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Java程序设计系列讲座2OOP之封装性,黄绍辉厦门大学计算机科学系E-mail:hsh,面向对象程序设计基本思想,对象的基本概念对象是系统中用来描述客观事物的一个实体，它是构成系统的一个基本单位。一个对象由一组属性和对这组属性进行操作的一组服务组成。对象是问题域或实现域中某些事物的一个抽象，它反映该事物在系统中需要保存的信息和发挥的作用；它是一组属性和有权对这些属性进行操作的一组服务的封装体。客观世界是由对象和对象之间的联系组成。,类的基本概念,类是具有相同属性和服务的一组对象的集合。分类的原则是抽象。在面向对象的编程语言中，类是一个独立的程序单位，它应该有一个类名并包括属性说明和服务说明两个主要部分。类与对象的关系就如模具和铸件的关系，类的实例化结果就是对象，而对一类对象的抽象就是类。,关于OOPObjectOrientedProgramming,对象是基本编程单位。与此对应，Java使用类（class）表示对象，一个class就是一个类；对象由一组属性和一组服务两部分组成（两部分不必都存在）。与此对应，Java使用一组成员变量（membervariable）表示属性，一组成员函数（membermethod）表示服务。,OOP的例子,例如我们要表示一个遥控器对象，它起码有两个属性：外壳，按钮。它起码有两个功能：换台，调音量。使用Java来设计这个对象，它看起来就是这个样子：class遥控器外壳成员按钮成员换台函数()调音量函数(),OOP的基本特征,封装性把对象的属性和服务结合成一个独立的相同单位，并尽可能隐蔽对象的内部细节。继承性从一个已有的类来构造新类，除了保留原有的类的特性，还增加了一些新特性。已有的类称为父类superclass，新类称为子类subclass。多态性在父类中定义的属性或服务被特殊类继承之后，可以具有不同的数据类型或表现出不同的行为。,OOP-PartI封装性,从C语言开始出发,任务：在程序中实现对时间的一些操作思路：时间是一个整体，包括时/分/秒，为了在程序中表示一个具体的时间，这三个部份缺一不可。最自然的，可以采用三个整型变量来存储这三个部份，例如：inthour;intminute;intsecond;,C程序示例,voidmain()inthour,minute,second;hour=12;minute=12;second=12;printf(“Timeis%d:%d:%d”,hour,minute,second);,如果有很多个时间,voidmain()inthour1,minute1,second1;inthour2,minute2,second2;inthour3,minute3,second3;printf(“Time1is%d:%d:%d”,hour1,minute1,second1);printf(“Time2is%d:%d:%d”,hour2,minute2,second2);printf(“Time3is%d:%d:%d”,hour3,minute3,second3);,如果用数组,voidmain()inthour100,minute100,second100;for(inti=0;ihour+;,使用示例：structMyTimet;t=AddOneHour(t);,使用示例：structMyTimet;AddOneHour(,关于上面两个函数的探讨,前面说过，structMyTime已经可以看成是对象了，从上面的两个函数可以看出，为了修改对象的属性，比较好的作法，是（通过指针）直接修改对象本身的属性，代码简单，效率也高。但是C毕竟是面向过程的语言，实现“对象的加工”或者叫“对象的服务”，需要借助structMyTime之外的函数AddOneHour完成。OOP语言的第一个方便之处，就是把属性和服务整合到同一个对象中，这给编程带来了极大的方便，例如：,Java版本的AddOneHour,classMyTimeinthour;intminute;intsecond;voidAddOneHour()hour+;,使用示例：MyTimet=newMyTime();t.AddOneHour();,把属性和服务整合到同一个对象内部的最大好处，是你不再需要将一个结构作为一个参数传入到外部的处理函数，也不需要考虑将处理后的结果从函数传出，甚至贴代码的时候，都不用担心会少贴一个函数,看出封装的好处了吗？,C的结构可以存储数据，但是不能包含函数，因此必须在其它的地方定义函数。这个做法可能导致以下后果：调用不方便，参数要传入传出毕竟是比较麻烦的可能和别人写的函数产生冲突（例如重名）代码的重用和修改不方便Java可以将数据和处理函数一起封装，因此数据以及对数据的加工都可以在同一个对象当中完成。,总结一下封装性,OOP中，对象就是对一组变量和相关方法的封装，其中变量表明了对象的状态，方法表明了对象具有的行为。简单一点说，封装性指的是：属性和函数都放在同一个对象的内部。