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JAVA程序设计语言讲座



                             第 一 部 分 Java入 门

                        第 六 章 　 对 象 、 类 、 包 和 接 口

                     　　　　　　　　　　　　　　郁欣　孙元　王曦东　王克宏



     在 前 面 几 章 中 ,我 们 对 Java的 简 单 数 据 类 型 、 数 组 、 运 算 符
和 表 达 式 以 及 流 控 制 方 法
作 了 详 细 的 介 绍 。 从 现 在 开 始 ,我 们 要 深 入 到 面 向 对 象 的 编 程
技 术 ,深 入 到 Java最 吸 引 人 的
地 方 。 本 章 中 ,我 们 首 先 讲 述 面 向 对 象 程 序 设 计 的 基 本 概 念 及
特 点 ,然 后 讨 论 Java中 的 类 、
对 象 、 包 和 接 口 ,最 后 进 行 小 结 ,给 出 一 个 完 整 的 Java文 件 的 格 式
 。

                                   § 6.1 面 向 对 象 的 程 序 设 计

     面 向 过 程 的 程 序 设 计 方 法 从 解 决 问 题 的 每 一 个 步 骤 入 手 ,它
 适 合 于 解 决 比 较 小 的 简 单
问 题 。 C语 言 采 用 面 向 过 程 的 程 序 设 计 模 型 ,但 是 由 于 C本 身 几 乎
 没 有 支 持 代 码 重 用 的 语 言
结 构 ,并 且 缺 乏 统 一 的 接 口 ,使 得 当 程 序 的 规 模 达 到 一 定 程 度 时
,程 序 员 很 难 控 制 其 复 杂 性
。

     面 向 对 象 的 程 序 设 计 方 法 则 按 照 现 实 世 界 的 特 点 来 管 理 复
 杂 的 事 物 ,把 它 们 抽 象 为 对
象 ,具 有 自 己 的 状 态 和 行 为 ,通 过 对 消 息 的 反 应 来 完 成 一 定 的 任
 务 。

     6.1.1 对 象 、 类 和 消 息

     一 个 对 象 就 是 变 量 和 相 关 的 方 法 的 集 合 ,其 中 变 量 表 明 对 象
 的 状 态 ,方 法 表 明 对 象 所
具 有 的 行 为 ,下 图 表 示 了 一 个 对 象 的 特 征 :

     从 图 中 可 以 看 出 ,一 个 对 象 的 变 量 构 成 这 个 对 象 的 核 心 ,包
围 在 它 外 面 的 方 法 使 这 个
对 象 和 其 它 对 象 分 离 开 来 。 例 如 :我 们 可 以 把 汽 车 抽 象 为 一 个
对 象 ,用 变 量 来 表 示 它 当 前 的
状 态 ,如 速 度 、 油 量 、 型 号 、 所 处 的 位 置 等 ,它 的 行 为 则 可 以 有
 加 速 、 刹 车 、 换 挡 等 。 我
们 操 纵 汽 车 时 ,不 用 去 考 虑 汽 车 内 部 各 个 零 件 如 何 运 作 的 细 节
,而 只 需 根 据 汽 车 可 能 的 行
为 使 用 相 应 的 方 法 即 可 。 实 际 上 ,面 向 对 象 的 程 序 设 计 实 现 了
对 对 象 的 封 装 ,使 我 们 不 必
关 心 对 象 的 行 为 是 如 何 实 现 的 这 样 一 些 细 节 。 通 过 对 对 象 的 封
 装 ,实 现 了 模 块 化 和 信 息 隐
藏 ,有 利 于 程 序 的 可 移 植 性 和 安 全 性 ,同 时 也 利 于 对 复 杂 对 象 的
 管 理 。

     对 象 之 间 必 须 要 进 行 交 互 来 实 现 复 杂 的 行 为 。 例 如 ,要 使 汽
 车 加 速 ,必 须 发 给 它 一 个
消 息 ,告 诉 它 进 行 何 种 动 作 (这 里 是 加 速 )以 及 实 现 这 种 动 作 所 需
 的 参 数 (这 里 是 需 要 达 到 的
速 度 等 )。 下 图 表 示 了 对 象 A与 对 象 B间 的 消 息 传 递 过 程 。

     从 图 中 可 以 看 出 ,一 个 消 息 包 含 三 个 方 面 的 内 容 :

     ● 　 消 息 的 接 收 者

     ● 　 接 收 对 象 应 采 用 的 方 法

     ● 　 方 法 所 需 要 的 参 数 。

     同 时 ,接 收 消 息 的 对 象 在 执 行 相 应 的 方 法 后 ,可 能 会 给 发 送
消 息 的 对 象 返 回 一 些 信 息
(如 上 例 中 ,汽 车 的 仪 表 上 会 出 现 已 经 达 到 的 速 度 等 )。

