第3章面向對象（上）《Java基礎案例教程》（第3版）學習目標/Target了解面向對象的相關概念，能夠簡述面向對象、對象和類的概念以及它們之間的關系熟悉面向對象的特性，能夠簡述面向對象的三大特性掌握對象的引用傳遞，能夠簡述對象引用傳遞的概念和機制了解為什么要封裝，能夠簡述封裝的概念和沒有進行封裝可能出現的問題學習目標/Target掌握訪問控制，能夠簡述4種訪問修飾符的訪問權限掌握封裝的實現，能夠正確設置屬性的訪問權限，并能使用getter方法和setter方法為屬性提供公共訪問接口掌握類的定義，能夠自定義Java類掌握對象的創(chuàng)建與使用，能夠創(chuàng)建對象、訪問對象的屬性和方法學習目標/Target掌握構造方法的使用，能夠定義構造方法，并簡述構造方法重載的機制掌握static關鍵字的應用，能夠簡述static關鍵字的作用，并能夠定義和使用靜態(tài)變量、靜態(tài)方法和靜態(tài)代碼塊掌握this關鍵字的應用，能夠簡述this關鍵字的作用，并能使用this關鍵字訪問成員變量、成員方法和構造方法章節(jié)概述/

Summary在軟件開發(fā)領域中，面向對象程序設計（Object-OrientedProgramming，OOP）一直占據著重要的地位，Java被廣泛認可為一種完全意義上的面向對象編程語言。因此，了解面向對象的編程思想對于學習Java開發(fā)至關重要。本章將對面向對象的相關知識進行講解。目錄/Contents0102面向對象概述類與對象0304封裝構造方法05static關鍵字面向對象概述3.13.1面向對象概述常見的程序設計模型分為面向過程和面向對象兩種，面向過程關注的是解決問題的步驟和流程，將問題拆解為一系列的函數或模塊進行處理，強調編程的邏輯流程和函數的調用。面向對象則是把構成問題的事物按照一定規(guī)則劃分為多個獨立的對象，通過對象之間的交互和協(xié)作來解決問題。相比于面向過程，面向對象降低了代碼的耦合性、使程序易于維護和重用。了解面向對象的相關概念，能夠簡述面向對象、對象和類的概念以及它們之間的關系3.1.1面向對象相關概念

先定一個小目標！3.1.1面向對象相關概念213面向對象將現實世界中的事物抽象為對象，每個對象都有自己的特征和行為，通過不同對象之間的交互來完成復雜任務。提供了更高模塊化能力和可維護性。面向對象的思想對象是具體而實際的，具有特征和行為的實體，世間萬物皆可為對象。對象通過封裝將特征和行為捆綁在一起，并對外隱藏實現細節(jié)。對象類是描述對象的特征和行為的模板，它可以看作是對象的抽象。對象是類的具體化。類為對象的特征和行為提供了統(tǒng)一的定義和結構，使他們可以按相同方式進行交互。類熟悉面向對象的特性，能夠簡述面向對象的三大特性3.1.2面向對象的特性

