JAVA入门笔记6 —— 类和对象初步

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云端FFF 2022-11-22 10:20:08 博主文章分类：java ©著作权

文章标签 java 类和对象成员变量构造方法引用变量 文章分类 后端开发

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参考书：《Java语言程序设计与数据结构（基础篇）》—— 梁勇
参考视频教程：java教程

文章目录

一、类和对象相关概念

1. 面向过程的程序设计
2. 面向对象的程序设计

二、java中类和对象的使用及存储

1. 创建和使用类

（1）创建类
（2）使用类
（3）说明

2. 内存中的存储情况

（1）堆/栈/方法区
（2）静态成员和非静态成员
（3）静态代码块

3. 示例

（1）单一实例的情况
（2）两个同类实例的情况
（3）两个引用变量引用到同一实例的情况

三、类和方法

1. 类作为方法的参数
2. 类作为方法的返回值

四、成员变量和局部变量的区别
五、构造方法
六、一个标准的类（Java Bean）

1. private关键字
2. this关键字
3. Java Bean

七、不可变类

一、类和对象相关概念

1. 面向过程的程序设计

面向过程的程序 = 算法+数据结构
程序由全局变量和函数构成，用函数操作数据结构
不足：

函数和其操作的数据结构没有直观的联系，程序长了之后，难以直接看出

某个数据结构有哪些函数可以对它操作操作
某个函数到底是操作哪些数据结构的
任意两个函数间存在怎样的调用关系？

没有“封装”和“隐藏”的概念，要访问某个数据结构中的某个变量，可以直接访问。当变量定义变化时，就必须找到所有调用处修改，难以检查哪个函数导致错误
难以进行代码重用

C语言就是典型的面向过程编程语言，只能用面向过程的思想进行开发

2. 面向对象的程序设计

面向对象的程序 = 类+类+…+类
设计方法：

把某类事物的客观属性（共同特点）归纳出来，形成一个数据结构（可以用多个变量描述事物的属性）
把这类事物能进行的行为也归纳出来，形成一个个函数，用于操作数据结构（这一步叫抽象）
然后通过某种语法形式，把数据结构和操作此结构的函数捆绑到一起，形成一个类，从而将数据结构和函数紧密联系起来（这步叫封装）
类相当于一个模板，对象是类的实例，可以从一个类构造多个实例（对象）

抽象的结果：成员变量和成员方法

成员变量：描述对象的状态/属性，由数据域及其值表示
成员方法：描述对象的行为，由方法定义

基本特点：抽象、封装、继承、多态
java是典型的面向对象编程语言，支持面向对象的程序开发

二、java中类和对象的使用及存储

1. 创建和使用类

（1）创建类

java中通过class关键字创建类，在类中直接定义成员变量和成员方法，注意成员变量放在成员方法外边
类可以嵌套定义

内部类：在一个类中定义的类，称为内部类（参考：浅谈Java内部类）
外部类：和内部类相对应的，不在其他类内部定义的类称为外部类

一个.java源码文件中可以定义多个类，但只能有一个public类，且文件名必须和此public类同名

如Demo.java中必须有且只有一个public公共类，且它叫Demo
编译时，java编译器把每一个类都单独生成一个.class文件

通常，我们使用IDE开发java程序时，会把每个类单独放在一个同名.java文件中
默认值：创建类后，类的成员变量会有一个默认值，规则和数组一样

（2）使用类

使用类的一般步骤：

导包，指出需要使用的类在什么位置，对于和当前类在同一个包的情况，可以省略导包语句
```
import 包名称.类名称

//cn.itcast.day01.demo01是包名，Student是类名
import cn.itcast.day01.demo01.Student
```

创建实例（对象）：

类名称 对象名 = new 类名称();
Student stu = new Student();

使用

使用成员变量：对象名.成员变量名
使用成员方法：对象名.成员方法名(参数列表)

类对象是一种引用数据类型，类似C的指针指针类型，可以进行以下操作

类名 引用变量名 = new 构造函数(参数表); //简化写法
类名 引用变量名;             //创建引用变量
引用变量名 = new 构造函数(参数表);    //创建对象并给引用变量赋值
引用变量名_1 = 引用变量名_2;        //"引用变量名_1" 指向 "引用变量名_2" 指向的对象

