Java程序设计系列讲座-2OOP之封装性.PPT

1、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: ,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

2、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OOPObject Oriented Programming,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（member variable）表示属性，一组成员函数（member method）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：

3、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-Part I 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

4、变量来存储这三个部份，例如：int hour;int minute;int second;,C程序示例,void main()int hour,minute,second; hour=12; minute=12; second=12; printf(“Time is %d:%d:%d”,hour,minute,second);,如果有很多个时间,void main()int hour1,minute1,second1;int hour2,minute2,second2;int hour3,minute3,second3;printf(“Time1 is %d:%d:%d”,hour1,minu

5、te1,second1);printf(“Time2 is %d:%d:%d”,hour2,minute2,second2);printf(“Time3 is %d:%d:%d”,hour3,minute3,second3);,如果用数组,void main()int hour100,minute100,second100;for(int i=0;ihour +;,使用示例：struct MyTime t;t = AddOneHour(t);,使用示例：struct MyTime t;AddOneHour(,关于上面两个函数的探讨,前面说过，struct MyTime已经可以看成是对象了，从上

6、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struct MyTime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,class MyTimeint hour;int minute;int second;void AddOneHour() hour+; ,使用示例：MyTime t=new MyTime();t.AddOneHo

7、ur();,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

8、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：class Point /首字母大写是Java建议的对象命名规则 int x,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

9、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 Point p;创建对象的一个实例 p = new Point();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：Point p = new Point();当然也可以隔了很多步：Point p;/* 中间有很多很多很多行，但是和p无关 */p = new Point();只有一个准则：对象在创建之前是不能使用的，所以n

10、ew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：Point p = new Point();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,class Point int x,y;public class Test public static void main(String args) Point p = new Point(); System.out.println(“p.x=”+p.

11、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dataType arrayRefVar;或 dataType arrayRefVar; 例如：d

12、ouble myList;2 创建一个数组arrayRefVar = new dataTypearraySize;如：myList = new double10;,数组入门2,声明并创建一个数组dataType arrayRefVar = new dataTypearraySize;或 dataType arrayRefVar = new dataTypearraySize;例如：double myList = new double10;,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

13、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 (int i = 0; i myList.length; i+) System.out.print( +myListi);或者（JDK1.5以上版本才支持的）for (int val : myList) System.out.print( +va

14、l);,数组入门6,数组在创建的时候可以顺便初始化，如：double myList = 1.9, 2.9, 3.4, 3.5;它相当于：double myList = new double4;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 (int i = 0; i myList.length; i+) myListi = Math.random() * 100;,数组例程2/3,数组求和double total = 0;for (int i = 0; i myList.len

15、gth; i+) total += myListi;,数组例程3/3,求数组中的最大值double max = myList0;for (int i = 1; i max) 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,public class Test public static void main(String a

16、rgs) int x = 1; / x represents an int value int y = new int10; / y represents an array of int values m(x, y); / Invoke m with arguments x and y System.out.println(x is + x); / x值不变，还是1 System.out.println(y0 is + y0); / y0值已改变，本来是0的 public static void m(int number, int numbers) number = 1001; / Assig

17、n a new value to number numbers0 = 5555; / Assign a new value to numbers0 ,数组作为函数参数3,1 public class TestPassArray 2 /* Main method */ 3 public static void main(String args) 4 int a = 1, 2; 5 6 / Swap elements using the swap method 7 System.out.println(Before invoking swap); 8 System.out.println(arra

18、y is + a0 + , + a1 + ); 9 swap(a0, a1); /值传递，返回后不改变原值10 System.out.println(After invoking swap);11 System.out.println(array is + a0 + , + a1 + );1213 / Swap elements using the swapFirstTwoInArray method14 System.out.println(Before invoking swapFirstTwoInArray);15 System.out.println(array is + a0 + ,

19、 + a1 + );16 swapFirstTwoInArray(a); /引用传递，返回后原值可能改变17 System.out.println(After invoking swapFirstTwoInArray);18 System.out.println(array is + 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 /* Swap two variables */22 public static void swap(int n1, int n2) 23 int temp = n1;24 n1 = n2;25 n2 = temp;

