java 面向对象编程 (OOP)之类的概念

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一、类的定义 (Class Definition)

在 Java 中，类是创建对象的模板或蓝图。它定义了一类对象共有的属性（状态）和行为（方法）。类是一种抽象的数据类型，它封装了数据和操作数据的方法。

1. 类的语法结构：

[修饰符] class 类名 [extends 父类名] [implements 接口名列表] {
    // 成员变量 (Fields/Attributes) - 描述对象的状态
    [修饰符] 数据类型 变量名 [= 初始值];

    // 静态变量 (Static Fields) - 属于类，而不是对象
    [修饰符] static 数据类型 变量名 [= 初始值];

    // 构造方法 (Constructors) - 用于创建和初始化对象
    [修饰符] 类名(参数列表) {
        // 初始化代码
    }

    // 成员方法 (Methods) - 描述对象的行为
    [修饰符] 返回类型 方法名(参数列表) {
        // 方法体 (实现代码)
    }

    // 静态方法 (Static Methods) - 属于类，而不是对象
    [修饰符] static 返回类型 方法名(参数列表) {
        // 方法体
    }

      // 内部类 (Inner Classes)
    [修饰符] class 内部类名 {
        // ...
    }
}

修饰符 (Modifiers):
- 访问修饰符： public, protected, private, 默认 (包访问权限)。控制类、成员变量、成员方法的访问权限。
- 非访问修饰符：
  - static: 声明静态成员（属于类，而不是对象）。
  - final: 声明常量、最终类（不能被继承）或最终方法（不能被重写）。
  - abstract: 声明抽象类或抽象方法（不能被实例化，必须被子类实现）。
  - synchronized: 用于方法或代码块，实现线程同步。
  - transient: 用于成员变量，表示该变量不需要被序列化。
  - volatile: 用于成员变量，保证变量的可见性和有序性。
class 关键字： 用于声明一个类。
类名 (Class Name): 遵循 PascalCase 命名规范（每个单词首字母大写），例如 Person, BankAccount, OrderService。
extends 关键字： 用于指定父类（实现继承）。Java 只支持单继承。
implements 关键字： 用于指定实现的接口（实现接口）。一个类可以实现多个接口。
成员变量 (Fields/Attributes): 描述对象的状态。例如，Person 类可能有 name, age, gender 等成员变量。
静态变量 (Static Fields): 属于类本身，而不是属于类的某个特定对象。所有对象共享同一个静态变量。
构造方法 (Constructors): 特殊的方法，用于创建和初始化对象。构造方法与类同名，没有返回类型（甚至没有 void）。
成员方法 (Methods): 描述对象的行为。
静态方法 (Static Methods): 属于类本身，而不是属于类的某个特定对象。可以通过类名直接调用，无需创建对象。
内部类(Inner Classes): 定义在其他类内部的类.

2. 类的组成部分详解：

成员变量 (Fields):
- 实例变量 (Instance Variables): 每个对象都有自己独立的实例变量副本。
- 类变量 (Class Variables) / 静态变量 (Static Variables): 所有对象共享同一个静态变量副本。
- 最佳实践：
  - 通常将成员变量声明为 private，实现封装。
  - 通过 getter 和 setter 方法提供对成员变量的受控访问。
  - 对于常量，使用 static final 修饰符。
构造方法 (Constructors):
- 作用： 用于创建和初始化对象。
- 特点：
  - 与类同名。
  - 没有返回类型（甚至没有 void）。
  - 可以重载（多个构造方法，参数列表不同）。
  - 如果一个类没有显式定义构造方法，Java 编译器会自动提供一个默认的无参构造方法。
  - 如果一个类显式定义了构造方法（无论是否有参），Java 编译器不会再提供默认的无参构造方法。
- 最佳实践：
  - 在构造方法中初始化成员变量。
  - 如果需要，可以提供多个构造方法，方便对象的创建。
  - 使用 this() 调用同一个类的其他构造方法。
  - 使用 super() 调用父类的构造方法。
成员方法 (Methods):
- 实例方法 (Instance Methods): 必须通过对象来调用。
- 类方法 (Class Methods) / 静态方法 (Static Methods): 可以通过类名直接调用，无需创建对象。
- 方法重载 (Overloading): 在同一个类中，可以定义多个同名方法，但参数列表必须不同（参数类型、个数或顺序不同）。
- 方法重写 (Overriding): 在子类中，可以重写父类的方法（方法名、参数列表、返回类型必须相同）。
- 最佳实践：
  - 方法名遵循 camelCase 命名规范（第一个单词小写，后续单词首字母大写）。
  - 方法应该具有明确的职责，遵循单一职责原则。
  - 避免过长的方法，将复杂的方法分解成多个较小的方法。
  - 使用 @Override 注解标记重写的方法。
内部类 (Inner Classes):
- 成员内部类: 类似于类的非静态成员，依赖于外部类的实例。
- 静态内部类: 类似于类的静态成员，不依赖于外部类的实例。
- 局部内部类: 定义在方法或作用域内的类。
- 匿名内部类: 没有名字的内部类，通常用于创建接口或抽象类的实例。