有时候，对象创建后不需要引用访问，这时可以不把他赋给某个引用变量，这样创建的对象叫匿名对象
```
System.out.print(new Circle(5).getArea());  //这里的Circle对象就是匿名对象
```
匿名数组就是匿名对象的一种，使用匿名对象的策略仅仅就是创建、初始化、应用，因为它没有任何名字因此没法重用它

（3）说明

关于引用变量赋值和垃圾回收

假设有两个引用变量C1、C2，C1 = C2; 会使C1指向C2指向的对象，这时如果原来C1指向的对象没有其他引用变量引用了，那个对象就会成为不可访问的，会自动被java垃圾回收机制回收。关于对象的存储详见下文
如果要消除某个对象，可以给引用它的引用变量赋值null，这样它就会被自动回收

2. 内存中的存储情况

和String或数组相同，类对象是一种引用数据类型，这类似C中的指针类型，其存储的是一个地址值。创建类对象时，在堆区创建类对象，在栈区创建类对象变量，对象变量本质上存储着堆区对象的地址。如果堆区的某个类对象没有任何引用变量指向它，就会被垃圾回收机制自动回收

（1）堆/栈/方法区

JAVA的JVM的内存可分为3个区：堆(heap)、栈(stack)和方法区(method)

堆区：

存储的全部是对象，每个对象都包含一个与之对应的class的信息。(class的目的是得到操作指令)
jvm只有一个堆区，被所有线程共享，堆中不存放基本类型和对象引用，只存放对象本身
通过new关键字，在堆区创建对象

栈区：

每个线程包含一个栈区，栈中只保存基础数据类型的对象和自定义对象/引用数据类型的引用。例如String str = "12345";这行代码，它在栈区创建了一个引用str，在堆区创建了一个String对象"12345"，并且把str引用到它
每个栈中的数据(原始类型和对象引用)都是私有的，其他栈不能访问。
栈分为3个部分：基本类型变量区、执行环境上下文、操作指令区(存放操作指令)。

方法区：

又叫静态区，跟堆一样，被所有的线程共享。方法区包含所有的class和static变量。
JDK8之前，由永久代实现，主要存放类的信息、常量池、方法数据、方法代码等；JDK8之后，取消了永久代，提出了元空间，并且常量池、静态成员变量等迁移到了堆中；元空间不在虚拟机内存中，而是放在本地内存中。

（2）静态成员和非静态成员

通过static关键字可以设置类成员为静态的

成员变量
1. 非静态成员变量（实例变量）：是属于类的实例的，在jvm加载类的字节码文件到方法区时不创建，只有在类实例创建时才在堆区一起创建。每个类实例中只能直接访问到自己的成员变量，不能直接访问其他同类实例中的同名变量。在使用时，只能通过实例名.变量名的方式使用
2. 静态成员变量（类变量）：是属于类的，在jvm加载类的字节码文件到方法区时即创建，早期（jdk8之前）是放在方法区的，后来改为存放在堆区。所有类的实例中都可以直接访问到类的非静态成员变量，并能对其进行修改。使用时，可以实例名.变量名这样访问，也可以通过类名.变量名的方式使用它，而不需要创建对象。
成员方法
1. 非静态成员方法（实例方法）：在jvm加载类的字节码文件到方法区时，类的实例方法并不分配入口地址，只有当我们创建对象时，类的实例方法才会被分配访问地址。在创建类的第一个对象时，类的实例方法的入口地址就会被分配，之后再创建此对象时不再给实例方法的分配新的地址，而是共享第一个对象被创建时分配的实例方法的入口地址，并且，只有当类的最后一个实例对象被销毁时才会将地址回收。类似实例变量，只能用实例名.方法名()形式使用
2. 静态成员方法（类方法）：在jvm加载类的字节码文件到方法区时，类方法就会被分配入口地址，所以类方法的入口地址分配比实例方法要早。类似实例变量，可以用实例名.方法名()或类名.方法名()两种形式使用

