Java 程序设计系列讲座－ 2 面向对象程序设计

Java程序设计系列讲座－2面向对象程序设计 黄绍辉厦门大学计算机科学系 E-mail: hsh@xmu.edu.cn

面向对象程序设计（OOP）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要部分。 • 例如图上的三种车，可以做成一个类。具体到某一辆车子，就是一个具体对象。

面向对象的基本特征 • 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。

面向对象程序设计的框架 • 用对象的思想来组织程序模块。每一个程序至少有一个对象(class)； • 对象与对象之间一般是并列关系，也可以有包含关系； • 对象可以拥有两种东西：属性和服务。属性是一堆的变量，服务是一堆的函数。它们都是对象的成员，所以又叫成员变量、成员函数； • 面向对象的程序设计分两步：一是先独立创建各种对象，好好设计每个对象的属性和服务；二是在main函数中使用各个对象，让对象按照设计的流程发挥各自的作用。

先来学习怎么使用类 数组专题

数组 • Java的数组是用纯正OOP的方法设计的，所有专门有一个类，叫Array，用来实现数组的功能。 • 尽管我们刚刚知道，类和对象还是不同的，但是今后我们不太区分这两个词汇；如果要细究，可以自己结合上下文理解。 • 下面我们来学习如果使用人家做好的类，等有感觉了再来做自己的类。

数组入门－1 • 1 声明一个数组 • 数据类型[] 数组名; • or • 数据类型数组名[]; • 例如：double[] myList;int a[]; • 2 创建一个数组 • 数组名 = new 数据类型[数组长度]; • 如：myList = new double[10];

数组入门－2 • 合并前两步，声明并创建一个数组 • 数据类型[] 数组名 = new 数据类型[数组长度]; • or • 数据类型数组名[] = new 数据类型[数组长度]; • 例如：double[] myList = new double[10];int a[] = new int[10]; • 友情提醒：要使用一个对象，都需要先声明，再创建，然后才能使用，两步缺一不可；当然这两步可以合并，例如上面的例子。 • 声明的作用仅仅是弄出一个空对象（null）。

数组入门－3 • 数组在创建（new）之后，Java才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的空间，因为那时候不知道数组多大，所以只是一个空数组，无法容纳任何元素）

数组入门－4 • 任何一个数组，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[ ]，以下两个方法等价，都可以打印出数组myList的每一个元素值： for (int i = 0; i < myList.length; i++) { System.out.print(" "+myList[i]); } 或者（JDK1.5及以上版本才支持的） for (int val : myList) { System.out.print(" "+val); }

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 double[4]; • myList[0] = 1.9; • myList[1] = 2.9; • myList[2] = 3.4; • myList[3] = 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++) { myList[i] = Math.random() * 100; }

数组例程－2/3 • 数组求和 double total = 0; for (int i = 0; i < myList.length; i++) { total += myList[i]; }

数组例程－3/3 • 求数组中的最大值 double max = myList[0]; for (int i = 1; i < myList.length; i++) { if (myList[i] > max) max = myList[i]; }

复制数组－1 • 假设list1和list2都是数组，执行语句：list2 = list1 • 上述语句并不能将list1全部复制给list2，而是仅仅让list2变成list1的引用。换言之，此时list2和list1表示同一个数组，原先list2数组的元素就全被抛弃在内存的某一处，找不回来了！

复制数组－2 • 为了复制一个数组到另一个数组，可以自己写一个循环，一个一个复制。例如，有两个数组： int[] sourceArray = {2, 3, 1, 5, 10}; int[] targetArray = new int[sourceArray.length]; • 一个一个搬的例子 for (int i = 0; i < sourceArray.length; i++) { targetArray[i] = sourceArray[i]; }

总结一下 • 假设Student是一个类，要使用这个类，必须这样： • Student a, b; //先声明 • a = new Student(); b = new Student(); //再创建 • //下面可以随意折腾a和b了，它们是两个对象 • 对象之间不能通过=完成复制，例如在上面代码的基础上，使用a=b，不是把b的内容给a，而是让a和b共享b的对象；原先a的内容就被a抛弃了。

数组作为函数参数－1 • 对象（包括数组）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，仅仅是值相等而已。 • Java中，所有被用作参数的对象，都采用引用方式传递以提高效率（类似于C中的地址传递，因为Java的对象实在太大只了，所有成员都复制一遍不划算，复制对象起始地址就好）

数组作为函数参数－2 public class Test { public static void main(String[] args) { int x = 1; // x represents an int value int[] y = new int[10]; // 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("y[0] is " + y[0]);// y[0]值已改变，本来是0的 } public static void m(int number, int[] numbers) { number = 1001; // Assign a new value to number numbers[0] = 5555; // Assign a new value to numbers[0] } }

