面向对象基础

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面向对象编程基础

1. 对象与类的关系

对象：

对象是一种特殊的数据结构，用于存储一个事物的属性和行为。
通过 new 关键字创建，每个对象独立存在，占用内存空间。

类：

类是对象的模板，定义了对象的属性（成员变量）和行为（方法）。
一个类可以创建多个对象，对象之间数据相互独立。

示例代码：

public class Student {
    // 成员变量（属性）
    String name;
    double chinese;
    double math;

    // 成员方法（行为）
    public void printTotalScore() {
        System.out.println(name + "的总分是：" + (chinese + math));
    }

    public void printAverageScore() {
        System.out.println(name + "的平均分是：" + (chinese + math) / 2.0);
    }
}

2. 对象的内存分配

Java 程序运行时，内存分为三个核心区域：

2.1 方法区（Method Area）

存储内容：
- 类的结构信息（如类名、方法代码、静态变量、常量池）。
- 每个类的 .class 文件加载到内存后，相关信息存放在方法区。
特点：
- 所有线程共享此区域。
- JDK8 后，方法区由元空间（Metaspace）实现，不再使用永久代（PermGen）。

示例：

// Student 类的代码、方法定义等存储于方法区
Student s1 = new Student(); // 类信息已加载到方法区

2.2 堆内存（Heap）

存储内容：
- 对象实例（如 new Student() 创建的对象）。
- 对象的成员变量值（如 name、chinese、math）。
特点：
- 所有线程共享此区域。
- 垃圾回收器（GC）负责管理堆内存的回收。

示例：

Student s1 = new Student(); 
// s1 的实际对象数据存储在堆内存中
// 成员变量 name、chinese、math 的值也存储在堆中

2.3 栈内存（Stack）

存储内容：
- 方法调用的局部变量（如基本类型变量、对象引用地址）。
- 每个线程有独立的栈内存。
特点：
- 方法执行时，栈帧入栈；执行完毕，栈帧出栈。
- 对象引用变量（如 s1）存储的是堆内存中对象的地址。

示例：

public static void main(String[] args) {
    Student s1 = new Student(); // s1 是栈中的引用变量，指向堆内存中的对象
    s1.name = "张三";           // 通过引用修改堆内存中的对象属性
}

3. 内存分配示例解析

以下代码的内存分配过程：

Student s1 = new Student();
s1.name = "张三";
s1.chinese = 100;
s1.math = 100;

方法区：
- 加载 Student.class，存储类结构信息（方法定义、静态变量等）。
堆内存：
- 创建 Student 对象实例，分配内存空间。
- 存储 name、chinese、math 的值（如 "张三", 100, 100）。
栈内存：
- 局部变量 s1 存储堆内存中对象的地址（如 0x4f3f5b24）。

内存示意图：

| 内存区域   | 存储内容                                                                 |
|------------|--------------------------------------------------------------------------|
| 方法区     | Student 类的代码、方法 printTotalScore() 和 printAverageScore() 的字节码 |
| 堆内存     | Student对象实例：name="张三", chinese=100, math=100                      |
| 栈内存     | s1 = 0x4f3f5b24（指向堆内存中的对象地址）                                |

4. 对象操作的本质

对象引用：栈内存中的变量存储的是堆内存对象的地址。
成员方法调用：通过对象引用找到堆内存中的对象，再根据方法区中的方法定义执行代码。

示例：

s1.printTotalScore();  
// 1. 通过 s1 的引用地址找到堆中的对象  
// 2. 根据方法区中的方法代码执行逻辑  
// 输出：张三的总分是：200.0

5. 总结

方法区：类的元数据存储中心，所有类的结构信息在此管理。
堆内存：对象的“仓库”，所有对象实例和成员变量值存储于此。
栈内存：方法的“工作台”，存储局部变量和对象引用，生命周期与方法调用绑定。
对象本质：通过栈中的引用操作堆中的实际数据，方法区提供行为支持。

核心原则：

万物皆对象：数据与行为封装在对象中，通过类模板创建。
谁的数据谁处理：对象负责管理自身的数据和行为，实现高内聚。