Java 类和对象 详解+通俗易懂

类和对象

1. 面对对象的初步认识

1.1 什么是面向过程？什么又是面向对象？

面向过程——步骤化

• 面向过程就是分析出实现需求所需要的步骤，通过函数（方法）一步一步实现这些步骤，接着依次调用即可。

面向对象——行为化

• 面向对象是把整个需求按照特点、功能划分，将这些存在共性的部分封装成类（类实例化后才是对象），创建了对象不是为了完成某一个步骤，而是描述某个事物在解决问题的步骤中的行为。
• Java是一门纯面向对象的语言(Object Oriented Program，继承OOP)，在面向对象的世界里，一切皆为对象。面向对象是解决问题的一种思想，主要依靠对象之间的交互完成一件事情。用面向对象的思想来涉及程序，更符合人们对事物的认知，对于大型程序的设计、扩展以及维护都非常友好。

1.2 对象、成员变量和成员方法的关系和理解

类：一组相关的属性和行为的集合，是一个抽象的概念。

对象：该类事物的具体表现形式，具体存在的个体。

成员变量：事物的属性

成员方法：事物的行为

那么应该怎么理解这几个概念呢？
类就是对一些具有共性特征，并且行为相似的个体的描述。

比如小李和老张都有姓名、年龄、身高、体重等一些属性，并且两人都能够进行聊天、运动等相似的行为。
由于这两个人具有这些共性的地方，所以我们把它抽象出来，定义为一个类——人类，而小李、老王正是这个类中的个体（对象），而每一个个体才是真正具体的存在，光提到人类，你只知道应该有哪些属性行为，但你不知道他具体的一些属性值，比如你知道他属于 “人类” 所以他应该拥有姓名，年龄等属性，但你并不知道他具体叫什么，年龄多大了。而小李和老王这两个具体的对象，却能够实实在在的知道老王今年30岁了、身高175等值。

所以可以得出结果：类是对象的抽象，而对象是类的具体实例。类是抽象的，不占用内存，而真正根据类实例化出具体的对象，就需要占用内存空间了。

2. 类的定义和使用

面相对象程序设计关注的是对象，而对象是现实生活中的实体，比如：洗衣机。但是洗衣机计算机并不认识，需要
开发人员告诉给计算机什么是洗衣机。

上图就是对洗衣机简单的描述，该过程称为对洗衣机对象(实体)进行抽象(对一个复杂事物的重新认知)，但是
这些简化的抽象结果计算机也不能识别，开发人员可以采用某种面相对象的编程语言来进行描述，比如：Java语
言。

2.1 简单认识类

类是用来对一个实体(对象)来进行描述的，主要描述该实体(对象)具有哪些属性(外观尺寸等)，哪些功能(用来干
啥)，描述完成后计算机就可以识别了。

比如：洗衣机，它是一个品牌，在Java中可以将其看成是一个类别。
属性：产品品牌，型号，产品重量，外观尺寸，颜色…
功能：洗衣，烘干、定时…

2.2 类的定义格式

在Java中定义类时需要用到class关键字，具体语法如下：

// 创建类
class ClassName{ 
  field;    // 字段(属性) 或者 成员变量
  method;    // 行为 或者 成员方法
}
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• class为定义类的关键字
• ClassName为类的名字
• {}中为类的主体

类中包含的内容称为类的成员。属性主要是用来描述类的，称之为类的成员属性或者类成员变量。方法主要说明类具有哪些功能，称为类的成员方法。

class WashMachine{
  public String brand;  // 品牌
  public String type;   // 型号
  public double weight;  // 重量
  public double lenght;  // 长
  public double weidth;  // 宽
  public double height;  // 高
  public String color;  // 颜色
 
  public void WashClothes(){  // 洗衣服
    System.out.println("洗衣功能");
 }
 
  public void dryClothes(){   // 脱水
    System.out.println("脱水功能");
 }
 
  public void SetTime(){    // 定时
    System.out.println("定时功能");
 }
}
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采用Java语言将洗衣机类在计算机中定义完成，经过javac编译之后形成.class文件，在JVM的基础上计算机就可以
识别了。