对Java而言就是：一个class可以内部可以有多个成员变量和多个成员函数；成员函数可以直接访问成员变量，并对其进行修改。通过对象的封装，实现了模块化和信息隐藏。,跑步进入OOP有个例子,从简单对象入手,对象不是很深奥的东西，一个对象在Java里面就是一个class而已。例如随便写一个对象：classPoint/首字母大写是Java建议的对象命名规则intx,y;这个Point对象可以用来表示平面上的一个点。注意Java并不要求对象一定要有成员函数，所以这个对象已经很完整，只是还不够好用而已，接下来我们会逐步完善它。,对象的用法,要使用一个已有的对象不是太难，但是你要做足以下的两件事情：使用对象的名字声明一个变量创建对象的一个实例用上面的Point做例子，就是这样：使用对象的名字声明一个变量Pointp;创建对象的一个实例p=newPoint();接下来这个p就拥有了Point的全部资源，例如它有两个成员变量，叫x,y，而且还是整型的。,对象的用法,对象的声明和创建可以合成一步：Pointp=newPoint();当然也可以隔了很多步：Pointp;/*中间有很多很多很多行，但是和p无关*/p=newPoint();只有一个准则：对象在创建之前是不能使用的，所以new很重要。,对象与实例,前面说到，对象必须创建才能使用，所以你必须这样创建p：Pointp=newPoint();这里引入几个术语：Point是类名，也是对象名，或者干脆叫对象p是对象的实例，也就是Point的实例你可以理解对象是一个图章，它每盖章一次（new一次）生成一个p，p就是一个实例。,一个完整例子：Test.java,classPointintx,y;publicclassTestpublicstaticvoidmain(Stringargs)Pointp=newPoint();System.out.println(“p.x=”+p.x+“p.y=”+p.y);p.x=1;p.y=2;System.out.println(“p.x=”+p.x+“p.y=”+p.y);,插播一下：数组,使用对象,我们刚刚学会两招：招式一：对象可以同时拥有属性和函数；招式二：对象要new以后才能使用下面我们来用这两招对付Java的一个常用对象：数组。和C语言不同，Java把数组设计成了对象，所以根据我们的招式二，Java的数组必须先new才能使用。如果你能够意识到这一点，那么恭喜你，OOP入门成功,数组入门1,1声明一个数组dataTypearrayRefVar;或dataTypearrayRefVar;例如：doublemyList;2创建一个数组arrayRefVar=newdataTypearraySize;如：myList=newdouble10;,数组入门2,声明并创建一个数组dataTypearrayRefVar=newdataTypearraySize;或dataTypearrayRefVar=newdataTypearraySize;例如：doublemyList=newdouble10;,数组入门3,数组在创建之后，Java会为这个数组自动分配空间。（注意声明数组的时候并没有分配数组元素空间，因为那时候不知道数组多大）,数组入门4,任何一个数组，都可以通过属性length得到数组的长度。如：myList.length数组创建的时候会自动赋零值，对于数值型的，就是0或者0.0或者0，对于布尔型的，就是false任何一个数组，其元素的最小下标是0，最大下标是length-1数组下标越界会引发异常,数组入门5,数组元素的引用使用，以下两个方法可以打印出数组myList的每一个元素值：for(inti=0;imyList.length;i+)System.out.print(+myListi);或者（JDK1.5以上版本才支持的）for(intval:myList)System.out.print(+val);,数组入门6,数组在创建的时候可以顺便初始化，如：doublemyList=1.9,2.9,3.4,3.5;它相当于：doublemyList=newdouble4;myList0=1.9;myList1=2.9;myList2=3.4;myList3=3.5;,数组例程1/3,用100以内随机数初始化数组for(inti=0;imyList.length;i+)myListi=Math.random()*100;,数组例程2/3,数组求和doubletotal=0;for(inti=0;imyList.length;i+)total+=myListi;,数组例程3/3,求数组中的最大值doublemax=myList0;for(inti=1;imax)max=myListi;,数组作为函数参数1,数组作为参数，Java采用的是引用传递方式，基本数据类型（int，char等）作为参数，采用值传递方式。简单一点说，引用传递方式，实际参数和形式参数，操作的其实是同一个对象；值传递方式，实际参数和形式参数，操作的是不同对象，仅仅是这两个对象的值相等而已。