news 2026/2/19 8:34:25

蓝桥杯JAVA--启蒙之路(五)面向对象编程

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张小明

前端开发工程师

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蓝桥杯JAVA--启蒙之路(五)面向对象编程

一前言

时隔近一个月之后,我将继续更新我的学习内容,一天或许会更新不止一篇内容,欢迎关注。

二主要内容

面向对象编程,是一种通过对象的方式,把现实世界映射到计算机模型的一种编程方法。

现实世界中,我们定义了“人”这种抽象概念,而具体的人则是“小明”、“小红”、“小军”等一个个具体的人。所以,“人”可以定义为一个类(class),而具体的人则是实例(instance):

现实世界计算机模型Java代码
类 / classclass Person { }
小明实例 / mingPerson ming = new Person()
小红实例 / hongPerson hong = new Person()
小军实例 / junPerson jun = new Person()

同样的,“书”也是一种抽象的概念,所以它是类,而《Java核心技术》、《Java编程思想》、《Java学习笔记》则是实例:

现实世界计算机模型Java代码
类 / classclass Book { }
Java核心技术实例 / book1Book book1 = new Book()
Java编程思想实例 / book2Book book2 = new Book()
Java学习笔记实例 / book3Book book3 = new Book()

定义class

在Java中,创建一个类,例如,给这个类命名为Person,就是定义一个class

class Person { public String name; public int age; }

一个class可以包含多个字段(field),字段用来描述一个类的特征。上面的Person类,我们定义了两个字段,一个是String类型的字段,命名为name,一个是int类型的字段,命名为age。因此,通过class,把一组数据汇集到一个对象上,实现了数据封装。

public是用来修饰字段的,它表示这个字段可以被外部访问。

我们再看另一个Book类的定义:

class Book { public String name; public String author; public String isbn; public double price; }

请指出Book类的各个字段。

创建实例

定义了class,只是定义了对象模版,而要根据对象模版创建出真正的对象实例,必须用new操作符。

new操作符可以创建一个实例,然后,我们需要定义一个引用类型的变量来指向这个实例:

Person ming = new Person();

上述代码创建了一个Person类型的实例,并通过变量ming指向它。

注意区分Person ming是定义Person类型的变量ming,而new Person()是创建Person实例。

有了指向这个实例的变量,我们就可以通过这个变量来操作实例。访问实例变量可以用变量.字段,例如:

ming.name = "Xiao Ming"; // 对字段name赋值 ming.age = 12; // 对字段age赋值 System.out.println(ming.name); // 访问字段name Person hong = new Person(); hong.name = "Xiao Hong"; hong.age = 15;

上述两个变量分别指向两个不同的实例,它们在内存中的结构如下:

┌──────────────────┐ ming ──────▶│Person instance │ ├──────────────────┤ │name = "Xiao Ming"│ │age = 12 │ └──────────────────┘ ┌──────────────────┐ hong ──────▶│Person instance │ ├──────────────────┤ │name = "Xiao Hong"│ │age = 15 │ └──────────────────┘

两个instance拥有class定义的nameage字段,且各自都有一份独立的数据,互不干扰。

注意一个Java源文件可以包含多个类的定义,但只能定义一个public类,且public类名必须与文件名一致。如果要定义多个public类,必须拆到多个Java源文件中。(类似于c中只能有一个main函数)

一个class可以包含多个field,例如,我们给Person类就定义了两个field

class Person { public String name; public int age; }

但是,直接把fieldpublic暴露给外部可能会破坏封装性。比如,代码可以这样写:

显然,直接操作field,容易造成逻辑混乱。为了避免外部代码直接去访问field,我们可以用private修饰field,拒绝外部访问:

class Person { private String name; private int age; }

试试private修饰的field有什么效果:

// private field public class Main { public static void main(String[] args) { Person ming = new Person(); ming.name = "Xiao Ming"; // 对字段name赋值 ming.age = 12; // 对字段age赋值 } } class Person { private String name; private int age; }

是不是编译报错?把访问field的赋值语句去了就可以正常编译了。

fieldpublic改成private,外部代码不能访问这些field,那我们定义这些field有什么用?怎么才能给它赋值?怎么才能读取它的值?

所以我们需要使用方法(method)来让外部代码可以间接修改field

// private field public class Main { public static void main(String[] args) { Person ming = new Person(); ming.setName("Xiao Ming"); // 设置name ming.setAge(12); // 设置age System.out.println(ming.getName() + ", " + ming.getAge()); } } class Person { private String name; private int age; public String getName() { return this.name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public int getAge() { return this.age; } public void setAge(int age) { if (age < 0 || age > 100) { throw new IllegalArgumentException("invalid age value"); } this.age = age; } }

虽然外部代码不能直接修改private字段,但是,外部代码可以调用方法setName()setAge()来间接修改private字段。在方法内部,我们就有机会检查参数对不对。比如,setAge()就会检查传入的参数,参数超出了范围,直接报错。这样,外部代码就没有任何机会把age设置成不合理的值。

setName()方法同样可以做检查,例如,不允许传入null和空字符串:

public void setName(String name) { if (name == null || name.isBlank()) { throw new IllegalArgumentException("invalid name"); } this.name = name.strip(); // 去掉首尾空格 }

同样,外部代码不能直接读取private字段,但可以通过getName()getAge()间接获取private字段的值。

所以,一个类通过定义方法,就可以给外部代码暴露一些操作的接口,同时,内部自己保证逻辑一致性。

调用方法的语法是实例变量.方法名(参数);。一个方法调用就是一个语句,所以不要忘了在末尾加;。例如:ming.setName("Xiao Ming");

定义方法

从上面的代码可以看出,定义方法的语法是:

修饰符 方法返回类型 方法名(方法参数列表) { 若干方法语句; return 方法返回值; }

方法返回值通过return语句实现,如果没有返回值,返回类型设置为void,可以省略return

private方法

public方法,自然就有private方法。和private字段一样,private方法不允许外部调用,那我们定义private方法有什么用?

