Java 语言程序设计

1. Java语言程序设计 马 皓 mah@pku.edu.cn

2. 第三章 面向对象特征 • 基本概念 • 类的定义 • 对象 • 类的继承和多态 • 接口和包 • 常用工具类

3. 基本概念 • 什么是编程语言? • 人和计算机进行交流的工具和手段 • 编程语言的发展 • 机器语言: 0101001 • 汇编语言: mov, push, add, call • 第三代语言: 高级语言,以C语言为代表,过程式编程语言(Procedural Programming Language) • 第四代语言: 非过程化/面向对象的编程语言 • 语言的发展: 抽象的过程

4. 基本概念 • 面向对象(Object Oriented-OO) • 面向对象编程(Object Oriented Programming-OOP) • 面向对象是一种软件开发的方法，“面向对象的分析与设计”(OOA&OOD—研究生课程) • 第一个面向对象的语言: Simula-67 • 第一个成功的面向对象编程语言: Smalltalk • C++, JAVA, C#, PERL等 • 用客观世界中描述事物的方法来描述程序中要解决的问题 • 万事万物都是对象 • 程序便是成堆的对象，彼此通过消息的传递，请求其他对象进行工作

5. 基本概念 • 五个基本概念 • 对象 • 类 • 封装性 • 继承性 • 多态性

6. 基本概念 • 对象 (object) • everything is an object • 现实世界的对象: 桌子、书、自行车、电视、狗、文件、表格、按钮、窗口 • 对象包含两个特性 • 状态: 指对象本身的信息(内部信息/内部变量) • 行为: 实现对信息的访问/对象的操作 • 标志: 代表对象的标识符 • 山地车的状态(两个车轮、一些齿轮、速度、挡数)，行为(刹车、加速、减速和换挡) • 书包含很多信息，拥有访问所包含信息的方法，一页一页的看，通过目录找到感兴趣的内容

7. 基本概念 • 对象 (object) • 状态变量(variables) • 行为方法(method) • 对象就是变量和相关方法的软件集合 • 一个对象可以由其他对象组合而成，窗口(按钮，菜单条，文本框，状态栏等) • 程序就是对象的集合，对象之间相互交互和通信完成任务 • 搭积木 • A program is a bunch of objects telling each other what to do by sending messages

8. 基本概念 • 类 (class) • 亚里士多德: the class of fishes and the class of birds • 现实世界中，存在很多同类的对象，很多桌子、书、自行车 • 一种原型，一种抽象，一种共性，一个模板 • Every object has a type • 实例(instance)，某类对象的一个特定实体，类是对象的一个抽象 • 表格(类) 填入不同的个人信息不同的对象

9. 基本概念 • 封装性 • 对象本身的数据得到保护/隐藏 • 其他对象仅仅需要知道对该对象的访问方法(接口/interface)即可 • 好处 • 模块化--每个对象的源文件可以是相互独立的，可以被不同的程序调用，每个对象是一块积木，可以搭建不同的形状 • 信息隐藏--通常定义一个公共接口/方法实现对对象的访问，可以调整对象的私有信息和方法，而不会对其他调用它的对象产生影响 • 可重用性 • 黑盒子 • 电脑的DIY • 喷墨打印机，硒鼓坏/彩色硒鼓

10. 基本概念 • 继承性 • 为什么会有继承？ • 建立一个类后，发现另一个新的类有相同的特性，两个选择：重新定义一个新的类；在已有类的基础上，修改(加加/减减) • 父类和子类，子类继承(拥有)父类所有的数据和方法，同时子类可以有新的数据和方法，“青出于蓝，而胜于蓝” • 树型结构(层次化结构) • 根(基类)

11. 基本概念 • 继承性 运输工具 航空运输工具 陆地运输工具 水上运输工具 人力驱动 引擎驱动 二轮 四轮 客运 货运

12. 基本概念 • 继承性 • 多重继承 类A 类B 类C 类D 类F 类G • 一个类拥有多个父类产生二义性，例类C和类D都有一个同名的方法，类G? • Java中仅仅支持单一继承，同时Java采用Interface(接口)实现多重继承而避免父类二义性

13. 基本概念 • 多态性 • 表现在继承中方法的重写 • 子类从父类继承(extends扩展)而来 • 多个子类同属一个父类，所有子类有相同的父类 • 继承父类的方法 • 在不同的子类中有不同的表现形式 • 表现在用一个类中方法的重载