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("array is {" + a[0] + ", " + a[1] + "}"); 9 swap(a[0], a[1]);//值传递，返回后不改变原值 10 System.out.println("After invoking swap"); 11 System.out.println("array is {" + a[0] + ", " + a[1] + "}"); 12 13 // Swap elements using the swapFirstTwoInArray method 14 System.out.println("Before invoking swapFirstTwoInArray"); 15 System.out.println("array is {" + a[0] + ", " + a[1] + "}"); 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 {" + a[0] + ", " + a[1] + "}"); 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; 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 = array[0]; 31 array[0] = array[1]; 32 array[1] = temp; 33 } 34 }

再来一个例子 class ClassA { int a = 1; } publicclass Main { staticvoid f1(int a) { a++; } staticvoid f2(ClassA c) { c.a++; } publicstaticvoid main(String[] args) { ClassA c = new ClassA(); System.out.println(“a=”+c.a); //输出a=1 f1(c.a); //基本数据类型做参数，c.a不变 System.out.println("a="+c.a); //输出a=1 f2(c); //引用数据类型做参数，c改变 System.out.println("a="+c.a); //输出a=2 } }

数组作为函数返回值 • 函数的返回值是通过return带回来的，每次return可以带回一个基本类型的值（char、int等），也可以带回一个对象（例如数组）

一个例子：计算字符出现的次数 • 解题思路： • 随机生成100个小写字母，放在数组chars中；显然，这个数组的大小应该是100； • 利用counts数组存储字符出现的次数，下标0,1,2,...分别存储'a','b','c',...的次数；显然，这个数组的大小应该是26。 • 生成随机小写字母可以借助于Math.random()

关键代码－1/5 20 /** Create an array of characters */ 21 public static char[] createArray() { 22 // Declare an array of characters and create it 23 char[] chars = new char[100]; 24 25 // Create lowercase letters randomly and assign 26 // them to the array 27 for (int i = 0; i < chars.length; i++) 28 chars[i] = RandomCharacter.getRandomLowerCaseLetter(); 29 30 // Return the array 31 return chars; 32 }

关键代码－2/5 34 /** Display the array of characters */ 35 public static void displayArray(char[] chars) { 36 37 for (int i = 0; i < chars.length; i++) { 38 if ((i + 1) % 20 == 0) 39 System.out.println(chars[i] + " "); 40 else 41 System.out.print(chars[i] + " "); 42 } 43 }

关键代码－3/5 45 /** Count the occurrences of each letter */ 46 public static int[] countLetters(char[] chars) { 47 // Declare and create an array of 26 int 48 int[] counts = new int[26]; 49 50 // For each lowercase letter in the array, count it 51 for (int i = 0; i < chars.length; i++) 52 counts[chars[i] - 'a']++; 53 54 return counts; 55 }

关键代码－4/5 57 /** Display counts */ 58 public static void displayCounts(int[] counts) { 59 for (int i = 0; i < counts.length; i++) { 60 if ((i + 1) % 10 == 0) 61 System.out.println(counts[i] + " " + (char)(i + 'a')); 62 else 63 System.out.print(counts[i] + " " + (char)(i + 'a') + " "); 64 } 65 }

关键代码－5/5 3 public static void main(String args[]) { 4 // Declare and create an array 5 char[] chars = createArray(); 6 7 // Display the array 8 System.out.println("The lowercase letters are:"); 9 displayArray(chars); 10 11 // Count the occurrences of each letter 12 int[] counts = countLetters(chars); 13 14 // Display counts 15 System.out.println(); 16 System.out.println("The occurrences of each letter are:"); 17 displayCounts(counts); 18 }

多维数组－1 • 二维数组的定义 • 数据类型[][] 数组名; • or • 数据类型数组名[][]; • 例如： • int[][] matrix; • 或 int matrix[][]; • 注意，这里仅仅说明matrix是一个二维数组，但是这个数组目前是null，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。

多维数组－4 • 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 triangleArray[0].length = 5, triangleArray[1].length = 4, triangleArray[2].length = 3, triangleArray[3].length = 2, triangleArray[4].length = 1.