20、26 27 /引用传递，返回后原值可能改变28 /* Swap the first two elements in the array */29 public static void swapFirstTwoInArray(int array) 30 int temp = array0;31 array0 = array1;32 array1 = temp;33 34 ,多维数组1,二维数组的定义dataType arrayRefVar;或 dataType arrayRefVar; 例如：int matrix;或 int matrix;注意，这里仅仅说明matrix是一个二维数组，但是这个数

21、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, trian

22、gleArray4.length = 1.,多维数组4,二维数组例程1,随机数填充for (int row = 0; row matrix.length; row+) for (int column = 0; column matrixrow.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 (int row = 0; row ma

23、trix.length; row+) for (int column = 0; column matrixrow.length; column+) System.out.print(matrixrowcolumn + ); System.out.println();,二维数组例程3,数组求和int total = 0;for (int row = 0; row matrix.length; row+) for (int column = 0; column matrixrow.length; column+) total += matrixrowcolumn; ,杨辉三角的例子,public

24、class Yanghui public static void main(String args) int a=new int1010; for(int i=0;i10;i+) for(int j=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：Point p1 = new Point()

25、;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： Point p2 = new Point(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：class Point int x,y; Point(int xx, int yy) 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： Point p =

26、 new Point(1,2);不过你现在反而不能这样创建一个p了：Point p = new Point(); 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：class Point int x,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

27、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：class Point int x,y; Point() /由于Java罢工，这个函数只好自己加 Point(int xx, int yy) 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。class Point Point() x=10; y=10; Point(int xx, int yy)

28、 x=xx;y=yy; int x,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：class Point private int x,y;然后有 Point p = new Point();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：

29、class Point private int x,y; public int getX() return x; /这就是传说中的getter public void setX(int xx) 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：Point p = new Point();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, my God!还是

30、加一个函数试试，例如我们给Point加一个成员函数：public double test(double s) return x*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）Point p = new Point(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：class Point private int x,y; public double f() return test(5.0); public double test(double s

31、) return x*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

32、例子：class A public int x; public static int y; public static void f() System.out.print(x+y); 还记得怎么调用f，怎么使用x,y么？很简单：A a = new A(); /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：class Test public static void main(String args) A a = new A(); a.x = 10; a.y = 10;

33、A b = new A(); 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

34、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,class Root private int a; protected

35、float b; public double c; char d; void fun() 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 Root r = new Root();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privat

36、e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：public int getHour() return hour; public void setHour(int h) 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

37、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：MyTime t1=new MyTime(); /调用无参数的构造方法MyTime t2=new MyTime(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();

38、/默认名字为 noname，年龄为0 Person(String name); /年龄默认为0 Person(String name, int age);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t

39、hrow异常处理捕获try.catch( ExceptionName1 e ).catch( ExceptionName2 e ).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。catch语句只需要一个形式参数指明它所能够捕获的例外类型，这个类必须是Throwable的子类，运行时系统通过参数值把被抛弃的例外对象传递给catch块。,异常处理(IV), catch 语句的顺序：

40、捕获例外的顺序和catch语句的顺序有关，当捕获到一个例外时，剩下的catch语句就不再进行匹配。因此，在安排catch语句的顺序时，首先应该捕获最特殊的例外，然后再逐渐一般化。也就是一般先安排子类，再安排父类。 finally捕获例外的最后一步是通过finally语句为例外处理提供一个统一的出口，使得在控制流转到程序的其它部分以前，能够对程序的状态作统一的管理。不论在try代码块中是否发生了异常事件，finally块中的语句都会被执行。,异常处理(V),当你不希望自己处理异常时，可以尝试将其抛出，让上一级代码去catch这个棘手的问题；当然如果整个程序都没有能catch到这个异常，那这个程序只好死定了抛出异常的两种做法让方法抛出异常，方法内不处理public static void main(String args) throws IOException,IndexOutOfBoundsException主动抛出IOException e=new IOException();throw e;,