14. 基本概念 • 多态性 • 多态性在继承中的表现

15. 基本概念 • 多态性 class Shape { void draw() {} void erase() {} } class Circle extends Shape { void draw() { System.out.println("Circle.draw()"); } void erase() { System.out.println("Circle.erase()"); } } class Square extends Shape { void draw() { System.out.println("Square.draw()"); } void erase() { System.out.println("Square.erase()“); } } class Triangle extends Shape { void draw() { System.out.println("Triangle.draw()"); } void erase() { System.out.println("Triangle.erase()"); } }

16. 基本概念 Circle.draw() Triangle.draw() Circle.draw() Circle.draw() Circle.draw() Square.draw() Triangle.draw() Square.draw() Square.draw() • 多态性 public class Test { public static Shape randShape() { switch((int)(Math.random() * 3)) { default: case 0: return new Circle(); case 1: return new Square(); case 2: return new Triangle(); } } public static void main(String[] args) { Shape[] s = new Shape[9]; for(int i = 0; i < s.length; i++) s[i] = randShape(); for(int i = 0; i < s.length; i++) s[i].draw(); } }

17. 第三章 面向对象特征 • 基本概念 • 类的定义 • 对象 • 类的继承和多态 • 接口和包 • 常用工具类

18. 类的定义 • 程序是对象的集合，而对象是类的实例化 • 源程序就是一个个的Java类 • Java本身提供的类(核心API) • 见Java文档中描述 • 程序员可以对其进行调用 • j2sdk1.4.1_01\jre\lib\rt.jar(22.4MB) • 程序员自己定义的类

19. 类的定义 • 类的定义格式 [类的修饰符]class类名 [extends父类名] implements[接口名] { 类型 成员变量1; 类型 成员变量2; … … … … … … 类型 成员方法1(参数1, [参数2, …]) { 方法体; } 类型 成员方法2(参数1, [参数2, …]) { 方法体; } … … … … … … }

20. 类的描述 • 类的定义格式 [类的修饰符] class类名 [extends父类名] [implements接口名] { … … … … … … } • 类的修饰符 • public: 公共类，可以被其他类所使用，declares that the class can be used by any class regardless of its package (无任何限制) • 无修饰/默认说明: a class can be used only by other classes in the same package (仅仅能在同一个包中的其他类引用) • abstract: declares that the class cannot be instantiated (宣布该类不能被实例化) • final: declares that the class cannot be subclassed (宣布该类不能有子类)

21. 类的描述 • 类的修饰符 • final -- Declares that the class cannot be subclassed.(宣布该类不能有子类) final class ChessAlgorithm { . . . } class BetterChessAlgorithm extends ChessAlgorithm { . . . } Can't subclass final classes: class ChessAlgorithm class BetterChessAlgorithm extends ChessAlgorithm { ^ 1 error

22. 类的描述 • 类的定义格式 [类的修饰符] class类名 [extends父类名] [implements 接口名] { … … … … … … } • extends: 继承的关系 • implements: 实现哪些接口(interface)的方法，实现多重继承 public class Test extends Frame implements ActionListener, ItemListener { … … … … }

23. 类的描述 • 一个简单的类 class Student { String name, stuNumber; double score1, score2, score3; void set1(String s1, String s2) { name = s1; stuNumber = s2; System.out.println(name + “ “ + stuNumber); } double setScore(double d1, double d2, double d3) { double d; score1 = d1; score2 = d2; score3 = d3; d = d1 ＋ d2 + d3; return d; } }

24. 类的描述 • 包(Package)的概念 package org.jalpha; class test { … … } • 源文件位置: “D:\src\org\jalpha\test.java” • 编译方法1: “cd D:\src\org\jalpha\” “javac test.java” • 编译方法2: “cd D:\src\” “javac org\jalpha\test.java” • class文件位置: “D:\src\org\jalpha\test.class” • 运行: “cd D:\src\” “java org.jalpha.test”

25. 类的描述 • 包(Package)的概念 • 通过包来管理类名空间 • 防止同名类名的冲突 • 层次化的结构 ABC 公司 Engine.java XYZ 公司 Engine.java 需调用Engine.java? 对个体（个人和机构） 将类文件放在不同的目录下 防止重名 org\jalpha\method1\***.java method2\***.java ABC 公司 com\abc\Engine.java XYZ 公司 com\xyz\Engine.java

26. D:\src\org\weeva\test3.java package org.weeva; import org.jalpha.*; class test3 { … … } 类的描述 • 包(Package)的概念 package org.jalpha; class test { … … } D:\src\org\jalpha\test.java D:\src\org\jalpha\test1.java D:\src\org\jalpha\test2.java