定义private方法的理由是内部方法是可以调用private方法的。例如:

// private method public class Main { public static void main(String[] args) { Person ming = new Person(); ming.setBirth(2008); System.out.println(ming.getAge()); } } class Person { private String name; private int birth; public void setBirth(int birth) { this.birth = birth; } public int getAge() { return calcAge(2019); // 调用private方法 } // private方法: private int calcAge(int currentYear) { return currentYear - this.birth; } }

观察上述代码,calcAge()是一个private方法,外部代码无法调用,但是,内部方法getAge()可以调用它。

此外,我们还注意到,这个Person类只定义了birth字段,没有定义age字段,获取age时,通过方法getAge()返回的是一个实时计算的值,并非存储在某个字段的值。这说明方法可以封装一个类的对外接口,调用方不需要知道也不关心Person实例在内部到底有没有age字段。

this变量(像指针)

在方法内部,可以使用一个隐含的变量this,它始终指向当前实例。因此,通过this.field就可以访问当前实例的字段。

如果没有命名冲突,可以省略this。例如:

class Person { private String name; public String getName() { return name; // 相当于this.name } }

但是,如果有局部变量和字段重名,那么局部变量优先级更高,就必须加上this

class Person { private String name; public void setName(String name) { this.name = name; // 前面的this不可少,少了就变成局部变量name了 } }

方法参数

方法可以包含0个或任意个参数。方法参数用于接收传递给方法的变量值。调用方法时,必须严格按照参数的定义一一传递。例如:

class Person { ... public void setNameAndAge(String name, int age) { ... } }

调用这个setNameAndAge()方法时,必须有两个参数,且第一个参数必须为String,第二个参数必须为int

Person ming = new Person(); ming.setNameAndAge("Xiao Ming"); // 编译错误:参数个数不对 ming.setNameAndAge(12, "Xiao Ming"); // 编译错误:参数类型不对

参数绑定

调用方把参数传递给实例方法时,调用时传递的值会按参数位置一一绑定。

那什么是参数绑定?

我们先观察一个基本类型参数的传递:

// 基本类型参数绑定 public class Main { public static void main(String[] args) { Person p = new Person(); int n = 15; // n的值为15 p.setAge(n); // 传入n的值 System.out.println(p.getAge()); // 15 n = 20; // n的值改为20 System.out.println(p.getAge()); // 15还是20? } } class Person { private int age; public int getAge() { return this.age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } }

运行代码,从结果可知,修改外部的局部变量n,不影响实例page字段,原因是setAge()方法获得的参数,复制了n的值,因此,p.age和局部变量n互不影响。

结论:基本类型参数的传递,是调用方值的复制。双方各自的后续修改,互不影响。

我们再看一个传递引用参数的例子:

// 引用类型参数绑定 public class Main { public static void main(String[] args) { Person p = new Person(); String[] fullname = new String[] { "Homer", "Simpson" }; p.setName(fullname); // 传入fullname数组 System.out.println(p.getName()); // "Homer Simpson" fullname[0] = "Bart"; // fullname数组的第一个元素修改为"Bart" System.out.println(p.getName()); // "Homer Simpson"还是"Bart Simpson"? } } class Person { private String[] name; public String getName() { return this.name[0] + " " + this.name[1]; } public void setName(String[] name) { this.name = name; } }

注意到setName()的参数现在是一个数组。一开始,把fullname数组传进去,然后,修改fullname数组的内容,结果发现,实例p的字段p.name也被修改了!

结论

引用类型参数的传递,调用方的变量,和接收方的参数变量,指向的是同一个对象。双方任意一方对这个对象的修改,都会影响对方(因为指向同一个对象嘛)。

有了上面的结论,我们再看一个例子:

// 引用类型参数绑定 public class Main { public static void main(String[] args) { Person p = new Person(); String bob = "Bob"; p.setName(bob); // 传入bob变量 System.out.println(p.getName()); // "Bob" bob = "Alice"; // bob改名为Alice System.out.println(p.getName()); // "Bob"还是"Alice"? } } class Person { private String name; public String getName() { return this.name; } public void setName(String name) { this.name = name; } }

不要怀疑引用参数绑定的机制,试解释为什么上面的代码两次输出都是"Bob"。(类似于局部变量和全局变量)

小结

  • 方法可以让外部代码安全地访问实例字段;

  • 方法是一组执行语句,并且可以执行任意逻辑;

  • 方法内部遇到return时返回,void表示不返回任何值(注意和返回null不同);

  • 外部代码通过public方法操作实例,内部代码可以调用private方法;

  • 理解方法的参数绑定。

三最后一语

假期学习总是困难的,我也需要克服,大家也一起开始学习吧

勇敢点,让你成为你自己的一切。寻求你的真理;构建你的人生,美丽的人生;坚强起来,不顾一切地寻找自己。
—— 西蒙娜·德·波伏娃 《青春手记》

感谢观看,共勉!!

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