ACCP6.0 S2 使用Java实现面向对象编程 第一章.doc

1.1用面向对象设计电子宠物系统1.1.1 为什么使用面向对象现实世界就是“面向对象的”。现实世界中的任何事物都可以看作是“对象”，比如人、建筑、交通工具、学习用品等。而事物都有自己的属性和行为。比如人，它具有各种属性：姓名、性别、身高、体重、籍贯等，还可以做很多事情：吃饭、睡觉、劳动、锻炼等。各个事物之间还会发生各种联系，人用木材可以做成一套家具，人用笔可以写出文章等。面向对象就是采用“现实模拟”的方法设计和开发程序。计算机软件开发规模越来越大，解决的问题也越来越复杂，导致软件开发时间、软件开发成本、软件维护费用甚至软件开发质量等日益难以控制。而面向对象技术利用“面向对象的思想”去描述“面向对象的世界”，实现了虚拟世界和现实世界的一致性，符合人们的思维习惯，使得客户和软件设计开发人员之间、软件设计开发人员内部交流更加顺畅，同时还带来了代码重用性高、可靠性高等优点，大大提高了软件尤其是大型软件的设计和开发效率。问答问题：面向过程和面向对象有什么区别？解答：我们要举办一次北大青鸟的联欢晚会。如果采用面向过程的话，就是全体人员合唱青鸟之歌主持人宣布晚会开始领导讲话主持人过场演员一表演主持人过场演员二表演最后一位演员表演主持人宣布晚会结束，即从头至尾、自上而下的实现功能。而如果采用面向对象实现的话，首先分析晚会需要哪些类：领导、主持人和演员。然后分析各种类的行为：主持人有宣布晚会开始、过场、宣布晚会结束，当然也有唱青鸟之歌。领导有讲话、唱青鸟之歌。演员主要就是表演节目，也有唱青鸟之歌。然后就利用设计好的类创建对应对象，调用相应的方法（行为）来逐步进行晚会。面向过程的核心概念是函数，以功能为中心，实现了函数级别的代码重用。面向对象的核心概念是封装了属性和方法（行为）的类，以数据为中心，实现了类级别的代码重用。面向对象因为采用了类，具有继承和多态特性，可以进一步重用代码和简化编程，而面向过程中没有继承和多态特性。1.1.2 使用面向对象进行设计下面就开始电子宠物系统的设计和开发之路吧，这一章的任务是用类来描述宠物，然后实现领养宠物功能。首先需要根据需求进行面向对象的设计。问题：我们要设计一个电子宠物系统，其中领养宠物功能的详细需求如下。 根据控制台提示，输入领养宠物的昵称。 根据控制台提示，选择领养宠物的类型，有两种选择：狗狗和企鹅。 如果类型选择狗狗，要选择狗狗的品种，有两种选择：“聪明的拉布拉多犬”或者“酷酷的雪纳瑞”。 如果类型选择企鹅，要选择企鹅的性别：“Q仔”或“Q妹”。 所领养宠物的健康值默认是100，表示非常健康。 所领养宠物和主人的亲密度默认是0，表示和主人还不熟悉。 在控制台打印出宠物信息，包括昵称、健康值、亲密度、品种或性别，表示领养成功。如何依据需求，使用面向对象思想来设计我们的电子宠物系统呢？分析面向对象设计的过程就是抽象的过程，我们分三步来完成。第一步：发现类。第二步：发现类的属性。第三步：发现类的方法。面向对象设计的过程就是抽象的过程，根据业务需求，关注与业务相关的属性和行为，忽略不必要的属性和行为，由现实世界中“对象”抽象出软件开发中的“对象”，如图1.2所示。图1.2 面向对象设计的过程就是抽象的过程接下来我们就按照发现类、发现类的属性和发现类的方法的步骤完成设计。我们可以通过在需求中找出名词的方式确定类的属性，找出动词的方式确定方法。并根据需求实现业务的相关程度进行筛选。第一步：发现类。需求中名词有控制台、宠物、昵称、狗狗、企鹅、类型、品种、聪明的拉布拉多犬、酷酷的雪纳瑞、性别、Q仔、Q妹、健康值、亲密度和主人等。根据仔细筛选，发现可以作为类的名词有宠物、狗狗、企鹅和主人。本章要实现领养宠物功能，主要用到两个类：狗狗（Dog）和企鹅（Penguin）。宠物和主人在完善设计和增加功能时再使用。第二步：发现类的属性。需求中动词主要有输入、选择、领养、打印等。某些明显与设计无关、不重要的词语可以直接忽略。通过仔细筛选，发现可作为属性的名词有昵称、健康值、亲密度品种和性别，还有一些名词是作为属性值存在的，例如聪明的拉布拉多犬、酷酷的雪纳瑞是品种的属性值，Q仔和Q妹是性别的属性值。根据需求，定义狗狗类的属性有昵称（name）、健康值（health）、亲密度（love）和品种（strain）。企鹅类的属性有昵称（name）、健康值（health）、亲密度（love）和性别（sex）。狗狗和企鹅的某些属性，例如年龄、体重、颜色等与领养业务需求无关，不予设置。第三步：发现类的方法。通过仔细筛选，发现类的方法主要是打印宠物信息。狗狗和企鹅的方法主要就是打印出自己的信息，取名为print（）。至于狗狗睡觉、洗澡等行为，企鹅吃饭、游泳等行为，与领养业务需求无关，现在先不为其设定方法，在后续业务中若有需求再添加。设计是一个逐步调整、完善的过程，类图是面向对象设计的“图纸”，使用“图纸”进行设计方便沟通和修改。将设计的结果通过类图来表示，如图1.3和图1.4所示。 