,数组作为函数参数2,publicclassTestpublicstaticvoidmain(Stringargs)intx=1;/xrepresentsanintvalueinty=newint10;/yrepresentsanarrayofintvaluesm(x,y);/InvokemwithargumentsxandySystem.out.println(xis+x);/x值不变，还是1System.out.println(y0is+y0);/y0值已改变，本来是0的publicstaticvoidm(intnumber,intnumbers)number=1001;/Assignanewvaluetonumbernumbers0=5555;/Assignanewvaluetonumbers0,数组作为函数参数3,1publicclassTestPassArray2/*Mainmethod*/3publicstaticvoidmain(Stringargs)4inta=1,2;56/Swapelementsusingtheswapmethod7System.out.println(Beforeinvokingswap);8System.out.println(arrayis+a0+,+a1+);9swap(a0,a1);/值传递，返回后不改变原值10System.out.println(Afterinvokingswap);11System.out.println(arrayis+a0+,+a1+);1213/SwapelementsusingtheswapFirstTwoInArraymethod14System.out.println(BeforeinvokingswapFirstTwoInArray);15System.out.println(arrayis+a0+,+a1+);16swapFirstTwoInArray(a);/引用传递，返回后原值可能改变17System.out.println(AfterinvokingswapFirstTwoInArray);18System.out.println(arrayis+a0+,+a1+);19,数组作为函数参数4,20/值传递，返回后不改变原值21/*Swaptwovariables*/22publicstaticvoidswap(intn1,intn2)23inttemp=n1;24n1=n2;25n2=temp;2627/引用传递，返回后原值可能改变28/*Swapthefirsttwoelementsinthearray*/29publicstaticvoidswapFirstTwoInArray(intarray)30inttemp=array0;31array0=array1;32array1=temp;3334,多维数组1,二维数组的定义dataTypearrayRefVar;或dataTypearrayRefVar;例如：intmatrix;或intmatrix;注意，这里仅仅说明matrix是一个二维数组，但是这个数组的大小还未知，所以还不能存储元素。,多维数组2,二维数组有行和列的概念，如：,多维数组3,二维数组可以在声明的时候赋初值，也可以在new之后再一个一个慢慢赋值。其实二维数组行和行之间是相互独立的，每一行都相当于一个一维数组。,由于二维数组的每一行是一个一维数组，所以这些一维数组的大小不必相等，如：此时：triangleArray.length=5,/因为数组有5行triangleArray0.length=5,triangleArray1.length=4,triangleArray2.length=3,triangleArray3.length=2,triangleArray4.length=1.,多维数组4,二维数组例程1,随机数填充for(introw=0;rowmatrix.length;row+)for(intcolumn=0;columnmatrixrow.length;column+)matrixrowcolumn=(int)(Math.random()*100);这里matrix是二维数组。过一遍二维数组必须用两层的循环，一般用i循环行，j循环列；如果英文好一点，可以用row循环行，column或者col循环列。,二维数组例程2,打印数组元素for(introw=0;rowmatrix.length;row+)for(intcolumn=0;columnmatrixrow.length;column+)System.out.print(matrixrowcolumn+);System.out.println();,二维数组例程3,数组求和inttotal=0;for(introw=0;rowmatrix.length;row+)for(intcolumn=0;columnmatrixrow.length;column+)total+=matrixrowcolumn;,杨辉三角的例子,publicclassYanghuipublicstaticvoidmain(Stringargs)inta=newint1010;for(inti=0;i10;i+)for(intj=0;j=i;j+)if(j=0|i=j)aij=1;if(i9)ai+1j+1=aij+aij+1;System.out.print(aij+);System.out.println();,研究一下构造函数,创建对象,前面说到，对象必须创建才能使用，那么创建对象Point是不是只有一种方法呢？