【從零開始java學習|第十篇】面向對象

目錄

一、面向對象介紹

二、類和對象

1. 類（Class）：對象的模板

2. 對象（Object）：類的實例

三、封裝

1. 封裝的概念

2. 封裝的優勢

四、就近原則和 this 關鍵字

1. 就近原則

2. this 關鍵字

五、構造方法

1. 構造方法的作用

2. 構造方法的特點

3. 默認構造方法

六、標準的 JavaBean 類

七、對象內存圖（三種情況）

1. 單個對象的內存圖

2. 兩個對象的內存圖

3. 兩個引用指向同一對象

八、基本數據類型和引用數據類型（面向對象視角）

九、this 的內存原理

十、成員變量和局部變量

總結

一、面向對象介紹

面向對象編程（OOP）是一種以 "對象" 為核心的編程思想，它將現實世界中的事物抽象為程序中的 "對象"，通過對象之間的交互完成功能。

與面向過程的區別：

  • 面向過程：關注 "步驟"，如 "先做什么，再做什么"（例：按步驟實現登錄功能）
  • 面向對象：關注 "對象"，如 "用戶對象"" 登錄界面對象 "，通過對象協作完成功能

面向對象三大特征：

  • 封裝：隱藏對象內部細節，只暴露必要接口
  • 繼承：實現類之間的代碼復用
  • 多態：同一行為的不同表現形式

優勢：代碼更易維護、擴展，更符合人類對現實世界的認知。

二、類和對象

1. 類（Class）：對象的模板

類是對同一類事物的抽象描述，包含這類事物的屬性（數據）和方法（行為）。

// 類的定義：描述"學生"這類事物
public class Student {// 屬性（成員變量）：學生的特征String name;int age;// 方法：學生的行為public void study() {System.out.println(name + "正在學習");}
}

2. 對象（Object）：類的實例

對象是類的具體 "實例"，是真實存在的個體。通過new關鍵字創建對象。

public class Test {public static void main(String[] args) {// 創建對象：類名 對象名 = new 類名();Student stu1 = new Student();// 給對象的屬性賦值stu1.name = "張三";stu1.age = 18;// 調用對象的方法stu1.study(); // 輸出：張三正在學習// 再創建一個對象（另一個實例）Student stu2 = new Student();stu2.name = "李四";stu2.study(); // 輸出：李四正在學習}
}

類與對象的關系：類是模板，對象是根據模板創建的具體實例（如 "汽車圖紙" 與 "具體的汽車"）。

三、封裝

封裝是面向對象的三大特征之一，此外還有繼承和多態。封裝的作用是在拿到一個需求之后，告訴我們如何正確的設計對象的屬性和方法。

1. 封裝的概念

封裝是指隱藏對象的內部細節（如屬性值），只通過公共方法對外提供訪問和修改的接口。

實現方式：

  • 用private修飾屬性（私有屬性，僅本類可見）
  • 提供public的getter（獲取屬性值）和setter（修改屬性值）方法
public class Person {// 私有屬性：外部不能直接訪問private String name;private int age;// getter：獲取namepublic String getName() {return name;}// setter：修改namepublic void setName(String n) {name = n; // 可在此處添加驗證邏輯}// getter：獲取agepublic int getAge() {return age;}// setter：修改age，添加合法性驗證public void setAge(int a) {if (a > 0 && a < 150) { // 年齡必須在合理范圍age = a;} else {System.out.println("年齡不合法");}}
}

2. 封裝的優勢

  • 保護數據安全（如限制年齡范圍）
  • 隱藏實現細節（外部無需知道屬性如何存儲）
  • 便于修改內部實現（不影響外部調用）

3. private關鍵字

  • 是一個權限修飾符
  • 可以修飾成員(成員變量和成員方法
  • 被private修飾的成員只能在本類中才能訪問

示例：

四、就近原則和 this 關鍵字

1.局部變量與成員變量

(1). 成員變量（Member Variable）

  • 定義位置：直接在類體中聲明，但在任何方法、構造器或代碼塊之外。

  • 生命周期：隨著對象的創建而創建，隨著對象的銷毀而銷毀。

  • 存儲位置：存在于堆內存的對象內部。

  • 作用域：整個類內部都可見（受訪問修飾符限制）。

  • 默認值：系統會自動賦予默認值（如 int 默認為 0，引用類型默認為 null）。

  • 示例

    public class Dog {String name = "旺財"; // 成員變量
}

(2). 局部變量（Local Variable）

  • 定義位置：在方法、構造器、代碼塊或方法的參數列表中聲明。

  • 生命周期：從聲明處開始，到所在代碼塊執行結束時銷毀。

  • 存儲位置：存在于棧內存中。

  • 作用域：僅在聲明它的代碼塊（方法、循環、條件語句等）內部可見。

  • 默認值：沒有默認值，必須顯式初始化后才能使用。

  • 示例

    public void bark() {String name = "小白"; // 局部變量
}
特性成員變量局部變量
定義位置類中方法外方法、構造器或代碼塊內
生命周期與對象相同與方法/代碼塊相同
存儲位置堆內存棧內存
作用域整個類（受訪問控制修飾符限制）聲明它的代碼塊內
默認值有（系統自動賦值）無（必須手動初始化）
命名沖突處理被局部變量覆蓋（就近原則）優先使用局部變量

