清华面向对象程序设计第章.ppt

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1、第3章,抽象与封装,3.1 抽象与封装的实现技术,实现抽象和封装 类和对象 一个对象包含了若干个成员变量和成员方法，它是现实世界中特定实体在程序中的具体体现。其中，成员变量反映实体的属性状态，成员方法反映实体具有的行为能力，这些内容的规格描述将由类承担，类是对具有类似特征的对象的抽象说明，对象是类的实例。,对象体的构成,成员方法,3.2 类,3.2.1 类的定义 Java语言中, 类主要有两个来源途径 Java类库 用户自定义的类 所有的类都是Object类的子类。如果在自定义类 时，没有写明父类，则默认的父类为Object。从严 格意义上讲,Java程序中定义的所有类都是子类。,最简单的类定

2、义格式为,class ClassName ClassBody /类体 class为关键字，ClassName为定义的类名称 ClassBody为类体，包含成员变量、成员方 法、类、接口、构造方法、静态初始化器,类的UML表示,一个类的UML图形表示如图,一个Box类的UML表示,BOX类的UML表示,Box类的定义,public class Box int long,width, height; void setLong(int longValue)long=longValue; void setWidth(int widthValue)width=widthValue; void setHe

3、ight (int heightValue) height = heightValue; void setBox(int longValue,int widthValue,int heightValue) long=longValue; width=widthValue; height = heightValue; int getLong()return long; int getWidth()return width; int getHeight ()return height; ,成员变量和成员方法两种形式,实例变量和实例方法 每个变量和方法惟一地与一个对象相关联，即 在创建某个对象时，同

4、时为每个对象创建所有实例 变量的副本，关联所有的实例方法 类变量和类方法（后续章节）,类的嵌套定义,class OutClass /顶层类 int conut; class InClass /内部类 void printConut ()System.out.println(“conut: “+(+ conut); void createInObject() InClass in=new InClass(); /引用内部类 in.printConut (); ,类的嵌套定义,public class TestInClass /用于测试内部类应用的类 public static void main

5、(String args) OutClass outObj=new OutClass(); /创建外部类对象 outObj.createInObject(); /调用创建内部类的成员方法 OutClass.InClass inObj=outObj.new InClass(); /在外 部创建内部类对象 inObj.printConut (); ,运行结果： conut:1 conut:2,JAVA类的存储,有两种存储方式： 一种是将两个类定义存放在一个文件中 另一种是将两个类分别存放在两个不同的文件中 不管类定义的源代码是多个类存放在一个文件中，还是 一个类存放在一个文件中，编译后都将一个类生

6、成一个 字节码文件，且文件名的前缀为类名，后缀为.class,含有属于另外一个类的成员变量的典型例子,class Date int year,month,day; /描述年、月、日的三个成员变量 void setYear(int y)year=y; void setMonth(int m)month=m; void setDay(int d)day=d; void setDate(int y,int m,int d) year=y; month=m; day=d; int getYear()return year; int getMonth()return month; int getDay(

7、)return day; ,Book类定义,class Book /书籍类 String name; String author; Date publishDate; float price; /其他一些成员变量 /成员方法 Date是描述日期的类，Book是描述书籍的类。在Book类 中，设一个表示出版日期的成员变量，它属于Date类。,Book类与Date类关系,可以将这两个类看成具有“整体-部分”的关系。即 Book类是由Date类对象和一些其他类型的成员变量 组合而成的，它们共同地反映了书籍信息。下面是 这种关系的UML图形符号：,3.2.2 成员变量的定义与初始化 实例变量的定义 M

8、odifiers DataType MemberName; Modifiers： 修饰符,决定成员变量的存储方式和访问权限 DataType: 成员变量的类型 MemberName：是成员变量的名称,初始化实例变量主要有5个途径 每个数据数据类型有默认的初始值 可以在定义的同时赋予相应的初值 在一个成员方法中,为每个实例变量赋值 在类的构造方法中实现初始化实例变量 利用初始化块对成员变量进行初始化,初始化块、构造方法初始化成员变量,class Point int x,y; /初始化块 x=10; y=20; System.out.println(“Point initialization bl