先定一個小目標！3.1.2面向對象的特性在軟件設計過程中，隨著需求的不斷變化和程序復雜度的不斷提高，面向對象為了能更有效地組織和管理代碼，引入了三大關鍵特性—封裝、繼承和多態(tài)。3.1.2面向對象的特性1.封裝封裝是指將對象的特征和行為封裝起來，形成一個獨立的對象，并向用戶暴露操作對象的方法，而不要求用戶知道對象內部的具體實現。這種方式避免了外部對對象直接進行修改，從而提高了程序的安全性和可維護性。例如，將一輛汽車看作一個對象。司機在開車時只需要知道如何啟動、加速、剎車等，不需要了解汽車的內部是如何實現這些功能的。這樣可以防止司機隨意調整汽車內部的零件，從而保證了汽車的安全性。3.1.2面向對象的特性2.繼承繼承是描述類之間關系的一個重要概念，它允許一個類不需要寫任何屬性和方法就可以擁有另一個類的屬性和方法，這種類關系中，前者稱為子類，后者稱為父類。子類除了可以直接使用繼承自父類的屬性和方法，還可以添加自己的特有屬性和方法，或者重寫父類的方法來實現自己的功能。例如，如果有一個交通工具類作為父類，可以派生出“汽車”類和“輪船”類等作為子類。這意味著汽車和輪船都是交通工具，它們繼承了交通工具類的共同特征和行為，同時還擁有自己特有的特征和行為。3.1.2面向對象的特性3.多態(tài)多態(tài)是指同一操作作用于不同的對象，可以產生不同的行為。多態(tài)主要基于繼承和重寫實現，當父類擁有的屬性和方法被多個子類繼承后，子類根據自身的情況對繼承自父類的方法進行重寫，可以表現出不同的行為。例如，同為人類的理發(fā)師和演員，當需要執(zhí)行cut操作時，理發(fā)師的行為是剪發(fā)，演員的行為是停止表演等。不同的對象，所表現的行為是不一樣的。多態(tài)的特性提高了代碼的靈活性和可替換性，使得編程人員可以更加方便地進行代碼的優(yōu)化和擴展。類與對象3.23.2類與對象通過3.1節(jié)的學習，我們已經初步了解了面向對象編程的核心概念—類與對象，它們在Java程序中扮演著至關重要的角色。本節(jié)將詳細講解Java中的類與對象。3.2.1類的定義掌握類的定義，能夠自定義Java類

先定一個小目標！3.2.1類的定義類的成員主要包括成員變量和成員方法。通常將成員變量稱為屬性，用于描述類的特性。成員方法用于描述類的行為。在類中可以根據實際需求定義任意數量（包括0個）的成員變量和成員方法。定義類的格式：[修飾符]class類名{//成員變量[修飾符]數據類型變量名;//成員方法[修飾符]返回類型方法名([參數列表]){}}3.2.1類的定義案例演示下面根據定義類的語法格式定義一個學生類。Student.java源代碼3.2.2對象的創(chuàng)建與使用掌握對象的創(chuàng)建與使用，能夠創(chuàng)建對象、訪問對象的屬性和方法

先定一個小目標！3.2.2對象的創(chuàng)建與使用在Java中，創(chuàng)建類的對象就是實例化該類的過程，通過對象可以訪問并調用類的成員變量和成員方法，從而完成特定的任務。創(chuàng)建對象的過程主要包括兩個步驟：聲明對象和實例化對象。3.2.2對象的創(chuàng)建與使用（1）聲明對象聲明對象是指通過類的名稱和合適的變量名稱來定義對象的類型和名稱。聲明對象的語法格式：類名對象名;對象名使用符合Java標識符的命名規(guī)范的名稱定義即可，一般使用對象代表的實際含義命名3.2.2對象的創(chuàng)建與使用（2）實例化對象對象名=new類名();

對象的引用是指對象所在內存空間的地址值。實例化對象的語法格式如下：實例化對象是指使用關鍵字new來創(chuàng)建一個對象，并為對象分配內存空間，最后將對象的引用賦值給之前聲明的對象名。3.2.2對象的創(chuàng)建與使用Studentstudent=newStudent();除了分開聲明對象和進行實例化的方式，還可以在聲明對象的同時對其進行實例化。例如：創(chuàng)建Student.java文件中的Student對象。原理解析：Studentstudent表示在棧內存中創(chuàng)建了一個Student對象，名稱為student。newStudent()會在堆內存中創(chuàng)建一個對象，該對象中包含多個屬性，如果沒有手動為這些屬性賦初始值，系統(tǒng)會為其分配默認值，同時為Student分配一個地址值。接著把地址值賦給變量student，通過student記錄的地址值可以找到該對象。3.2.2對象的創(chuàng)建與使用Student對象在內存中的存儲形式。3.2.2對象的創(chuàng)建與使用訪問對象的屬性和方法。對象名.屬性//訪問屬性對象名.方法名(參數列表)//訪問成員方法手動為對象的屬性賦值。對象名.屬性=屬性值;3.2.2對象的創(chuàng)建與使用案例演示為了更好地理解對象的創(chuàng)建與使用，下面通過一個案例創(chuàng)建文件Student.java中的Student類的對象，并為對象的屬性賦值，然后調用對象的方法。Example01.java源代碼3.2.2對象的創(chuàng)建與使用運行結果如下圖所示。3.2.3對象的引用傳遞掌握對象的引用傳遞，能夠簡述對象引用傳遞的概念和機制