二、类的使用场景

类作为面向对象编程的基础，几乎在所有 Java 程序中都有广泛的应用。以下是一些典型的使用场景：

对现实世界实体进行建模 (Modeling Real-World Entities):
- 这是面向对象编程最核心的应用。类可以用来表示现实世界中的各种事物，例如：
  - Person: 表示一个人，包含姓名、年龄、性别等属性，以及吃饭、睡觉、工作等行为。
  - BankAccount: 表示银行账户，包含账户号、余额等属性，以及存款、取款、查询余额等行为。
  - Product: 表示商品，包含商品名称、价格、库存等属性，以及添加到购物车、购买等行为。
  - Order: 表示订单，包含订单号、下单时间、商品列表、总金额等属性，以及支付、取消、发货等行为。
创建自定义数据类型 (Creating Custom Data Types):
- Java 提供了基本数据类型（例如 int, double, boolean）和内置引用类型（例如 String, Array），但这些类型可能无法满足所有需求。
- 类可以用来创建自定义的数据类型，将相关的数据和操作封装在一起。
- 例如，你可以创建一个 Point 类来表示二维平面上的一个点，包含 x 和 y 坐标，以及计算距离、移动等方法。
实现抽象数据类型 (Implementing Abstract Data Types - ADTs):
- 抽象数据类型 (ADT) 是一种数学模型，它定义了一组数据以及对这些数据的操作，但不关心具体的实现细节。
- 类可以用来实现各种 ADT，例如：
  - 栈 (Stack): push(), pop(), peek(), isEmpty()
  - 队列 (Queue): enqueue(), dequeue(), peek(), isEmpty()
  - 链表 (Linked List): add(), remove(), get(), size()
  - 树 (Tree): insert(), delete(), find(), traverse()
  - 图 (Graph): addVertex(), addEdge(), removeVertex(), removeEdge(), findPath()
作为工具类 (Utility Classes):
- 工具类通常包含一组静态方法，用于执行一些通用的操作，例如：
  - Math 类： 提供数学运算相关的静态方法。
  - Arrays 类： 提供数组操作相关的静态方法。
  - Collections 类： 提供集合操作相关的静态方法。
  - StringUtils (Apache Commons Lang)： 提供字符串操作相关的静态方法。
- 工具类通常不需要创建实例，因此可以将构造方法声明为 private，防止被实例化。
作为配置类 (Configuration Classes):
- 在 Spring 等框架中，可以使用类来定义配置信息。
- 例如，Spring 的 @Configuration 注解用于标记配置类，@Bean 注解用于定义 Bean。
作为服务类 (Service Classes):
- 在分层架构中，服务类通常负责处理业务逻辑。
- 服务类通常包含一组方法，用于执行特定的业务操作。
作为数据访问对象 (Data Access Objects - DAOs):
- DAO 负责与数据库或其他持久层进行交互。
- DAO 通常包含一组方法，用于执行 CRUD (Create, Read, Update, Delete) 操作。
作为控制器 (Controllers):
- 在 MVC (Model-View-Controller) 架构中，控制器负责接收用户请求，调用模型处理数据，并选择视图呈现结果。
- 例如，Spring MVC 中的 @Controller 注解用于标记控制器类。

三、最佳实践和注意事项

单一职责原则 (Single Responsibility Principle): 一个类应该只有一个引起变化的原因。每个类应该只负责一项主要功能。
开闭原则 (Open/Closed Principle): 类应该对扩展开放，对修改关闭。尽量通过添加新的类或接口来扩展功能，而不是修改现有的类。
里氏替换原则 (Liskov Substitution Principle): 子类应该能够替换父类，并且程序的行为不会发生改变。
接口隔离原则 (Interface Segregation Principle): 不应该强迫客户端依赖于它们不需要的接口。应该将大的接口拆分成更小的、更具体的接口。
依赖倒置原则 (Dependency Inversion Principle): 高层模块不应该依赖于低层模块，两者都应该依赖于抽象。抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。
封装： 将类的属性声明为 private，并提供 getter 和 setter 方法来访问和修改属性。
继承： 谨慎使用继承，避免过度继承。优先使用组合 (Composition) 而不是继承。
多态： 充分利用多态的优势，编写更通用、更灵活的代码。
接口： 面向接口编程，而不是面向实现编程。
命名规范： 遵循 Java 的命名规范，类名使用 PascalCase，方法名和变量名使用 camelCase。
注释： 编写清晰、简洁的注释，解释类的作用、方法的功能、参数的含义、返回值的含义等。使用 Javadoc 风格的注释，可以自动生成 API 文档。
测试： 对类进行单元测试，确保类的功能正确、稳定。