9、ock“); Point(); /无参数的构造方法 Point(int dx,int dy) /带两个参数的构造方法 x=dx;y=dy; System.out.println(“Point construct method“); ,3.2.3 成员方法的定义 成员方法主要承担外部操作对象属性的 接口任务。在一个类中，至少应该包含对类 中的每个成员变量赋值，获取每个成员变量 的当前值等功能的一系列成员方法。 成员方法也包含静态（static）和非静态 两种形式，分别被称为类方法和实例方法。,实例方法,定义格式为： Modifiers ResultType MethodName(paramete

10、rList) throws exceptions MethodBody Modifiers : 修饰符 ResultType: 方法返回类型 MethodName: 方法名称 parameterList:参数列表 throws exceptions: 列出方法能够抛出的异常种类,时间类Time的定义,public class Time /时间类 int hour, minute, second; /时、分、秒 void setTime(int h,int m,int s) /设置时间 hour = (h0)? 0: h%24; minute=(m0):0;m%60; second=(s0):0

11、;s%60; int getHour()return hour; /返回时 int getMinute()return minute; /返回分 int getSecond()return second; /返回秒 ,成员方法中处理的数据主要来源途径,传递给成员方法的参数 类中的成员变量，包括实例变量和类变量 在方法体内定义的局部变量 在方法中调用其他成员方法所得到的返回值,3.2.4 成员方法的重载 重载 在一个类中，同一个名称的成员方法可 以被定义多次的现象 。,一个成员方法重载的例子 在Time类，我们又增加了一个设置时间的成员 方法，但这个成员方法的参数属于String类，时间 将以“

12、12:04:35”的格式传递给该成员方法。 class Time int hour, minute, second; void setTime(int h,int m,int s) /参数为三个int变量 hour = (h0)? 0: h%24; jinute=(m0)?0:m%60; second=(s0)?0:s%60; ,void setTime(String time) /参数为一个String类对象 hour= Integer.parseInt(time.substring(0,1); hour=hour0?0:hour%24; minute= Integer.parseInt(t

13、ime.substring(3,4); minute=minute0?0:minute%60; second= Integer.parseInt(time.substring(6,7); second=second0?0:second%60; int getHour()return hour; int getMinute()return minute; int getSecond()return second; /end of class Time,public class TestTime /测试类 public static void main(String args) Time t=ne

14、w Time(); /创建Time对象 t.setTime(“13:04:20“);/调用参数为String 的setTime()方法 System.out.println(t.getHour()+“:“+t.getMinute()+“:“+ t.getSecond(); t.setTime(20,30,38); /调用参数为三个int的setTime()方法 System.out.println(t.getHour()+“:“+t.getMinute()+“:“+ t.getSecond() 将上面这两个类定义存储在一个文件名为TestTime.java中。经过编译 生成Time.class

15、和TestTime.class 运行的结果为： 13:4:20 20:30:38,3.2.5 构造方法 构造方法 在构造类对象时使用的一种特殊的成员方 法，其主要作用是初始化成员变量。 构造方法的定义格式为： public ClassName (parameterList) public：控制访问权限的修饰符 ClassName：类名称 parameterList：参数表,简单的例子 class Point int x,y,; Point(int dx,int dy)x=dx;y=dy; /其他的成员方法 构造方法Point(int dx,int dy)仅对两个成员 变量x和y赋予了初值。在利

16、用new运算符创建Point 类对象时，系统会自动地调用这个构造方法，实现 对实例变量初始化，而不需要用户显式地调用它。,构造方法的重载,public class Time int hour, minute, second; Time(int h,int,m,int s) /含有三个int类型参数的构造方法 Time(long time) /含有一个long类型参数的构造方法 Time(String time) /含有一个String类参数的构造方法 void setTime(int h,int m,int s) int getHour() int getMinute() int getSec

17、ond() 在这个类中，有三个构造方法，它们的参数表均不相同。 这样，就可以用三种不同形式的参数创建并初始化对象。,默认构造方法,如果在定义类的时候，没有定义任何构造 方法，系统将提供一个参数表为空的默认构 造方法。在这个默认的构造方法的方法体 中，只有一个调用父类无参数构造方法的语 句super()。,例如： public class Point int x,y; ; /其他的成员方法 等价于 public class Point int x,y; public Point() super(); ; /其他的成员方法 ,3.3 对象,对象是对现实世界中实体进行抽象的结 果，现实世界中的任何实