27. 类成员-变量和方法 • 对象具有状态和行为 • 成员变量定义 [访问权限修饰符] 类型 变量名; [访问权限修饰符] 类型 变量名 [=初值]; [访问权限修饰符] 类型 变量名 [=初值] [,变量名 [= 初值]…]; • 成员方法定义 [访问权限修饰符] 方法返回类型 方法名 () [throws 异常名] { 方法体; } • 类型:基本类型，复合类型(数组、类和接口)

28. 类成员变量的访问 • 访问控制修饰符 • 公共访问控制符－public • 被所有类访问 • 默认访问控制符 • 被同一包中其他类访问 • 私有访问控制符－ private • 被该类自身访问 • 保护访问控制符－ protected • 该类自身、同一个包中的其他类、其他包中的子类访问 • 私有保护访问控制符－private protected • 该类自身、所有子类访问

29. 类成员变量的访问 • 非访问控制修符 • 静态变量static • 属于类的变量 • 最终变量final • 值在程序的执行过程中不会改变 • 易失变量volatile • 可能同时被多个线程所控制和修改

30. 类成员的访问 package abc; class A { public int x; public void print() { … } } package xyz; import abc.A; class B { void test() { A a = new A(); a.x = 100; a.print(); } } • public (公共变量/公共方法) • 容许全权访问，无任何限制(先构造对象，再访问) class A { public int x; public void print() { … } } class B { void test() { A a = new A(); a.x = 100; a.print(); } } 直接访问公有变量x 和公共方法print()

31. 类成员的访问 • private (私有变量/私有方法) • 仅能在其所定义的类中被访问(先构造对象，再访问) class A { private int x; private void print() { … } } class B { void test() { A a = new A(); a.x = 100; a.print(); } } D:\>javac A.java x has private access in A a.x = 100; ^ print() has private access in A a.print(); ^ 2 errors

32. 类成员的访问 package abc; class A { protected int x; protected void print() { … } } package xyz; import abc.A; class B extends A { void test(A a, B b) { a.x = 100; a.print(); b.x = 100; b.print(); } } • protected (保护变量/保护方法) • 容许类本身、子类(有一定限制)以及同一个包中所有类访问(先构造对象，再访问) class A { protected int x; protected void print() { … } } class B { void test() { A a = new A(); a.x = 100; a.print(); } } //illegal //illegal //legal //legal

33. 类成员的访问 • 无修饰 (友好变量/友好方法) • 容许类本身以及同一个包中所有类访问 package abc; class A { int x; void print() { … } } package abc; class B { void test() { A a = new A(); a.x = 100; a.print(); } } class A { int x; void print() { … } } class B { void test() { A a = new A(); a.x = 100; a.print(); } }

34. 类成员变量的访问 • 小结 * 指子类与父类不在同一个包中的情况

35. 类成员变量 • static (静态变量/静态方法) • 类的变量/方法，独立于类的对象，可以直接根据类名调用 class S { static int A = 12, B = 34; static void print() { … } } class Test { public static void main(String args[]) { System.out.println(“A=“ + S.A + “ B=“ + S.B); S.print(); } }

36. 类成员 D:\>javac Test.java Test.java:9: non-static method print(int) cannot be referenced from a static context print(x); ^ 1 error • static (静态变量/静态方法) class Test { public void print(int x) { System.out.println(x); } public static void main(String args[]) { int x = 3; print(x); } } class Test { public void print(int x) { System.out.println(x); } public static void main(String args[]) { int x = 3; Test t = new Test(); t.print(x); } } class Test { public static void print(int x) { System.out.println(x); } public static void main(String args[]) { int x = 3; print(x); } } static方法中仅仅可以调用其他static方法

37. 类成员变量 • final 变量/方法 • final变量: 定义一个常数，即变量值不能改变 final double AVOGADRO = 6.022e23; • final类: 不能有子类 • final方法: 方法不能被重写(overriding) class ChessAlgorithm { . . . final void nextMove(ChessPiece pieceMoved, BoardLocation newLocation) { ... } . . . }

38. 类成员变量 • 小结 • 类: public, abstract, final, 无修饰, [private] • 类成员 • public • protected • private • 无修饰 • static • final

39. 类成员方法 • 方法: 对象行为的描述 • 完成某种功能的程序块 • 定义: [访问权限修饰符] 方法返回类型 方法名 () [throws 异常名] { 方法体; } • 方法参数的传递 • 变量的作用域 • 方法的重载(overloading)/重写(overriding) • 方法的递归调用

40. 类成员方法的访问 • 访问控制修饰符 • 公共访问控制符－public • 被所有类访问 • 默认访问控制符 • 被同一包中其他类访问 • 私有访问控制符－ private • 被该类自身访问 • 保护访问控制符－ protected • 该类自身、同一个包中的其他类、其他包中的子类访问 • 私有保护访问控制符－private protected • 该类自身、所有子类访问