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 < matrix[row].length; column++) { matrix[row][column] = (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 < matrix.length; row++) { for (int column = 0; column < matrix[row].length; column++) { System.out.print(matrix[row][column] + " "); } 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 < matrix[row].length; column++) { total += matrix[row][column]; } }

一个例子：试卷评分 • 假设让计算机改卷，8张试卷和标准答案如下：

关键代码 • 学生的试卷存储在answers二维数组中，答案在keys一维数组中，则评分的代码是： 18 // Grade all answers 19 for (int i = 0; i < answers.length ; i++) { 20 // Grade one student 21 int correctCount = 0; 22 for (int j = 0; j < answers[i].length ; j++) { 23 if (answers[i][j] == keys[j]) 24 correctCount++; 25 } 26 27 System.out.println("Student " + i + "'s correct count is " + 28 correctCount); 29 }

再来学习怎么使用类 字符串专题

字符串类－1 • 字符串是Java另一个常用类。 • 创建一个字符串（三种方法均可） • String message = new String("Welcome to Java"); • String message = "Welcome to Java"; • char[] charArray = {'G', 'o', 'o', 'd'}; String message = new String(charArray);

字符串类－2 • 字符串的内容是常量，一旦创建就无法修改。 • String s = "Java"; • s = “HTML”;//友情提醒：这句是对的。但是这不是串复制，只是一个s抛弃了“Java”字符串的故事。 • 以上第2行代码仅仅修改了s的指向，但是没有改动到"Java"这个字符串本身，如图：

字符串类－3 • 正宗的字符串内容判等函数，是equals，不是==（这个符号相当于比较对象地址是否相等） • String s1 = new String("Welcome to Java"); • String s2 = "Welcome to Java"; • System.out.println("s1 == s2 is " + (s1 == s2)); • System.out.println("s1.equals(s2) is " + (s1.equals(s2))); • 字符串内容比较函数，用compareTo • s1.compareTo(s2)，其返回值相当于s1-s2，相等为0

字符串类－4 • 字符串长度函数length() • String message = new String("Welcome to Java"); • int len = message.length(); • 注意：数组也有长度的概念，但是数组的长度被设计为数组的属性而不是函数。 • int[] arr = new int[5]; • int len = arr.length; • 取字符串的单个字符charAt() • message.charAt(index) 下标范围是0..s.length()–1

字符串类－5 • 字符串拼接concat()或者+ • String s3 = s1.concat(s2); • 等价于：String s3 = s1 + s2; • 截取子串substring • String message = "Welcome to Java".substring(0, 11) + "HTML"; //相当于从0开始，到11为止的子串（不包括11） • 如果没有提供endIndex，相当于截取到串尾

字符串类－6 • 字符串转换 • "Welcome". toLowerCase() //返回welcome • "Welcome". toUpperCase() //返回WELCOME • " Welcome". trim() //返回Welcome • "Welcome". replace('e', 'A') //返回WAlcomA • "Welcome". replaceFirst("e", "A") //返回WAlcome • "Welcome". replaceAll("e", "A") //返回WAlcomA

字符串类－7 • 查找指定的字符或者子串 • indexOf(char ch) //查找指定字符，返回下标 • lastIndexOf(char ch) //同上，但是逆向查找 • indexOf(int ch, int fromIndex) 从下标fromIndex开始查找指定字符 • lastIndexOf(int ch, int endIndex) 同上，但是从下标endIndex开始逆向查找 • 以上函数都有字符串版本，把参数换成String就可以了。如果查找失败，返回值都是-1。因为这是个无效的下标。

字符串类－8 • "Welcome to Java".indexOf('W') returns 0. • "Welcome to Java".indexOf('o') returns 4. • "Welcome to Java".indexOf('o', 5) returns 9. • "Welcome to Java".indexOf("come") returns 3. • "Welcome to Java".indexOf("Java", 5) returns 11. • "Welcome to Java".indexOf("java", 5) returns -1. • "Welcome to Java".lastIndexOf('W') returns 0. • "Welcome to Java".lastIndexOf('o') returns 9. • "Welcome to Java".lastIndexOf('o', 5) returns 4. • "Welcome to Java".lastIndexOf("come") returns 3. • "Welcome to Java".lastIndexOf("Java", 5) returns -1. • "Welcome to Java".lastIndexOf("java", 5) returns -1.

字符串类－9 • 字符串分拆到字符数组toCharArray • char[] chars = "Java".toCharArray(); • 用字符串的子串去填充数组getChars • char[] dst = {'J', 'A', 'V', 'A', '1', '3', '0', '1'}; • "CS3720".getChars(2, 6, dst, 4); • 头两个参数取子串，后面是填充目标数组和起始位置 • 字符数组拼成字符串String或valueOf • String str = new String(new char[]{'J', 'a', 'v', 'a'}); • String str = String.valueOf(new char[]{'J', 'a', 'v', 'a'});

Java 程序设计系列讲座－ 2 面向对象程序设计