默认的显然是只有一种，所以你只能这样创建p：Pointp1=newPoint();但是实际生活里，我们必须有多种途径来创建对象，这样用起来才方便。例如你可能希望这样创建：Pointp2=newPoint(1,2);然后期待着p2的x和y成员分别是1和2，如何做到这一点呢？,什么是构造函数,可不可以换一种方式创建Point？当然可以，不过你要自己加构造函数，例如：classPointintx,y;Point(intxx,intyy)x=xx;y=yy;注意上面那个函数，它有两大神奇之处：没有定义返回值，连void都没有名字和类的名字完全一样这种写法奇怪的函数就是传说中的：构造函数,默认构造函数,现在你终于可以这样创建一个p了：Pointp=newPoint(1,2);不过你现在反而不能这样创建一个p了：Pointp=newPoint();why？,关于构造函数I,构造函数和类的名字完全一样，并且没有返回值，它的作用是提供类的创建方式，所以，根据类必须先创建再使用的原则，构造函数是每一个类一定要具备的东西。或许你注意到第一个版本的Point没有构造函数，是的，不过Java是这样聪明的一个语言，所以它会帮你补充一个不带参数，没有函数体的构造函数，例如Point类，它偷偷加的代码是：classPointintx,y;Point()/这一行尽管你没看见，但是它确实存在,关于构造函数II,Java自动提供构造函数仅仅当你自己没有提供构造函数的时候才这么干，如果你提供了哪怕只有一个的构造函数，它决不自作多情帮你加一个。所以第二个版本的Point最好改成下面：classPointintx,y;Point()/由于Java罢工，这个函数只好自己加Point(intxx,intyy)x=xx;y=yy;,关于成员变量对内篇,每一个类都可以有自己的成员变量，例如Point类的x和y；对于Point类的内部而言，x,y相当于全局变量；如果脱开Point类，那么就要看x,y是怎么声明的了。classPointPoint()x=10;y=10;Point(intxx,intyy)x=xx;y=yy;intx,y;,x,y的作用范围从这里开始,x,y的作用范围到这里结束,关于成员变量对外篇,成员变量有四种修饰，它们决定了外部访问成员变量的权限：private，default，protected、public对于private，实际上是不允许外部访问的，所以如果你的Point这样定义：classPointprivateintx,y;然后有Pointp=newPoint();那么这两个语句是错的：p.x=10;p.y=10;,关于成员变量对外篇,如果这个时候你想从外面修改x,y的值怎么办？答案是：没法改！除非Point类另外提供函数给你用，例如：classPointprivateintx,y;publicintgetX()returnx;/这就是传说中的getterpublicvoidsetX(intxx)x=xx;/传说中的setter上帝保佑，现在你终于可以从外面改x的值了：Pointp=newPoint();p.setX(100);System.out.print(p.getX();,关于成员函数I,成员函数的访问权限和成员变量完全一样，所以这里不重复了。成员函数的调用，也要通过对象的实例才能够调用（当然静态函数除外，后面再讲），不会忘记什么叫对象的实例了吧？Oh,myGod!还是加一个函数试试，例如我们给Point加一个成员函数：publicdoubletest(doubles)returnx*y*s;,关于成员函数II,现在我们来调这个函数（这里是在外部调，如果在类的内部调，那就直接调用就好了）Pointp=newPoint(3,4);System.out.print(p.test(5.0);/通过p调用test函数还是不太放心，演示一下对象内部怎么调test：classPointprivateintx,y;publicdoublef()returntest(5.0);publicdoubletest(doubles)returnx*y*s;,关于成员函数III,总结一下，一个类的成员函数：对于类的内部而言，是直接抓过来随便爱怎么调用都行（多大公无私啊），不需要借助任何东西；对于类的外部而言，如果是private的成员函数，那显然是不能用的；如果遇到public的，那运气还不错，可以通过创建一个类的实例（也就是new一下），来间接调用这个成员函数。成员变量的结论与此类似。顺便说一下，在一个类的外部，每次new一个实例的时候，相当于调用一次构造函数；至于调用的是哪一个构造函数，那要看你给的参数了。,关于静态方法和静态成员I,如果一个class有一个static的成员，那使用的时候要小心一点。