41. 类成员方法的访问 • 非访问控制修符 • 静态方法static • 属于类的方法 • 最终方法final • 不能被子类重新定义的方法 • 抽象方法abstract • 只有方法说明，没有具体实现 • 本地方法native • 以其他语言实现方法功能 • 同步方法synchronized • 用于多线程程序中的协调和同步

42. 成员方法 • 例 class Area { double width, height; void setV(double w, double h) { width = w; height = h; } double product() { return width*height; } } class Test { public static void main(String args[]) { double d_product; Area myArea; myArea = new Area(); d_product = myArea.product(); System.out.println(“myArea的面积是: ” + d_product); } }

43. D:\>java Parameter 3 4 3 4 2 3 import java.util.Vector; class Test { private void addV(Vector v) { v.addElement("s3"); } private void addI(int i1, int i2) { i1 ++; i2 ++; } public static void main(String args[]) { int x=3, y=4; Test p = new Test(); System.out.println(x + " " + y); p.addI(x, y); System.out.println(x + " " + y); Vector c = new Vector(); c.addElement("s1"); c.addElement("s2"); System.out.println(c.size()); p.addV(c); System.out.println(c.size()); } } 成员方法 Pass by Value In Java methods, arguments are passed by value. When invoked, the method receives the value of the variable passed in. When the argument is of primitive type, pass-by-value means that the method cannot change its value. When the argument is of reference type, pass-by-value means that the method cannot change the object reference, but can invoke the object's methods and modify the accessible variables within the object. • 方法参数 形参和实参 注意1: 类型匹配 注意2: 基本类型与复合类型 参数传递的结果不同

44. class ex { int u, v; void p2(int x, int y) { int i, j; for (i=1; i<=x;i++) { j = y+i; System.out.print(j+“ ”); } } void p( ) { u=3; v=2; p2(u, v); System.out.println(); u+=v; v*=u; p2(u, v); } } class Test { public static void main(String args[]) { ex A = new ex(); A.p(); } } 成员方法 • 例 输出结果: 3 4 5 11 12 13 14 15 u=3; v=2; u=5; v=10;

45. 成员方法 • 变量的作用域(成员变量/局部变量)

46. 成员方法 • 方法的重载(overload) • 方法名相同，但方法的参数不同 方法描述 方法名(标识符) 参数类型 方法返回值 绝对值 abs(a) int int 绝对值 abs(a) long long 绝对值 abs(a) float float 绝对值 abs(a) double double … … … … … … … … public static int abs(int a) public static long abs(long a) public static float abs(float a) public static double abs(double a)

47. 成员方法 • 方法的重写(overriding) • 子类重写父类的方法 class Father { … … void display( ) { … …; } … … } class Son extends Father { … … void display() { … …; } … … } Father f = new Father(); f.display(); Son s = new Son(); s.display();

48. 构造方法 • 创建对象/实例化对象—new 例1: Apple a = new Apple(); (创建对象) 例2: Apple a; (对象的说明) a = new Apple(); (实例化对象) • 对象的实例化通过构造方法(constructor)来实现 • 构造方法的名字与类名相同 • 构造方法没有返回值 • 构造方法可以有多个，构成方法的重载(overload)

49. class Qangle { int a, h; Qangle () { a = 10; h = 20; } Qangle(int x, int y) { a = x; h = y; } Qangle(Qangle r) { a = r.width(); h = r.height(); } int width() { return a;} int height() {return h;} } class jex6_8 { public static void main(String args[]) { Qangle q1 = new Qangle(); Qangle q2 = new Qangle(20, 50); Qangle q3 = new Qangle(q1); System.out.println(q1.width() +“ ” +q1.height()); System.out.println(q2.width() +“ ” +q2.height()); System.out.println(q3.width() +“ ” +q3.height()); } } 构造方法 • 例: 对象的实例化和初始化 输出结果: • 20 20 50 10 20

50. for (int i =0; i < 5; i++) { Tree t = new Tree(i); t.info(); t.info(“my tree”); } new Tree(); 构造方法 • 再谈方法的重载(overload) class Tree { int height; Tree() { prt(“Planting a seeding”); height = 0; } Tree(int i) { prt(“Creating new Tree that is ” + i + “ feet tall”); height = i; } void info() { prt(“Tree is ” + height + “ feet height”); } void info(String s) { prt(s + “: Tree is ” + height +“ feet height”); } static void prt(String s) { System.out.println(s); } }