（3）静态代码块

静态代码块是类中使用static关键字修饰的代码块。
格式

public class 类型名{
  static {
    // 静态代码块内容
  }
    
  // 构造方法....
  // 成员方法....
}

特点：

第一次用到本类时，静态代码块执行唯一的一次
静态内容总是优先于非静态内容，所以静态代码块优先于构造方法执行

主要用途：一次性地对静态成员变量进行赋值，在涉及jdbc时，静态代码块很有用

3. 示例

（1）单一实例的情况

在package cn.itcast.day01.demo02中建立一个Phone类

package cn.itcast.day01.demo02;

public class Phone {
    String brand;   //品牌
    double price;   //价格
    String color;   //颜色

    public void call(String who){
        System.out.println("给"+who+"打电话");
    }

    public void sendMessage(){
        System.out.println("群发短信");
    }
}

在同一个package cn.itcast.day01.demo02中建立一个DemoPhone类，其中包含main方法。由于和Phone类在同一个package中，所以不需要导包

package cn.itcast.day01.demo02;

public class DemoPhone {
    public static void main(String[] args) {
        Phone one = new Phone();
        System.out.println(one.brand);  //null
        System.out.println(one.price);  //0.0
        System.out.println(one.color);  //null

        one.brand = "苹果";
        one.price = 8388.0;
        one.color = "黑色";

        System.out.println(one.brand);  //苹果
        System.out.println(one.price);  //8388.0
        System.out.println(one.color);  //黑色

        one.call("乔布斯");        //给乔布斯打电话
        one.sendMessage();      //群发短信
    }
}

内存示意图如下

JAVA入门笔记6 —— 类和对象初步_引用变量

可见

类信息存储于方法区；类实例存储于堆区；
在运行过程中，每次方法调用会在栈区建立一个栈帧，程序转至此栈帧运行，方法运行完毕后其栈帧弹出
类的实例变量保存的是堆中类对象的地址，从而可以通过实例变量引用到对象

（2）两个同类实例的情况

修改DemoPhone，增加一个同类实例，如下

package cn.itcast.day01.demo02;

public class DemoPhone {
    public static void main(String[] args) {
        Phone one = new Phone();
        
        one.brand = "苹果";
        one.price = 8388.0;
        one.color = "黑色";

        System.out.println(one.brand);  //苹果
        System.out.println(one.price);  //8388.0
        System.out.println(one.color);  //黑色

        one.call("乔布斯");    //给乔布斯打电话
        one.sendMessage();    //群发短信
        
        //---------------------------------------
        Phone two = new Phone();
        two.brand = "三星";
        two.price = 5999.0;
        two.color = "蓝色";

        System.out.println(two.brand);  //三星
        System.out.println(two.price);  //5999.0
        System.out.println(two.color);  //蓝色

        two.call("哈哈哈");    //给哈哈哈打电话
        two.sendMessage();    //群发短信
    }
}

此时内存示意图如下

JAVA入门笔记6 —— 类和对象初步_java_02

可见，同一个类的多个实例，在第一个实例被创建时给实例方法分配入口地址，之后的其他实例共用同一个入口地址

（3）两个引用变量引用到同一实例的情况

再修改DemoPhone，two不指向和one相同的对象

package cn.itcast.day01.demo02;

public class DemoPhone {
    public static void main(String[] args) {
        Phone one = new Phone();
        
        one.brand = "苹果";
        one.price = 8388.0;
        one.color = "黑色";

        System.out.println(one.brand);  //苹果
        System.out.println(one.price);  //8388.0
        System.out.println(one.color);  //黑色

        one.call("乔布斯");    //给乔布斯打电话
        one.sendMessage();    //群发短信
        
        //---------------------------------------
        Phone two = one;
        two.brand = "三星";
        two.price = 5999.0;
        two.color = "蓝色";

        System.out.println(two.brand);  //三星
        System.out.println(two.price);  //5999.0
        System.out.println(two.color);  //蓝色

        two.call("哈哈哈");    //给哈哈哈打电话
        two.sendMessage();    //群发短信
    }
}

此时内存示意图如下

JAVA入门笔记6 —— 类和对象初步_构造方法_03

三、类和方法

1. 类作为方法的参数

java中只有一种传参数方法：值传递
对于引用型变量（String/数组/类对象…）等，传递的是地址值
示例

JAVA入门笔记6 —— 类和对象初步_类和对象_04

这个示例中，我们假设堆中类对象的地址为0x666，在main方法中创建的对象变量one保存了0x666这个地址，从而可以引用到堆中的对象。当one作为实参传入方法method时，由于是值传递，形参param也保存了0x666，从而可以访问到堆中的对象

2. 类作为方法的返回值

java中只有一种传返回值方法：值传递
对于引用型变量（String/数组/类对象…）等，传递的是地址值
示例

JAVA入门笔记6 —— 类和对象初步_类和对象_05

这个示例中，我们假设堆中类对象的地址为0x666，在getPhone方法中创建的对象变量one保存了0x666这个地址，从而可以引用到堆中的对象。当one作为返回值赋值给main方法中的对象变量two时，由于是值传递，two也保存了0x666，从而可以访问到堆中的对象