18、体都可以映射成对 象，而解决问题的过程就是对对象分析、处 理的过程。从面向对象程序设计的观点看， 程序是由有限个对象构成的，对象是程序操 作的基本单位。所谓程序运行，就是对象之 间不断地发送消息及响应消息的过程。,3.3.1 对象的创建 声明对象的语法格式为： ClassName objectName,objectName; 例如： Date dateObject; Time timeObject1，timeObject2;,new运算符,new运算符主要完成的操作: 一为对象分配存储空间 二根据提供的参数格式调用与之匹配的构造方法 创建对象的格式为： new ClassName (param

19、eterList) ClassName：对象所属的类名称 parameterList：创建对象时提供的参数 例如：dateObject=new Date(2003,5,23,10,34,56),3.3.2 对象成员的使用 对象创建后，就可以在对象之间相互发送 及响应消息，以便驱动程序的运作。在Java语 言中，所谓对象发送消息就是发出调用自身或 其他类对象的成员方法的命令，所谓对象响应 消息就是具体地执行上述的调用命令。,在对对象操作时，可能会引用成员变量 或调用成员方法。下面是引用成员变量和调 用成员方法的语法格式。 objectName.memberVariableName objectN

20、ame.memberMethodName(parameterList) 调用对象成员方法实际上就是向该对象发 送请求操作的消息,例 3.3.1 对象作为数组元素,class ScoreClass /成绩类 int No; /学号 int score; /成绩 ScoreClass() /无参数的构造方法 No=1000; score=0; ScoreClass(int n,int s) /有两个参数的构造方法 No=n; score=s; void setInfo(int n,int s) /设置成绩 No=n; score=s; int getNo()return No; /获取学号 int

21、 getScore()return Score; /获取成绩 ,public class ScoreTest /测试类 public static void main(String args) ScoreClass student=new ScoreClass10; /声明并创建一维数组 for (int i=0;i10;i+) studenti=new ScoreClass(1000+i,(int)(Math.random()*100); /创建对象 for (int i=0;i10;i+) System.out.println(studenti.getNo()+“t“+studenti.g

22、etScore(); 可见，如果数组元素为对象，需要经过下面几个操作步骤： 首先要利用new运算符创建数组。此时，每个数组元素为null引用。 再利用循环结构，为每个数组元素创建对象。 通过引用成员变量或调用成员方法对数组中每个对象进行操作。,例 3.3.2 类中的成员变量为对象,class Point /点坐标 int x,y; /x、y坐标 Point() x=0;y=0; Point(int dx,int dy)x=dx;y=dy; void setXY(int dx,int dy)x=dx;y=dy; /设置x、y int getX()return x; /返回x int getY()

23、return y; /返回y public String toString() /将坐标信息转换成String形式 return “(“+x+“,“+y+“)“ ; ,class Rect /矩形类 Point leftTop,rightBottom; /矩形左上角坐标,右下角坐标 Rect() leftTop=new Point(); rightBottom=new Point(); Rect(int x1,int y1,int x2,int y2) leftTop=new Point(x1,y1); rightBottom=new Point(x2,y2); ,Rect(Point lef

24、ttop,Point rightbottom) leftTop=lefttop; rightBottom=rightbottom; Point getLeftTop()return leftTop; /返回左上角坐标 Point getRightBottom()return rightBottom; /返回右下角坐标 public String toString() /将矩形信息转换成String形式 return leftTop.toString()+rightBottom.toString(); /end of class Rect,public class RectTest /测试类 p

25、ublic static void main(String args) Rect r1,r2,r3; Point p1,p2; r1=new Rect(10,20,30,40); p1=new Point(); p2=new Point(100,100); r2=new Rect(p1,p2); System.out.println(“r1:“+r1.toString(); System.out.println(“r2:“+r2.toString(); ,运行这个程序后，应该得到图所示的结果 通过这个例子，可以看出，对于含有成员对象的 类，首先要创建每个成员对象，然后才能对其进行 操作。建议最