先定一個小目標！3.2.3對象的引用傳遞在前面關于方法的學習中，傳入的參數都是基本數據類型，它實際上傳遞的是參數的副本或者參數的值，因此在方法內部修改參數的值，并不會影響到原始的值，這種傳遞方式被稱為值傳遞。3.2.3對象的引用傳遞而類是引用數據類型，也就是說類的實例對象在內存中的存儲空間可以被多個棧內存引用。在方法調用中，當把一個對象作為參數傳遞給方法時，實際上傳遞的是對象的引用，也就是對象的內存地址值，這種傳遞方式被稱為對象的引用傳遞。當在方法內部對引用對象進行修改時，原始對象也會受到影響，因為它們指向同一個內存地址。3.2.3對象的引用傳遞為了更好地理解對象的引用傳遞，下面通過一個給員工加薪的案例演示值傳遞和對象的引用傳遞的區(qū)別。引用傳遞值傳遞案例演示Example02.java源代碼3.2.3對象的引用傳遞案例的運行結果如下圖所示。案例演示封裝3.33.3封裝封裝是面向對象的三大特性之一，它是保護數據并提供安全操作的關鍵，深刻理解封裝的思想是構建高質量Java程序的基礎，本節(jié)將詳細講解Java面向對象3.3.1為什么要封裝了解為什么要封裝，能夠簡述封裝的概念和沒有進行封裝可能出現的問題

先定一個小目標！3.3.1為什么要封裝封裝是指隱藏對象的屬性和內部操作的實現細節(jié)，只對外公開接口，以控制對程序中屬性的讀取和修改的訪問級別。這種通過接口訪問數據的方式，可以在不破壞數據完整性的情況下對其進行修改。3.3.1為什么要封裝下面通過一個修改銀行賬戶余額的案例，來演示類在沒有進行封裝的情況下直接修改屬性的值會帶來的問題。Example03.java源代碼案例演示3.3.1為什么要封裝案例運行結果如下圖所示。案例演示3.3.1為什么要封裝分析Example03.java文件中的類沒有進行封裝存在的問題。案例演示缺乏訪問控制導致安全風險。account對象的屬性沒有顯式地添加任何訪問控制權限，此時Java會默認為屬性設置為default訪問權限，表示該屬性可以被同一個包內其他類訪問，而包外的任何類都不能訪問。這種情況下，外部可以直接訪問和修改account對象的屬性。缺乏驗證邏輯。balance屬性允許外部直接修改賬戶余額，這樣設計使得外部可以任意篡改賬戶余額，而不經過合適的驗證和控制。3.3.1為什么要封裝解決方法：案例演示對成員變量的訪問做出限制，不允許外界隨意訪問，只提供公共方法控制外部對屬性的訪問。在方法中引入驗證和控制邏輯確保賬戶余額的數值符合要求。3.3.2訪問控制掌握訪問控制，能夠簡述四種訪問修飾符的訪問權限

先定一個小目標！3.3.2訪問控制在Java中，訪問控制是一種通過訪問修飾符來控制類、方法、變量和構造函數的可見性的機制。Java中的訪問修飾符有四種，分別是public、protected、default、private。3.3.2訪問控制public公共訪問修飾符，具有最大的訪問權限。用public修飾的類、方法和變量，包內和包外的任何類均可以訪問。protectedprivate受保護訪問修飾符。用protected修飾的類、方法和變量，包內的任何類以及包外繼承了該類的子類可以訪問。默認訪問修飾符。默認訪問權限的類、方法和變量，可以被包內的其他類訪問，而包外的任何類都不能對其訪問。私有訪問修飾符。用private修飾的類、方法和變量，只有本類可以訪問，而包內包外的其他類均不能對其訪問。default3.3.2訪問控制四種訪問修飾符的訪問范圍。訪問修飾符同一類中同一包中子類中不同包不同類public√√√√protected√√√–default√√––private√–––3.3.3封裝的實現掌握封裝的實現，能夠正確設置屬性的訪問權限，并能使用getter方法和setter方法為屬性提供公共訪問接口