图1.3 Dog类图图1.4 Penguin类图小结抽象时遵循的原则。 属性、方法的设置是为了解决业务问题的。关注主要属性、方法。如没有必要，无增加额外的类、属性与方法。1.2 通过创建对象实现领养宠物功能1.2.1 创建类的对象已经设计出了类及其属性和方法，下面需要把类图表示的内容转变为Java的类代码。狗狗类的代码如示例1所示。示例1/* *宠物狗狗类。 *author 北大青鸟 */public class Dog String name = “无名氏”;/昵称，默认值是“无名氏” int health = 100;/健康值，默认值是100 int love = 0;/亲密度 String strain = “聪明的拉布拉多犬”;/品种 /* *输出狗狗信息 */ public void print() System.out.println(“宠物的自白：n 我的名字叫” + + ”，健康值” + this.health + “，和主人的亲密度是” + this.love + “，我是一只 ” + this.strain + “。”);企鹅类的代码如示例2所示。示例2/* *宠物企鹅 * author 北大青鸟 */ public class PenguinString name = “无名氏”;/昵称int health = 100;/健康值int love = 0;/亲密度String sex = “Q仔”;/性别/* *输出企鹅信息 */public void print() System.out.println(“宠物的自白：n 我的名字叫” + + ”，健康值” + this.health + “，和主人的亲密度是” + this.love + “，性别是 ” + this.sex + “。”);从示例1和示例2中我们学习了类的基本结构，其主要由属性和行为组成，成为类的成员变量（或者成员属性）和成员方法，同成为类的成员（除此之外，类的成员还包括构造方法、代码块等）。 问题已经有了狗狗和企鹅类，如何领养宠物呢？ 分析领养宠物的步骤如下 根据控制台提示输入宠物的类型、昵称等内容。 根据输入内容创建相应的宠物对象。 打印出宠物信息表，示领养成功。通过测试类来创建具体的宠物对象并输出信息，如示例3所示。示例3 import java.util.Scanner;/* *领养宠物 * author 北大青鸟 */public class Textpublic static void main(String args) Scanner input = new Scanner(System.in); System.out.println(“欢迎您来到宠物店！”); /1.输入宠物名称 System.out.println(“请输入要领养宠物的名字：”); String name = input.next(); /2.选择宠物 System.out.println(“请选择要领养的宠物类型：（1.狗狗 2.企鹅）”); switch(input.nextInt()case 1: / 2.1 如果是狗狗 /2.1.1 选择狗狗的品种 System.out.println(“请选择狗狗的品种：（1.聪明的拉布拉多犬” + “ 2.酷酷的雪纳瑞）”); String strain = null; if(input.nextInt() = 1) strain = ”聪明的拉布拉多犬”; else strain = “酷酷的雪纳瑞”;/ 2.1.2 创建狗狗对象并赋值Dog dog = new Dog(); = name;dog.strain = strain;/ 2.1.3 输入狗狗信息dog.print();break;case 2:/2.2 如果是企鹅 /2.2.1 选择企鹅性别 System.out.println(“请选择企鹅的性别：（1.Q仔 2.Q妹）”); String sex = null; if(input.nextInt() = 1) sex = ” Q仔”; else sex = “Q妹”/2.2.2 创建企鹅对象并赋值 Penguin pgn = new Penguin(); = name; pgn.sex = sex; /2.2.3 输出企鹅信息 pgn.print();运行结果如图1.5 和图1.6所示。图1.5 领养狗狗运行结果 图1.6 领养企鹅运行结果从示例3中我们学习了Java中对象的创建和成员的调用方法，语法和C#中是相同的。 通过构造方法来创建对象，例如“Penguin p =new Penguin();”。 通过对象名.属性名的方式调用属性，例如 “=”qq”;”。 通过对象名.方法名的方式调用方法，例如 “p.print();”。类（Class）和对象（Object）是面向对象中的两个核心概念。类是对某一类事物的描述，是抽象的、概念上的定义。对象是实际存在的该事物的个体，是具体的、现实的。