26、好将它们放置在构造方法中实现。,3.3.3 对象的清除 创建对象的主要任务是为对象分配存储空 间，而清除对象的主要任务是回收存储空 间。为了提高系统资源的利用率，Java语言 提供了“自动回收垃圾”的机制。即在Java程 序的运行过程中，系统会周期地监控对象是 否还被使用，如果发现某个对象不再被使 用，就自动地回收为其分配的存储空间。,3.4 访问属性控制,定义的每一个类和接口，以及其中的每一 个成员变量和成员方法都存在是否可以被他 人访问的访问属性。不同的访问属性，标识 着不同的可访问性。所谓可访问性是一种在 编译时确定的静态特性。在Java语言中，也 正是利用访问属性机制实现数据隐藏，限制

27、 用户对不同包和类的访问权限。,4种访问属性,默认访问属性 public（公有）访问属性 private（私有）访问属性 protected（保护）访问属性,为类、接口、成员变量和成员方法指定 访问属性的格式为： public|private|protected ClassName; public|private|protected memberVariableName; public|private|protected emberMethodName(parameterList); 由于除默认访问属性外，指定其他三种访 问属性需要写在定义之前，所以，又将它们 称为修饰符。,3.4.1 默认访

28、问属性 如果在定义类、接口、成员变量和成员方 法时没有指定访问修饰符，它们的访问属性 就为默认访问属性。具有默认访问属性的 类 、成员变量和成员方法，只能被本类和同 一个包中的其他类、接口及成员方法引用。,3.4.2 public访问属性 拥有public访问属性的类、接口、成员 变量、成员方法可以被本类和其他任何类及 成员方法引用。它们既可以位于同一个包 中，也可以位于不同包中。,例 3.4.1不同包之间的类访问,下面定义的三个类Point、Line和Test分别放在两个 不同的包中。其定义如下： package PointPackage; /将Point和Line类放入PointPacka

29、ge包 public class Point public int x,y; public void move(int dx,int dy)x+=dx;y+=dy; /其他的成员方法 ; ,class Line Point start,end; Line() start=new Point(); end=new Point(); public setLine(Point p1,Point p2) /其他的成员方法 ; 将Point和Line类定义保存为Point.java文件。,package PointsUser; /将Test类放入PointsUser包 import PointPacka

30、ge.*; /加载PointPackage包中的Point和Line类 public class Test public static void main(String args) Point p=new Point(); System.out.println(p.x+“ “+p.y); 将这个类定义保存为Test.java文件。,3.4.3 private访问属性 数据隐藏是面向对象的程序设计倡导的设计思 想。将数据与其操作封装在一起，并将数据的组织 隐藏起来，利用成员方法作为对外的操作接口，这 样不但可以提高程序的安全性、可靠性，还有益于 日后的维护、扩展和重用。将类定义中的数据成员 设置

31、为private访问属性是实现数据隐藏机制的最 佳方式。 private访问属性可以应用于类中的成员，包括 成员变量、成员方法和内部类或内部接口。具有 private访问属性的成员只能被本类直接引用。,3.4.4 protected访问属性 具有protected访问属性的类成员可以被 本类、本包和其他包中的子类访问。它的可 访问性介于默认和public之间。如果你希望 只对本包之外的子类开放，就应该将其指定 为protected访问属性。,归纳上述4种不同的访问属性，可以将各 种访问属性的可访问权限总结在表中:,3.5 静态成员,3.5.1 类变量的定义及初始化 在类中定义成员变量时，如果在

32、访问属性修饰 符之后，加上static修饰符，它们就属于静态成 员。例如： public static int staticMember; 静态成员变量只在加载类时创建一个副本，不 管未来创建多少个这个类的对象，都将共享这一个 副本 。,类变量的引用 由于类被加载后，就立即创建类变量，所以即 使在该类没有创建一个对象的时候，类变量也已经 存在。若在此时引用类变量，就只能用类名作为前 缀。如果创建了该类的对象，则既可以通过类名引 用类变量，也可以通过对象名引用类变量。 类变量不能在构造方法中初始化。因为构造方 法只有在创建对象时才被调用，而类变量在没有创 建对象之前就已经存在，并可以被引用；另外