2.3 小试身手

通过上图创建一个简单的类来理解下 Java 中类的定义：

public class Dog {
   // 狗的属性
    String breed;   //品种
    int size;   //大小
    String colour;   //颜色
    int age;   //年龄
    
   // 狗的行为
    void eat() {
    }
 
    void run() {
    }
 
    void sleep(){
    }
 
    void name(){
    }
}
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注意事项🔑：

1. 一般一个文件当中只定义一个类
2. main方法所在的类一般要使用public修饰(注意：Eclipse默认会在public修饰的类中找main方法)
3. public修饰的类必须要和文件名相同
4. 不要轻易去修改public修饰的类的名称，如果要修改，通过开发工具修改

3. 类的实例化

3.1 什么是实例化

定义了一个类，就相当于在计算机中定义了一种新的类型，与int，double类似，只不过int和double是java语言自带的内置类型，而类是用户自定义了一个新的类型，比如上述的：WashMachine类和Dog类。它们都是类(一种新定义的类型)有了这些自定义的类型之后，就可以使用这些类来定义实例(或者称为对象)。

🔑用类类型创建对象的过程，称为类的实例化，在java中采用new关键字，配合类名来实例化对象。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
         class Dog {
            // 狗的属性
            String breed;   //品种
            String size;   //大小
            String colour;   //颜色
            int age;   //年龄

            // 狗的行为
            void eat() {
                System.out.println(breed+"吃狗粮");
            }

            void run() {
                System.out.println(breed+"跑步");
            }
        }
        Dog dog1 = new Dog();     //通过new实例化对象
        dog1.breed = "斗牛犬";
        dog1.size = "大";
        dog1.colour = "浅灰色";
        dog1.age = 5;
        dog1.eat();
        dog1.run();

        Dog dog2 = new Dog();    //通过new实例化对象
        dog2.breed = "小猎犬";
        dog2.size = "大";
        dog2.colour = "橘色";
        dog2.age = 6;
        dog2.eat();
        dog2.run();
    }
}
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注意事项🔑:

• new 关键字用于创建一个对象的实例
• 使用 . 来访问对象中的属性和方法
• 同一个类可以创建多个实例

3.2 类和对象的说明

1. 类只是一个模型一样的东西，用来对一个实体进行描述，限定了类有哪些成员
2. 类是一种自定义的类型，可以用来定义变量（学过C语言的可以类比结构体）
3. 一个类可以实例化出多个对象，实例化出的对象 占用实际的物理空间，存储类成员变量
4. 做个比方。类实例化出对象就像现实中使用建筑设计图建造出房子，类就像是设计图，只设计出需要什么东
   西，但是并没有实体的建筑存在，同样类也只是一个设计，实例化出的对象才能实际存储数据，占用物理空
   间。
   

4. this 引用

4.1 为什么要有this引用

我们先看一个日期的例子

public class Date {
  public int year;
  public int month;
  public int day;
  public void setDay(int y, int m, int d){
    year = y;
    month = m;
    day = d;
 }
  public void printDate(){
    System.out.println(year + "/" + month + "/" + day);
 }
  public static void main(String[] args) {
  
// 构造三个日期类型的对象 d1 d2 d3
    Date d1 = new Date();
    Date d2 = new Date();
    Date d3 = new Date();
    // 对d1，d2，d3的日期设置
    d1.setDay(2022,10,22);
    d2.setDay(2022,10,23);
    d3.setDay(2022,10,24);
    // 打印日期中的内容
    d1.printDate();
    d2.printDate();
    d3.printDate();
 }
}
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以上代码定义了一个日期类，然后main方法中创建了三个对象，并通过Date类中的成员方法对对象进行设置和打
印，代码整体逻辑非常简单，没有任何问题。
我们仔细考虑一下这两个问题：

1. 形参名不小心与成员变量名相同：

public void setDay(int year, int month, int day){
  year = year;
  month = month;
  day = day;
}
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那函数体中到底是谁给谁赋值？成员变量给成员变量？参数给参数？参数给成员变量？成员变量参数？