类和对象就好比模具和铸件的关系，建筑物图纸和建筑物实物的关系。我们可以由一个类创建多个对象。示例1是一个Dog类的代码，示例2是一个Penguin类的代码。但是如果要实现我们的需求，只有类是不行的，还需要创建对应类的实例，也就是对象。在示例3中我们根据输入的数据创建了宠物对象并输出宠物信息。 规范类名、属性名、方法名以及常量名的命名规范如下。 类名有一个或几个单词组成，每个单词的第一个字母大写，如Dog、StringBuffer。 属性名和方法名有一个或几个单词组成，第一个单词首字母小写，其他单词首字母大写，例如health、stuName、println()、getMessage（）。 常量名由一个或几个单词组成，所有字母大写，如PI、SEX_MALE。 问题如果我们创建了很多企鹅对象，他们的性别分别取值为“Q仔”或“Q妹”，但是后来要求变化，规定企鹅的性别只能取值“雄”或“雌”，此时已创建的每个企鹅对象的性别都要做相应修改，修改量很大，且代码可能分散在多个文件，不易查找，有没有更好的解决办法呢？ 分析可以定义两个常量SEX_MALE 和SEX_FEMAL，分别取值为“Q仔”和“Q妹”，再给企鹅赋值时直接将常量名SEX_MALE或SEX_FEMALE赋值给sex属性。如果以后要修改sex为“雄”或“雌”时，不管已创建了多少个对象，只需要修改两个常量的值就可以了，这样就方便很多。 final String SEX_MALE = “Q仔”: SEX_MALE是常量，值只能是“Q仔”，但是必须在创建对象后，通过对象名.SEX_MALE方式使用，很不方便。 static final String SEX_MALE = “Q仔”：SEX_MALE是常量，值只能是“Q仔”，可以在创建对象后，通过对象名.SEX_MALE方式，也可以直接通过类名.SEX_MALE方式使用，建议采用此种方式。给企鹅类添加两个静态常量SEX_MALE和SEX_FEMALE，如示例4所示。示例4/* *宠物企鹅类，使用静态常量。 */ public class PenguinString name = “无名氏”;/昵称int health = 100;/健康值int love = 0;/亲密度static final String SEX_MALE = “Q仔”;static final String SEX_FEMALE = “Q妹”;String sex = SEX_MALE;/性别/* *输入企鹅的信息 */public void print() System.out.println(“宠物的自白：n 我的名字叫” + + “，健康值是” + this.health + “，和主人的亲密度是” + this.love +“，性别是 ” + this.sex + “。”);编写测试类，创建三个企鹅对象并对其性别赋值，如示例5所示。示例5/* * 测试静态常量的使用。 * author 北大青鸟 */public class Textpublic static void main(String args) Penguin pgn = null; pgn = new Penguin(); System.out.println(“第一个企鹅的性别是” + pgn.sex + “。”); pgn.sex = Penguin.SEX_FEMALE; System.out.println(“第二个企鹅的性别是” + pgn.sex + “。”); pgn = new Penguin(); pgn.sex = Penguin.SEX_MALE; System.out.println(“第三个企鹅的性别是” + pgn.sex + “。”)；运行结果如图1.7所示。 图1.7 输出企鹅的性别如果要改变企鹅的性别取值为“雄”和“雌”，只需要修改Penguin类中的两个常量的值即可，如示例6所示，而创建对象的类如示例5所示，不用做任何修改。示例6/* * 宠物企鹅类，使用静态常量 */public class PenguinString name = “无名氏”;int health = 100;int love = 0;static final String SEX_MALE= “雄”;static final String SEX_FEMALE = “雌”String sex = SEX_MALE;/* * 输出企鹅信息 */public void print() System.out.println(“宠物的自白：n 我的名字叫” + + “，健康值是” + this.health + “，和主人的亲密度是” + this.love +“，性别是 ” + this.sex + “。”);再次运行示例5，运行结果如图1.8所示。图1.8 修改常量值后运行结果static可以用来修饰属性、方法和代码块。static修饰的变量属于这个类所有，即由这个类创建的所有对象共用同一个static变量。