     由 于 任 何 一 个 对 象 的 所 有 行 为 都 可 以 用 方 法 来 描 述 ,通 过 消
 息 机 制 就 可 以 完 全 实 现 对
象 之 间 的 交 互 ,同 时 ,处 于 不 同 处 理 过 程 甚 至 不 同 主 机 的 对 象 间
 也 可 以 通 过 消 息 实 现 交 互
。

     上 面 所 说 的 对 象 是 一 个 具 体 的 事 物 ,例 如 每 辆 汽 车 都 是 一 个
 不 同 的 对 象 。 但 是 多 个 对
象 常 常 具 有 一 些 共 性 ,如 所 有 的 汽 车 都 有 轮 子 、 方 向 盘 、 常 具
有 一 些 共 性 ,如 所 有 的 汽 车
都 有 轮 子 、 方 向 盘 、 刹 车 装 置 等 。 于 是 我 们 抽 象 出 一 类 对 象 的
 共 性 ,这 就 是 类 。 类 中 定 义
一 类 对 象 共 有 的 变 量 和 方 法 。 把 一 个 类 实 例 化 即 生 成 该 类 的 一
 个 对 象 。 比 如 我 们 可 以 定
义 一 个 汽 车 类 来 描 述 所 有 汽 车 的 共 性 。 通 过 类 的 定 义 人 们 可 以
 实 现 代 码 的 复 用 。 我 们 不
用 去 描 述 每 一 个 对 象 (如 某 辆 汽 车 ),而 是 通 过 创 建 类 (如 汽 车 类
)的 一 个 实 例 来 创 建 该 类 的 一
个 对 象 ,这 大 大 减 化 了 软 件 的 设 计 。

     6.1.2 继 承

     通 过 对 象 、 类 ,我 们 实 现 了 封 装 ,通 过 子 类 我 们 可 以 实 现 继
承 。

     对 于 上 例 来 说 ,公 共 汽 车 、 出 租 车 、 货 车 等 都 是 汽 车 ,但 它
们 是 不 同 的 汽 车 ,除 了 具 有
汽 车 的 共 性 外 ,它 们 还 具 有 自 己 的 特 点 (如 不 同 的 操 作 方 法 ,不 同
 的 用 途 等 )。 这 时 我 们 可 以
把 它 们 作 为 汽 车 的 子 类 来 实 现 ,它 们 继 承 父 类 (汽 车 )的 所 有 状 态
 和 行 为 ,同 时 增 加 自 己 的 状
态 和 行 为 。 通 过 父 类 和 子 类 ,我 们 实 现 了 类 的 的 层 次 ,可 以 从 最
 一 般 的 类 开 始 ,逐 步 特 殊 化
,定 义 一 系 列 的 子 类 。 同 时 ,通 过 继 承 也 实 现 了 代 码 的 复 用 , 使
程 序 的 复 杂 性 线 性 地 增 长 ,而
不 是 呈 几 何 级 数 增 长 。

     在 C++中 支 持 多 重 继 承 ,即 一 个 类 可 以 继 承 多 个 父 类 ,这 使 得
对 象 的 实 现 变 得 非 常 复 杂
且 不 可 预 料 (设 想 多 个 父 类 拥 有 某 些 相 同 的 变 量 和 方 法 )。 Java则
 只 支 持 单 一 继 承 ,大 大 降 低
了 复 杂 度 。 在 Java中 通 过 接 口 可 以 实 现 多 重 继 承 ,但 接 口 的 概 念
 更 简 单 ,使 用 更 方 便 ,而 且 不
仅 仅 限 于 继 承 ,它 使 多 个 不 相 关 的 类 可 以 具 有 相 同 的 方 法 。

     6.1.3 多 态

     Java通 过 方 法 重 写 和 方 法 重 载 来 实 现 多 态 。

     通 过 方 法 重 写 ,一 个 类 中 可 以 有 多 个 具 有 相 同 名 字 的 方 法 ,
 由 传 递 给 它 们 的 不 同 个 数
和 类 型 的 参 数 来 决 定 使 用 哪 种 方 法 ,这 就 是 多 态 。 例 如 ,对 于 一
 个 作 图 的 类 ,它 有 一 个
draw()方 法 用 来 画 图 或 输 出 文 字 ,我 们 可 以 传 递 给 它 一 个 字 符 串
、 一 个 矩 形 、 一 个 圆 形 ,甚
至 还 可 以 再 指 定 作 图 的 初 始 位 置 、 图 形 的 颜 色 等 ,对 于 每 一 种
实 现 ,只 需 实 现 一 个 新 的
draw()方 法 即 可 ,而 不 需 要 新 起 一 个 名 字 , 这 样 大 大 简 化 了 方 法 的
 实 现 和 调 用 ,程 序 员 和 用 户
都 不 需 要 记 住 很 多 的 方 法 名 ,只 需 要 传 入 相 应 的 参 数 即 可 。