先定一個小目標！3.3.3封裝的實現類的封裝是指將對象的狀態(tài)信息隱藏在對象內部，不允許外部程序直接訪問對象的內部信息，而是通過該類提供的指定方法實現對內部信息的操作和訪問。實現類的封裝需要進行以下幾個操作。（1）成員變量私有化。將類的成員變量聲明為私有，即使用private修飾，以限制外部類中對成員的直接訪問。3.3.3封裝的實現（2）提供公共訪問方法。為私有成員變量提供公共的訪問方法，通常包括獲取成員變量值的getter方法和設置成員變量值的setter方法。getter方法和setter方法定義格式：//getter方法public返回類型get變量名(){return變量名;}//setter方法publicvoidset變量名(參數類型參數名){this.變量名=參數名;}3.3.3封裝的實現案例演示修改文件Example03，使用private修飾符修飾accountNumber屬性和balance屬性，并為其提供公共訪問方法setter和getter，以此實現類的封裝。Example04.java源代碼3.3.3封裝的實現案例演示案例的運行結果如下圖所示。3.3.3封裝的實現多學一招：實體JavaBean在面向對象編程中，經常需要定義一種用來表示實體對象的Java類，這種類被稱為實體JavaBean，它是數據封裝的一個體現。實體JavaBean的主要目的是用來封裝和操作數據，通常與數據庫中的表或者其他數據源中的記錄相對應。3.3.3封裝的實現實體JavaBean的特點。類中的成員變量都為私有，并且要對外提供相應的getter方法和setter方法。類中必須有一個公共的無參構造方法。類中可以提供帶有參數的構造方法，便于創(chuàng)建對象初始化屬性值。根據具體需求，類中可以添加其他方法，例如，重寫toString()方法等。在實際開發(fā)中，實體JavaBean僅僅用來封裝數據，只提供對數據進行存和取的方法，而對數據的其他處理操作交給其他類來完成，以實現數據和數據業(yè)務處理的分離。多學一招：實體JavaBean【案例3-1】打印購物小票當顧客在超市購物結賬時，收銀員會提供一張購物小票，上面會列出顧客購買的商品數量、單價、小計和總計等購物信息，以供顧客核對。本案例要求編寫一個模擬打印購物小票的程序，收銀員輸入顧客購買商品的種類數后，依次輸入商品名稱、單價和數量。輸入完成后打印購物小票，包括商品的名稱、單價、數量、小計和總計，小計是指某種商品一共所花金額。案例描述【案例3-1】打印購物小票案例效果構造方法3.43.4構造方法在Java中，每個類都有一種特殊的方法，用于創(chuàng)建和初始化對象，這種方法被稱為構造方法，也叫構造器。下面將對Java中的構造方法及相關知識進行講解。3.4.1定義構造方法掌握定義構造方法，能夠在類中定義構造方法

先定一個小目標！3.4.1定義構造方法構造方法的作用：在實例化對象時，為對象的屬性賦值。構造方法的定義格式：[訪問修飾符]構造方法名（[參數列表]）{//構造方法體}3.4.1定義構造方法定義構造方法時的注意事項：訪問修飾符：訪問修飾符可以為Java中四種訪問修飾符的任意一個。返回值類型：構造方法沒有返回值類型，并且不設置void。構造方法名：構造方法的方法名必須與類名相同。參數列表：可選項，參數列表指定了構造方法接收的參數類型和參數名稱。它可以包含0個或任意整數個參數。當參數列表為空時，稱之為無參構造方法；當參數列表包含一個或多個參數時，稱之為有參構造方法。有參構造方法可以在創(chuàng)建對象的同時初始化對象的屬性。3.4.1定義構造方法下面通過一個案例演示Java中構造方法的使用。案例演示Example05.java源代碼3.4.1定義構造方法案例的運行結果如下圖所示。案例演示3.4.2構造方法的重載掌握構造方法的重載，能夠編寫重載的構造方法