四、成员变量和局部变量的区别

定义的位置不同
1. 局部变量：在方法内部
2. 成员变量：在方法外部，直接写在类中。类变量只能声明一次，但在类方法中可以出现和类变量同名的局部变量（可以是多个），且方法中局部变量优先
作用范围不一样
1. 局部变量：只有方法内部可以使用，出了方法就不能用了
2. 成员变量：整个类全部可以通用
默认值不一样
1. 局部变量：没有默认值，如果要想使用，必须手动赋值
2. 成员变量：有默认值，规则和数组一样
内存位置不一样
1. 局部变量：栈内存
2. 成员变量：堆内存
生命周期不一样
1. 局部变量：随着方法进栈而诞生，随着方法出栈而消失
2. 成员变量：随着对象创建而诞生，随着对象回收而消失

五、构造方法

构造方法是专门用来创建对象的方法，在用new创建对象时，就是在调用构造方法
格式：

public 类名称(参数列表){
  方法体
}

注意：

构造方法的名称必须和所在类的名称完全一样（包括大小写）
构造方法不要写返回值类型（void也不要写），且方法中不能有return
如果没有手动写出构造方法，编译器会隐式定义并使用空构造方法，称为默认构造方法，形如public 类名称(){}，它什么也不做
一旦编写了至少一个构造方法，编译器不会生成使用空构造方法了
构造方法可以进行重载

六、一个标准的类（Java Bean）

1. private关键字

使用private关键字修饰的成员成为类的私有成员，在本类中可以随意访问，但在类外不能通过示例名,成员名的形式直接访问了
对于每个私有成员变量，定义一对setter和getter方法，间接对其进行设置和访问。
- 通过这种方式，可以对数据进行一些检查和预处理，可以提高代码的安全性
- 一般将setter和getter方法命名为getXxx()和setXxx()。对于boolean，其getter方法一般命名为isXxx()

示例

定义一个person类

package cn.idcast.day04.demo03;

public class Person {
    String name;
    private int age;    // 私有成员

    public void show(){
        System.out.println("我叫"+name+",年龄"+age);
    }

    // 定义一对getter和setter方法，设置/获取私有成员
    public void setAge(int num) {
        if(num<100 && num>=0)     // 在setter中，可以对数据进行检查
            age = num;
        else
            System.out.println("数据不合理");
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }
}

在main方法中，通过setter和getter处理私有成员变量

package cn.idcast.day04.demo03;

public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();

        person.name = "Bill";
        person.setAge(-20);
        person.show();
    }
}

2. this关键字

this是一个对象用来引用自身的引用名，可以引用对象的属性和方法
通过谁调用的方法，谁就是this。比如在main中有Person类实例student，执行student.setAge()调用时，setAge()方法内部的this就指代student（他们保存了同一个堆中Person类对象的地址）
this的使用场景

this通常可以省略

//假设有属性 private radius;
this.radius = 1;  //等价于radius = 1;

当方法的局部变量和类的成员变量同名时，根据 “就近原则” ，优先使用局部变量。如果要在方法中访问同名的类成员变量，可以通过this.成员变量名的形式
```
// 假设有属性 private radius;
public void setR(int radius)
{
  this.radius = radius; //this.radius引用了类属性
}
```

this用来调用同一个类的其他构造方法

public class Circle
{
  private double r;

  //构造函数1
  public Circle(double r) 
  {
    this.r = r;
  }
  
  //构造函数2
  public Circle()   
  {
    this(1.0);  //  这里调用了构造函数1
    ...     // java要求，构造方法中的this(arg-list)调用应在其他可执行语句前出现，所以其他指令...应在这里
  }
}

当一个类有多个构造方法时，推荐手动实现参数最多的构造，其他参数少的构造用this调用参数最多的来实现

3. Java Bean

一个标准的类应该包含以下四个部分
1. 所有成员变量使用private关键字修饰
2. 每个成员变量编写一对setter和getter方法
3. 编写一个无参数构造方法
4. 编写一个全参数构造方法
这样的一个标准类称为Java Bean
在IntelliJ IDEA环境中，写完成员变量后，可以通过菜单栏code -> Generate自动生成getter和setter以及构造方法Constructor