通常把static休士顿属性和方法称为类属性（类变量）、类方法。不使用static修饰的属性和方法，属于单个对象，通常称为实例属性（实例变量）、实例方法。类属性、类方法可以通过类名和对象名访问，实例属性，实例方法只能通过对象名访问。final可以用来修饰属性、方法和类。用final修饰的变量称为常量，其值固定不变。关于final的具体内容会在第二章详细讲解。1.2.2 构造方法及其重载问题在示例3中先创建对象，再给属性赋值，通过多个语句实现。例如：Penguin pgn = new Penguin(); = name;pgn.sex = sex;能不能在创建对象的时候就完成复制操作呢？分析：能！就是通过带参数的构造方法下面就让我们先认真理解一条熟悉的陌生语句吧。Penguin pgn = new Penguin();在Penguin类中增加一个无参的Penguin（），如实例7所示，看看会出现什么情况。示例7/* * 宠物企鹅类，测试无参构造方法。 * author 北大青鸟 */public class PenguinString name = “无名氏”;int health =100;int love = 0;String sex = “Q仔”;/* * 无参数的构造方法 */public Penguin() name = “囡囡”; love = 20; sex = “Q妹”; System.out.println(“执行构造方法”);/* * 输出企鹅的信息 */public void print() System.out.println(“宠物的自白：n 我的名字叫” + + “，健康值是” + this.health + “，和主人的亲密度是” + this.love +“，性别是 ” + this.sex + “。”);/* * 测试无参构造方法的使用 */public static void main(String args) Penguin pgn = null; pgn =new Penguin(); pgn.print();运行结果如图1.9所示。图1.9 显示构造方法被执行其中Penguin()就是Penguin类的构造方法，从执行结果可以看到当执行语句pgn=new Penguin()时就会执行Penguin()中的代码。没有Penguin()时，系统会提供一个空的penguin()。构造方法（Constructor）是一个特殊的方法，它用于创建类的对象，因此一个类必须包含至少一个构造方法，否则就无法创建对象。构造方法的名字和类名相同，没有返回值类型。构造方法的作用主要就是在创建对象时执行一些初始化操作，如给成员属性赋初值。让我们通过MyEclipse的断点追踪法来追踪构造方法的执行过程，从而更清楚、更直观的理解该过程。首先在示例7的main方法的“pgn = new Penguin();”语句来设置断点，然后以调试方式运行该程序，进入调试透视图并在断点处暂停，如图1.10所示。图1.10 构造方法执行过程（一）按调试窗口中的单步跳入按钮（或按F5键），进入Penguin类，连续按单步跳过按钮（或按F6键），首先执行Penguin类的属性定义语句一次给各属性赋初值，如图1.11所示。继续按单步跳过按钮（或按F6键），会一次执行构造方法中的语句，用构造方法中的值替代属性初始值，如图1.12所示。执行完构造方法内语句后，会跳回到如图1.10所示界面，表示创建对象成功，并把对象引用赋值给变量pgn，至此构造方法执行完毕。问题：示例7中通过构造方法完成了对象成员属性的赋值，但属性值已经在构造方法中写死了，能不能在创建对象的时候完成不同属性的动态赋值呢？分析：能！就是通过带参数的构造方法，这就涉及到了构造方法的重载。为Penguin类增加两个有参的构造方法，如示例8所示。示例8/* * 宠物企鹅类，指定多个构造方法 * author 北大青鸟 */public class PenguinString name = “无名氏”;int health = 100;int love = 0;String sex = “Q仔”;/* * 无参构造方法 */public Penguin() name = “囡囡”;love = 20;sex = “Q妹”;System.out.println(“执行构造方法”);/* * 两个参数构造方法 */public Penguin(String name,String sex) = name; this.sex = sex;/* * 四个参数构造方法 */public Penguin(String name,int health,int love,String sex) = name;this.health = health;this.love = love; this.sex = sex;/* * 输出企鹅信息*/public void print()System.out.println(宠物的自白：n 我的名字叫++，健康值是+this.health+，和主人的亲密度是+this.love+，性别是+this.sex+。); /* * 测试构造方法的使用。 */ public static void main(String args)Penguin pgn = null; pgn = new Penguin();pgn.print();pgn=new Penguin(亚亚,企鹅);pgn.print();pgn=new Penguin(美美,80,20,Q仔);pgn.print(); 运行结果如图1.13所示。示例8中共有三个构造方法，方法名相同，参数列表不同，这成为构造方法的重载。可以通过构造方法重载来实现多种初始化行为，我们在创建对象的时候可以根据需要选择合适的构造方法。下面我们把示例8中无参数的构造方法注释掉，看看会出现什么情况。运行结果如图1.14所示。为什么会出现这个错误呢？同C#一样，在没有给类提供任何构造方法时，系统会提供一个无参的方法为空的默认构造方法。一旦提供了自定义构造方法，系统将不会再提供这个默认构造方法。如果要使用它，程序员必须手动添加。强烈建议此时为Java类手动提供默认构造方法。学习了创建对象，如何销毁对象呢？在Java中，对象的销毁不需要程序员来做，而是通过Java系统中的垃圾回收器再后台自动实现。如果同一个类中包含了两个或两个以上方法，它们的方法名相同，方法参数个数或参数类型不同，则称该方法被重载了，这个过程称为方法重载。成员方法和构造方法都可以进行重载。其实之前我们已经无形之中在使用方法重载了。例如：System.out.println(45);System.out.println(true);System.out.println(“狗狗在玩耍！”);例如：java.lang.Math类中的max方法就实现了重载，如图1.15所示。注意：方法重载的判断依据如下。 必须是在同一个类里。 方法名相同。 方法参数个数或参数类型不同。 与方法返回值和方法修饰符没有任何关系。1.2.3 常见错误1.在类中可以定义static变量，在方法里是否可以定义static变量常见错误1/* * 宠物狗狗类，测试方法中是否可以定义static变量。 * author 北大青鸟 */ class DogString name = “无名氏”;int health = 100;int love = 0;public void play(int n)static int staticVar = 5; health = health n; System.out.println(name + “ ” + staticVar + “ ” + health);public static void main(String args) Dog d =new Dog();d.play(5);运行结果如图1.16所示。把static int localv = 5;语句改为int localv=5;，则问题解决。结论：在方法里不可以定义static变量，也就是说类变量不能是局部变量。2.给构造方法加上返回值类型会出现什么情况常见错误2/* * 宠物企鹅类，给构造方法加上返回值类型会出现什么情况呢？ * author 北大青鸟 */class Penguin String name =”无名氏”; int health=100;String sex=”Q仔”;/* * 给无参构造方法加上返回值类型为void */public void Penguin()name=”欧欧”;sex=”Q妹”;System.out.println(“执行构造方法”);/* * 输出企鹅的信息 */public void print()System.out.println(“企鹅的名字是”+name+”，性别是”+sex+”。”);public static void main(String args)Penguin pgn =new Penguin();pgn.print();运行结果如图1.17所示。从运行结果，我们可以看到，Penguin()方法并没有执行，这是为什么呢？不符合构造方法的定义，自然就不是构造方法了，不会在创建对象时执行。结论2：构造方法没有返回值类型。如果有，就不是构造方法，而是和构造方法同名的成员方法。1.3 使用封装优化电子宠物系统的类问题：设计的类有没有缺陷呢？比如执行语句d=new Dog();d.health=1000;再比如示例8中的语句Penguin pgn = new Penguin(“亚亚”,”企鹅”);pgn.print();这些语句在语法上是完全正确的，但是却不符合实际规定，因为我们规定最大health值是100，企鹅的性别只能是Q仔或Q妹。再比如如果一个类有年龄、成绩属性，实际中是有取值范围的，随意赋值也会出现同样的问题。分析：在Java中已经考虑到了这种情况，解决途径就是对类进行封装，通过private 、protectecl、public和默认权限控制符来实现权限控制。