先定一個小目標！3.4.2構造方法的重載重載的構造方法具有相同的名稱但參數列表不同。通過重載構造方法，可以實現在創(chuàng)建對象時使用不同的參數進行初始化。下面通過一個創(chuàng)建不同角色的案例演示構造方法的重載。Example06.java源代碼3.4.2構造方法的重載案例的運行結果如下圖所示。3.4.3this關鍵字掌握this關鍵字的應用，能夠簡述this關鍵字的作用，并能使用this關鍵字訪問成員變量、成員方法和構造方法

先定一個小目標！3.4.3this關鍵字在前面的學習中多次使用到了this關鍵字。例如，使用在setter方法中設置屬性值時就用到了this關鍵字。this關鍵字代表當前對象的引用，可以用來訪問當前對象的成員變量、成員方法和構造方法。下面詳細介紹this關鍵字在以上三種場景中的使用3.4.3this關鍵字1.this關鍵字訪問成員變量this關鍵字訪問成員變量的作用：如果方法中存在與成員變量同名的局部變量，在方法中引用變量時，局部變量的作用域會覆蓋成員變量，導致無法直接訪問成員變量。this關鍵字可以用于明確指定訪問的是成員變量，而不是局部變量。this關鍵字訪問成員變量的格式：this.成員變量；3.4.3this關鍵字案例演示下面通過一個案例演示this關鍵字訪問成員變量的使用。Example07.java源代碼3.4.3this關鍵字案例演示案例的運行結果如下圖所示。3.4.3this關鍵字2.this關鍵字調用成員方法this關鍵字訪問成員方法的作用：使用this關鍵字可以在類的成員方法中調用其他成員方法，以完成一些特定的功能。下面通過一個打印書籍信息的案例演示this關鍵字調用成員方法。Example08.java源代碼3.4.3this關鍵字2.this關鍵字調用成員方法案例的運行結果如下圖所示。3.4.3this關鍵字3.this關鍵字調用構造方法this關鍵字調用構造方法的作用：當一個類中有多個構造方法時，可以在一個構造方法中使用this關鍵字調用類中的另一個構造方法，從而避免代碼重復。下面通過一個案例演示this關鍵字調用構造方法。Example09.java源代碼3.4.3this關鍵字3.this關鍵字調用構造方法案例的運行結果如下圖所示。3.4.3this關鍵字3.this關鍵字調用構造方法this關鍵字調用構造方法的注意事項。（1）語法格式：使用this關鍵字調用構造方法的語法格式為“this(參數)”，不能寫成“this.類名(參數)”。（2）調用位置。使用this關鍵字只能在構造方法中調用其他構造方法，而不能在其他成員方法中通過this關鍵字調用構造方法。（3）this()語句的出現位置。在構造方法中，this()語句必須放在第一行，且只能出現一次。3.4.3this關鍵字3.this關鍵字調用構造方法this關鍵字調用構造方法的注意事項。（4）互相調用。不能在一個類的兩個構造方法中使用this關鍵字互相調用。例如右邊程序的寫法是錯誤的。classStudent{Stringname;Stringage;publicStudent(){