给一个例子：classApublicintx;publicstaticinty;publicstaticvoidf()System.out.print(x+y);还记得怎么调用f，怎么使用x,y么？很简单：Aa=newA();/看到这句不要晕掉，好多a.a.x=10;a.y=10;a.f();/调用函数f，不要参数,关于静态方法和静态成员II,下面来一段复杂的测试代码，测试A这个类：classTestpublicstaticvoidmain(Stringargs)Aa=newA();a.x=10;a.y=10;Ab=newA();b.x=100;b.y=100;System.out.print(a.x=+a.x+a.y=+a.y+b.x=+b.x+b.y=+b.y);运行上面程序，你会发现一个奇怪的现象：a.x不等于b.x，可是a.y居然等于b.y前一半比较好理解，因为a和b本来就是不同的实例，虽然它们是一个模子造出来的；可是，那y怎么回事？,关于静态方法和静态成员III,其实，静态成员是如此特殊的一个东西，因为它是所有实例共享的！也就是无论你new多少个实例出来，静态成员自始至终就是一个而已。而且，就算是你没有new过实例，它就已经存在了，神奇吧？所以，java鼓励你这样直接使用静态成员：A.y=100;A.f();/注意这里没有实例噢，A亲自上阵了所以，静态成员变量在java里一般被用作共享的常数，例如Math.PI，所以你可以常常看到final和static一起混的情形；静态成员函数一般被用作全局函数，供任意类调用，例如Math.sin(),再次啰唆一下类成员的访问控制,类成员总共有四种访问模式：private，protected，public以及default，它们的访问控制如下：确定访问控制权限的原则基于安全性的考虑，在能满足设计要求的前提下，访问权限越严格越好,一个例子,classRootprivateinta;protectedfloatb;publicdoublec;chard;voidfun()a+;b+;c+;d+;/类的内部，成员变量相当于全局/变量，在任何函数中均可直接用假设有一个类的实例Rootr=newRoot();那么r.a+就是错误的，因为这相当于在类的外部使用变量；但是r.c+是正确的，因为c是public，支持外部访问。,关于封装的进一步探讨,Java的封装属性有四个（按开放程度排序）：private，default，protected以及public。一般来说，封装越严格越好，因此尽量不要将成员变量设置为public。当把成员变量设置为private时，为了能够提供外部类对这些成员变量的存取，一般要设置一堆的public的get方法和set方法。例如对hour成员：publicintgetHour()returnhour;publicvoidsetHour(inth)hour=h;,方法重载,方法重载是指多个方法享有相同的名字，但是这些方法的参数必须不同，或者是参数的个数不同，或者是参数类型不同。返回类型不能用来区分重载的方法。,再次啰唆一下构造方法,构造方法是一个特殊的方法。Java中的每个类都有构造方法，用来初始化该类的一个对象。构造方法具有和类名相同的名称，而且不返回任何数据类型。重载经常用于构造方法。构造方法只能由new运算符调用。,关于构造方法以及new,要生成一个对象的实例，必须使用new运算符。每次new的时候，对象的构造方法会被自动调用。构造的方法可能有很多个，new的时候调用哪一个取决于new的时候带的参数。例如：MyTimet1=newMyTime();/调用无参数的构造方法MyTimet2=newMyTime(hour,second,minute);/调用使用三个参数的构造方法，注意三个参数的类型/要和构造方法声明的参数类型保持一致,一个练习,写一个类Person表示一个人，用name和age表示其姓名和年龄，并提供以下三个构造函数：Person();/默认名字为noname，年龄为0Person(Stringname);/年龄默认为0Person(Stringname,intage);在main函数中使用以上三种构造方式创建3个Person对象，然后输出。,异常,异常和异常类型,异常是程序运行时发生的错误。当异常发生时，常常导致程序崩溃，从而丢失尚未保存的数据。用户输入非法是异常的主要来源，例如：,异常是可以捕捉的,Java允许你自己去捕捉异常，从而避免程序崩溃。例如上例可以修改为：,异常处理(I),异常分类：受检异常（编程时一定要检测的异常）非受检异常异常的层次：,异常处理(II),异常产生：运行时(被动)产生主动抛出throw异常处理捕获try.catch(ExceptionName1e).catch(ExceptionName2e).finally.,异常处理(III),try捕获例外的第一步是用try选定捕获例外的范围，由try所限定的代码块中的语句在执行过程中可能会生成例外对象并抛弃。catch每个try代码块可以伴随一个或多个catch语句，用于处理try代码块中所生成的例外事件。ca