在此例中，我们将属性均设为private权限，将只在类内可见。然后再提供public权限的setter方法和getter方法实现对属性的存取，在setter方法中对输入的属性值的范围进行判断。采用类图来表示封装后的Dog类和Penguin类，运行结果如图1.18和图1.19所示，请大家把他们和图1.3以及图1.4进行比较，看有什么不同。对Dog类进行封装处理，如示例9 所示。示例9/* * 宠物狗狗类，使用权限修饰符private和public进行封装。 * author 北大青鸟*/class Dog private String name=”无名氏”; private int health = 100; private int love = 0; private String strain=”聪明的拉布拉多犬”; /* * 读取狗狗昵称 * return 昵称 */ public String getName() return name;/* * 指定狗狗昵称 * param name 昵称 */public void setName(String name) =name;/* * 读取狗狗健康值 * return 健康值 */ public int getHealth() return health;/* * 指定狗狗健康值，对健康值范围进行判断 * param health 健康值 */public void setHealth(int health) if(health100| health=100)System.out.println(“狗狗需要多运动呀！”);else health=health+3;System.out.println(“狗狗吃饭了！”);/* * 通过玩游戏增加与主人亲密度，减少健康值 */public void play()if(health60)System.out.println(“狗狗生病了！”);else System.out.println(“狗狗正在和主人玩耍。”);health =health-10;love =love+5;/* * 读取狗狗昵称 * return 昵称 */public String getName()return name;/* * 读取狗狗健康值 * return 健康值 */public int getHealth()return health;/* * 读取狗狗亲密度 * return 亲密度 */public int getLove()return love;/* * 读取狗狗品种 * return 品种 */public String getStrain()return strain;/* * 输出狗狗的信息 */public void print()System.out.println(“宠物的自白：n我的名字叫”++”，健康值是”+this.health+”，和主人的亲密度是”+this.love+”，我是一只 ”+this.strain+”。”);编写测试类，如示例12所示。示例12：/* * 测试类的封装 * author 北大青鸟 */class Test1public static void main(String args)Dog dog =new Dog(“欧欧”,”酷酷的雪纳瑞”);dog.play();System.out.println(“健康值是”+dog.getHealth();dog.eat();dog.print();运行结果如图1.24所示。图1.24 示例12运行结果接下来介绍this关键字在示例9中的一系列setter方法中我们都用到了this这个关键字，this是什么含义呢？他还有什么其他的用法？this关键字是对一个对象的默认引用。在每个实例方法内部，都有一个this引用变量，指向调用这个方法的对象。在示例10中，我们创建了一个Dog对象dog，dog对象的昵称是欧欧，健康值是300，但是在shiite9中Dog类代码的编写是早于创建Dog对象的，当时并不知道以后创建的对象的名字呢。this关键字就是用来表示以后调用当前方法的那个对象的引用，当调用dog.setName(“欧欧”)、dog.setHealth(300)时，this就代表dog，而当创建另外Dog对象xxx，然后调用xxx.setName(“yyy”)时，this就表示xxx.this和xxx指向同一个对象。this使用举例 使用this调用成员变量，解决成员变量和局部变量同名的冲突。 public void setName(String name) =name;/成员变量和局部变量同名，必须使用thispublic void setName(String xm) name=xm;/成员变量和局部变量不同名，this可以省略使用this调用成员方法public void paly(int n