     通 过 方 法 重 载 ,子 类 可 以 重 新 实 现 父 类 的 某 些 方 法 ,使 其 具
有 自 己 的 特 征 。 例 如 对 于
汽 车 类 的 加 速 方 法 ,其 子 类 (如 赛 车 )中 可 能 增 加 了 一 些 新 的 部 件
 来 改 善 提 高 加 速 性 能 ,这 时
可 以 在 赛 车 类 中 重 载 父 类 的 加 速 方 法 。 重 载 隐 藏 了 父 类 的 方 法
 ,使 子 类 拥 有 自 己 具 体 实 现
,更 进 一 步 表 明 了 与 父 类 相 比 ,子 类 所 具 有 的 特 殊 性 。

     本 节 中 ,我 们 对 面 向 对 象 程 序 设 计 的 一 些 基 本 内 容 作 了 讲 解
 ,下 面 我 们 就 分 别 讲 述
Java是 如 何 实 现 这 些 内 容 的 。

                                             § 6.2 类

     类 是 组 成 Java程 序 的 基 本 要 素 。 它 封 装 了 一 类 对 象 的 状 态 和
 方 法 ,是 这 一 类 对 象 的 原
型 。 在 前 几 章 的 例 子 中 ,我 们 已 经 定 义 了 一 些 简 单 的 类 ,如
Hellowo rldApp类 。

    public class HelloWorldApp{
          public static void main( String args[ ] ){
                System.out.println("Hello World !");
          }
    }
    可以看出,一个类的实现包含两部分的内容:
    classDeclaration {
          classBody
    }


     下 面 我 们 分 别 对 每 一 部 分 详 细 讲 述 。

     6.2.1 类 声 明

     一 个 最 简 单 的 类 声 明 如 下 :

    class className {
          ……
    }
    例如:
    class Point{
          ……
    }


     同 时 ,在 类 声 明 中 还 可 以 包 含 类 的 父 类 ,类 所 实 现 的 接 口 以
及 修 饰 符 public、 abstract或
final。 　 我 们 将 分 别 在 后 面 的 几 节 中 介 绍 。

     6.2.2 类 体

     类 体 中 定 义 了 该 类 所 有 的 变 量 和 该 类 所 支 持 的 方 法 。 通 常
 变 量 在 方 法 前 定 义 (并 不 一
定 要 求 ),如 下 所 示 :

    class className {
    memberVariableDeclarations
    methodDeclarations
    }


     下 例 定 义 了 一 个 Point类 ,并 且 声 明 了 它 的 两 个 变 量 x、 y坐 标
,同 时 实 现 init()方 法 对 x、 y赋
初 值 。

     例 6.1

    class Ponit {
    int x,y;
    void init(int ix, int iy){
    x=ix;
    y=iy;
    }
    }


     类 中 所 定 义 的 变 量 和 方 法 都 是 类 的 成 员 。 对 类 的 成 员 可 以
 设 定 访 问 权 限 ,来 限 定 其 它
对 象 对 它 的 访 问 ,访 问 权 限 所 以 有 以 下 几 种 :private, protected,
publi c, friendly。 我 们 将 在 § 6.6中 详 细
讨 论 。

     同 时 ,对 类 的 成 员 来 说 ,又 可 以 分 为 实 例 成 员 和 类 成 员 两 种
。 我 们 在 § 6.8中 详 细 讨 论 。

     6.2.3 成 员 变 量

     最 简 单 的 成 员 变 量 的 声 明 为 :

     type variableName;

     如 在 例 6.1中 所 声 明 的 变 量 ,int x,y;

     成 员 变 量 的 类 型 可 以 是 Java中 的 任 意 数 据 类 型 包 括 简 单 类 型
 、 数 组 、 类 和 接 口 。 在 一
个 类 中 ,成 员 变 量 应 该 是 唯 一 的 ,但 是 成 员 变 量 的 名 字 可 以 和 类
 中 某 个 方 法 的 名 字 相 同 ,例
如 :

    class Point{
           int x,y;
          int x(){
                 return x;
           }
    }


     其 中 ,方 法 x()和 变 量 x具 有 相 同 的 名 字 。

     类 的 成 员 变 量 和 在 方 法 中 所 声 明 的 局 部 变 量 是 不 同 的 ,成 员
 变 量 的 作 用 域 是 整 个 类
,而 局 部 变 量 的 作 用 域 只 是 方 法 内 部 。

     对 一 个 成 员 变 量 ,我 们 还 可 以 限 定 它 的 访 问 权 限 (见 § 6.6),用
 static限 定 它 为 类 变 量 (见 §
6.7),或 者 用 以 下 的 修 饰 符 限 定 :

     final:用 来 声 明 一 个 常 量 ,如 :

    class FinalVar{
            final int CONSTANT = 50;
            ……
    }


     例 中 声 明 了 常 量 CONSTANT, 并 赋 值 为 50。 对 于 用 final限 定 的 常
量 ,在 程 序 中 不 能 改 变 它
的 值 。 通 常 常 量 名 用 大 写 字 母 。

      (未 完 待 续 )


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※ 来源:．饮水思源 bbs.sjtu.edu.cn．[FROM: 202.112.26.40]
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