2. 就近原則

當方法中出現局部變量與成員變量同名時，優先使用局部變量（離引用位置更近）。

因為當局部變量與成員變量同名時，在局部變量的作用域內，局部變量會“遮蔽”成員變量。若需訪問被遮蔽的成員變量，需使用 this 關鍵字。

public class Dog {String name = "旺財"; // 成員變量public void bark() {String name = "小白"; // 局部變量System.out.println(name + "在叫"); // 輸出：小白在叫（就近使用局部變量）}
}

3. this 關鍵字

this代表當前對象的引用，用于：

  • 區分同名的局部變量和成員變量
  • 調用本類的其他方法或構造方法
public class Cat {String name; // 成員變量// 用this區分局部變量和成員變量public void setName(String name) {this.name = name; // this.name指成員變量，name指局部變量}public void eat() {System.out.println(this.name + "在吃"); // this可省略（無同名局部變量時）}
}

五、構造方法

1. 構造方法的作用

初始化對象（給對象的屬性賦初始值），在創建對象時自動調用。

2. 構造方法的特點

  • 方法名與類名完全相同
  • 沒有返回值類型（連void都不能寫）
  • 不能被static、final等修飾
public class Book {String title;double price;// 無參構造方法public Book() {System.out.println("創建了一本書");}// 帶參構造方法：初始化時直接賦值public Book(String t, double p) {title = t;price = p;}
}// 調用構造方法
public class Test {public static void main(String[] args) {Book b1 = new Book(); // 調用無參構造Book b2 = new Book("Java編程", 59.9); // 調用帶參構造}
}

3. 默認構造方法

  • 如果類中沒有定義任何構造方法，編譯器會自動生成一個無參構造方法
  • 如果手動定義了構造方法，默認無參構造會失效（如需使用需手動添加）

六、標準的 JavaBean 類

JavaBean 是一種規范的類，用于封裝數據，遵循以下規則：

  1. 成員變量私有（private）
  2. 提供無參構造方法
  3. 提供getter和setter方法
  4. 可根據需要重寫toString()（方便打印對象信息）
public class User {// 1. 私有成員變量private String username;private String password;private int age;// 2. 無參構造public User() {}// 3. 帶參構造（可選）public User(String username, String password, int age) {this.username = username;this.password = password;this.age = age;}// 4. getter和setterpublic String getUsername() {return username;}public void setUsername(String username) {this.username = username;}public String getPassword() {return password;}public void setPassword(String password) {this.password = password;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}// 5. 重寫toString()（可選）@Overridepublic String toString() {return "User{username='" + username + "', age=" + age + "}";}
}

七、對象內存圖（三種情況）

1. 單個對象的內存圖

棧內存                 堆內存
+----------+          +----------------+
| 引用變量 |          | 對象（User）   |
| u ------+----------> username: null |
+----------+          | password: null|| age: 0        |+----------------+
  • 引用變量（u）存于棧中，指向堆中的對象
  • 對象的屬性在堆中，有默認值（引用類型為null，基本類型為對應默認值）

2. 兩個對象的內存圖

棧內存                 堆內存
+----------+          +----------------+
| u1 ------+----------> username: "張三"|
+----------+          | age: 18        |
| u2 ------+----------+----------------+
+----------+          | username: "李四"|| age: 20        |+----------------+
  • 兩個引用變量指向堆中不同對象，屬性各自獨立

3. 兩個引用指向同一對象

棧內存                 堆內存
+----------+          +----------------+
| u1 ------+----------> username: "張三"|
+----------+          | age: 18        |
| u2 ------+----------+----------------+
+----------+
  • u1和u2指向同一對象，修改u1的屬性會影響u2

八、基本數據類型和引用數據類型（面向對象視角）

類型存儲方式在對象中的表現
基本數據類型棧中直接存值對象的屬性值直接存在堆中
引用數據類型棧中存地址，堆中存值對象的屬性存地址，指向另一對象
public class Person {int age; // 基本類型：值直接存在Person對象中String name; // 引用類型：存地址，指向堆中的字符串對象
}

九、this 的內存原理

this是當前對象的引用，本質上是方法的一個隱藏參數，在創建對象時自動綁定到該對象。

public class Car {String color;public void setColor(String color) {this.color = color; // this指向調用該方法的對象}
}// 調用時
Car c = new Car();
c.setColor("紅色"); // 實際執行：setColor(c, "紅色")，this就是c

內存中：this與對象的引用變量（如c）存儲相同的地址，指向堆中的同一個對象。

十、成員變量和局部變量

區別成員變量局部變量
定義位置類中，方法外方法內、方法參數、代碼塊中
作用域整個類僅在定義的方法 / 代碼塊中
默認值有默認值（如 int 為 0，對象為 null）無默認值，必須初始化后使用
內存位置堆內存（對象中）棧內存（方法棧幀中）
生命周期隨對象創建而存在，隨對象銷毀而消失隨方法調用而存在，隨方法結束而消失
public class VariableDemo {int memberVar = 10; // 成員變量public void method() {int localVar = 20; // 局部變量System.out.println(memberVar + localVar);}
}

總結

面向對象編程是 Java 的核心思想，其核心是類和對象：類是模板，對象是實例。通過封裝保護數據，利用構造方法初始化對象，遵循JavaBean 規范實現標準化封裝。

理解this關鍵字、成員與局部變量的區別、數據類型的存儲差異，以及對象在內存中的表現，是掌握面向對象編程的基礎。這些概念為后續學習繼承和多態奠定了重要基礎。

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