。多个参数时，中间用“,”隔开。

返回值

方法在执行完毕后返回给调用它的程序的数据。

方法重载和方法覆盖

重载（overload）

定义：在同一个类中，允许一个以上的同名方法，只要他们的参数个数或者参数类型不同即可。

特点：与返回值无关，只看参数列表，且参数列表必须不同（参数个数或参数类型）。调用时，根据方法参数列表的不同来调用对应的方法。

覆盖（override）

定义：如果在子类中定义的一个方法，其名称、返回类型及参数正好与父类中某个方法的名称、返回类型及参数签名相匹配，表明子类的方法覆盖了父类的方法。

规则：

1. 子类方法的名称、参数和返回类型必须与父类方法的名称、参数、返回类型一致。
2. 子类方法不能缩小父类方法的访问权限。如果打破这个限制，将会与Java的多态机制发生冲突。
3. 子类方法不能抛出比父类方法更多的异常。
4. 方法覆盖只存在于子类和父类之间。在同一个类中方法只能被重载，不能被覆盖。
5. 父类的静态方法不能被子类覆盖为非静态方法。
6. 子类可以定义同父类的静态方法同名的静态方法，以便在子类中隐藏父类的静态方法。注意也要满足规则1、2、3。子类隐藏父类的静态方法和子类覆盖父类的实例方法的区别：在运行过程中，Java虚拟机会将静态方法和所属的类绑定，而实例方法和所属的实例绑定。
7. 父类的非静态方法不能被子类覆盖为静态方法。
8. 父类的私有方法不能被子类覆盖。
9. 父类的抽象方法可以被子类通过两种途径覆盖：一是子类实现父类的抽象方法；二是子类重新声明父类的抽象方法。
10. 父类的非抽象方法可以被覆盖为抽象方法。

对象

对象是类的实例化。

创建对象语法：
$$类名对象名=new类名();$$
通过“$对象名.对象成员$”的方式访问对象成员（包括属性和方法）

对象在内存中的存储情况与数组都是大同小异，都是在堆中获得获得实际内存，然后把在堆中的首地址赋给对象名（一个引用变量）。
内存解析：

堆：多有的对象实例以及数组都要在堆上分配。

栈：是指虚拟机栈，用于存储局部变量等，包括存放了编译器可知长度的各种基本数据类型、对象引用（对象在堆内存的首地址）。方法执行完后，自动释放。

方法区：用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、以及编译器编译后的代码等数据。