this("張三",18);System.out.println("實例化了一個新的Student對象");}publicStudent(Stringname,intage){this();//調用無參構造方法=name;this.age=age;}}【案例3-2】打怪小游戲案例描述本案例要求以一個英雄和怪獸之間的交戰(zhàn)為業(yè)務背景，實現一個打怪小游戲的程序。具體規(guī)則如下。交戰(zhàn)雙方為英雄和怪獸，英雄初始血量為500，英雄每次攻擊傷害在0~100范圍內。怪獸的初始血量為300，怪獸每次攻擊在0~150范圍內，攻擊方的傷害即為被攻擊方的掉血量。游戲為回合制的攻擊模式，游戲開始時怪獸先攻擊英雄，英雄反擊，怪獸再攻擊，直到怪獸被消滅或者英雄陣亡（即他們的血量小于0或者等于0）為止。英雄和怪獸的屬性只有血量。每次攻擊完成之后，需要在控制臺打印本次攻擊結果。例如“英雄攻擊怪獸，怪獸掉血70，剩余血量230”，顯示的剩余血量為被攻擊的一方。交戰(zhàn)結束后，控制臺打印本次交戰(zhàn)結果。例如“怪獸被消滅，英雄獲勝”?！景咐?-2】打怪小游戲案例效果static關鍵字3.53.5static關鍵字在Java中，static關鍵字的含義是“靜態(tài)”，它可以修飾類的成員和代碼塊，被static修飾的成員被稱為靜態(tài)成員，靜態(tài)成員屬于類本身而不屬于類的實例，無論創(chuàng)建多少個類的實例，靜態(tài)成員都只有一份，可以被類的所有實例共享。靜態(tài)成員在程序啟動時加載并存在于內存中，在整個程序的運行期間存在。被static修飾的代碼塊被稱為靜態(tài)代碼塊，它在類的初始化時執(zhí)行，且只會執(zhí)行一次。3.5.1靜態(tài)變量掌握靜態(tài)變量的使用，能夠簡述什么是靜態(tài)變量，并在程序中應用靜態(tài)變量

先定一個小目標！3.5.1靜態(tài)變量在Java類中，被static關鍵字修飾的成員變量稱為靜態(tài)變量，也叫類變量。由于靜態(tài)變量屬于類本身，因此可以直接通過類名來訪問，而無須創(chuàng)建對象實例。訪問靜態(tài)變量的語法格式：類名.靜態(tài)變量3.5.1靜態(tài)變量下面通過一個統(tǒng)計用戶創(chuàng)建數量的案例演示靜態(tài)變量的使用。案例演示Example10.java源代碼3.5.1靜態(tài)變量案例的運行結果如下圖所示。案例演示3.5.1靜態(tài)變量使用靜態(tài)變量時的注意事項。雖然語法上允許通過“對象.靜態(tài)變量”的方式來訪問靜態(tài)變量，但出于代碼的清晰性和規(guī)范性考慮，不建議這樣做。如果想在其他類中直接使用類名調用類的靜態(tài)變量，該變量不能使用private或protected修飾符修飾。static關鍵字只能修飾類的成員變量而不能修飾局部變量，否則編譯器會報錯。例如，以下代碼是錯誤的。publicclassStudent{publicvoidstudy(){staticintnum=10;//這行代碼是錯誤的}}3.5.2靜態(tài)方法

先定一個小目標！掌握靜態(tài)方法，能夠說出靜態(tài)方法的特點，并在程序中使用靜態(tài)方法3.5.2靜態(tài)方法在Java類中，被static關鍵字修飾的方法稱為靜態(tài)方法，也叫類方法。同樣屬于類本身，可以直接通過類名來訪問。調用靜態(tài)方法的語法格式：類名.方法名(參數列表)3.5.2靜態(tài)方法下面通過一個汽車工廠生產汽車的案例演示靜態(tài)方法的使用。案例演示Example11.java源代碼3.5.2靜態(tài)方法案例的運行結果如下圖所示。案例演示3.5.2靜態(tài)方法使用靜態(tài)方法時的注意事項。靜態(tài)方法中只能訪問靜態(tài)成員，而不能訪問實例成員；實例方法中既可以訪問靜態(tài)成員，也可以訪問實例成員。靜態(tài)方法中不能使用this關鍵字和super關鍵字，super關鍵字會在后續(xù)章節(jié)中講解。靜態(tài)方法不能被重寫，但可以被繼承。3.5.3