33、每创 建一个对象，构造方法就要被调用一次，而类变量 应该只被初始化一次。,类变量的初始化器 又称为静态变量初始化器来实现初始化。类变 量初始化器应该位于类定义中，其语法格式为： static / 类变量初始化 ,构造方法与类变量初始化器 （1）构造方法用来初始化对象的实例变量，而类 变量初始化器用来初始化类变量； （2）构造方法在创建对象，即执行new运算时由系 统自动地调用，而类变量初始化器是在加载类时被 自动地执行； （3）构造方法是一种特殊的成员方法，而类变量 初始化器不是方法。,3.5.2 类方法 类方法也属于类。在类方法中，只能对该方法 中的局部变量或类变量进行操作，而不能引用实例

34、变量或调用实例方法。 如果希望将一个成员方法定义成类方法，就在 访问属性修饰符之后，加上static修饰符即可。例 如： public static int getMember()return staticMember;,3.6 final、this和null修饰符,final final修饰某个类：意味着这个类不能再作为父类 派生其他的子类 final修饰某个方法：意味着这个方法不能被覆盖 final修饰成员变量：意味着这个成员变量在第一 次被赋值后,不得被二次赋值 final修饰局部变量：在第一次被赋值后，也只能 被引用，不能被二次赋值。,this,this是对象自身的引用型系统变量。当在

35、实例方法中引 用本类的实例成员时，编译器会默认地在实例成员前加上 this作为前缀。 例如构造方法Employee(String n,double s)这样编写 public Employee(String n,double s) name=n; salary=s; id=nextId; ,this,但实际上，编译器会将它改为： public Employee(String n,double s) this.name=n; this.salary=s; this.id=nextId; 通常情况下，对实例成员的引用，编译器都会自动地帮 助你加上this前缀。 若类的构造方法中的参数与类的实例变量

36、命名为相同的 名称，在成员方法中引用的变量名为局部变量，若想引用实 例变量就需要显式地加上this。,null,null是一个直接量，表示引用型变量为空的状 态，通常用来作为引用型变量的初始值。 例如：Employee e=null 当希望一个对象型变量放弃它引用的对象时， 也可以使用null实现。例如： Employee e=new Employee(“Wnag”,2000.0); 若让e放弃它引用的对象，可以写成：e=null。 系统会在适当的时候，自动地回收刚才e引用的对 象所占据的存储空间。,3.7 对象拷贝,拷贝可以通过赋值语句来实现。 对于基本数据类型的变量，赋值操作的含义是 将赋

37、值号右侧表达式的计算结果赋给赋值号左侧的 变量。 对于引用型变量，赋值操作实际上是引用的相 互赋值。,引用变量的赋值 Employee e1,e2; e1=new Employee(“Zhang”,3000); e2=e1; 其执行过程如图：,对象本身内容的拷贝 Java语言中，提供了一种创建对象拷贝的机 制，称为克隆（cloning），它主要有两种方式： 浅拷贝和深拷贝。 浅拷贝是指按照二进制位串进行对象拷贝，新 创建的对象严格地复制原对象的值。 深拷贝是指对象的完全复制。如果对象的某个 成员变量是其他对象的引用，也对所指的子对象依 次进行复制。,Cloneable接口 Cloneable接口用来支持浅拷贝和深拷贝方式的 对象克隆。 如果希望某个类对象具有克隆功能，就应该让这 个类实现Cloneable接口，并对标准Object类的 clone方法进行重载。随后就可以利用类似于下面 的赋值语句进行对象克隆。 e2=(Employee)e1.clone();,3.8 应用举例,在面向对象程序设计中，首要的问题是根 据实际需求，设计出尽可能合理的类以及类 与类之间的关系。这些类可以是直接来源于 标准类库中的标准类；也可以将标准类作为 基类，进一步构造更加能够表示特定问题的 子类。类与类之间主要有“一般-特殊”、“整 体-部分”及关联关系。,