2. 三个对象都在调用setDate和printDate函数，但是这两个函数中没有任何有关对象的说明，setDate和
   printDate函数如何知道打印的是那个对象的数据呢？

4.2 什么是this引用

this引用指向当前对象(成员方法运行时调用该成员方法的对象)，在成员方法中所有成员变量的操作，都是通过该引用去访问。只不过所有的操作对用户是透明的，即用户不需要来传递，编译器自动完成。

public class Date {
  public int year;
  public int month;
  public int day;
  public void setDay(int year, int month, int day){
    this.year = year;
    this.month = month;
    this.day = day;
 }
  public void printDate(){
    System.out.println(this.year + "/" + this.month + "/" + this.day);
 }
}
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注意🔑：this引用的是调用成员方法的对象。

4.3 this引用的特性

1. this的类型：对应类类型引用，即哪个对象调用就是哪个对象的引用类型
2. this只能在"成员方法"中使用
3. 在"成员方法"中，this只能引用当前对象，不能再引用其他对象
4. this是“成员方法”第一个隐藏的参数，编译器会自动传递，在成员方法执行时，编译器会负责将调用成员方法
   对象的引用传递给该成员方法，this负责来接收

5. 对象的构造及初始化

5.1 如何初始化对象

在Java方法内部定义一个局部变量时，必须要初始化，否则会编译失败

public static void main(String[] args) {
  int a;
  System.out.println(a);
}
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// Error:(26, 28) java: 可能尚未初始化变量a
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要让上述代码通过编译，非常简单，只需在正式使用a之前，给a设置一个初始值即可。如果是对象：

public static void main(String[] args) {
  Date d = new Date();
  d.printDate();
  d.setDate(2022,10,22);
  d.printDate();
}
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5.2 构造方法

5.2.1 概念

构造方法(也称为构造器)是一个特殊的成员方法，名字必须与类名相同，在创建对象时，由编译器自动调用，并且在整个对象的生命周期内只调用一次。

public class Date {
  public int year;
  public int month;
  public int day;
  // 构造方法：
  // 名字与类名相同，没有返回值类型，设置为void也不行
  // 一般情况下使用public修饰
  // 在创建对象时由编译器自动调用，并且在对象的生命周期内只调用一次
  public Date(int year, int month, int day){
    this.year = year;
    this.month = month;
    this.day = day;
    System.out.println("Date(int,int,int)方法被调用了");
 }
  public void printDate(){
    System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
 }
  public static void main(String[] args) {
    // 此处创建了一个Date类型的对象，并没有显式调用构造方法
    Date d = new Date(2021,6,9);  // 输出Date(int,int,int)方法被调用了
    d.printDate();   // 2022-10-22
 }
}
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注意🔑：构造方法的作用就是对对象中的成员进行初始化，并不负责给对象开辟空间。

5.2.2 特性

1. 名字必须与类名相同
2. 没有返回值类型，设置为void也不行
3. 创建对象时由编译器自动调用，并且在对象的生命周期内只调用一次(相当于人的出生，每个人只能出生一次)
4. 构造方法可以重载(用户根据自己的需求提供不同参数的构造方法)

public class Date {
  public int year;
  public int month;
  public int day;
 
  // 无参构造方法
  public Date(){
    this.year = 2022;
    this.month = 10;
    this.day = 22;
 }
  // 带有三个参数的构造方法
  public Date(int year, int month, int day) {
    this.year = year;
    this.month = month;
    this.day = day;
 }
  public void printDate(){
    System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
 }
  public static void main(String[] args) {
    Date d = new Date();
    d.printDate();
 }
}
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上述两个构造方法：名字相同，参数列表不同，因此构成了方法重载。

5. 如果用户没有显式定义，编译器会生成一份默认的构造方法，生成的默认构造方法一定是无参的。

public class Date {
  public int year;
  public int month;
  public int day;
  public void printDate(){
    System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
 }
  public static void main(String[] args) {
    Date d = new Date();
    d.printDate();
 }
}
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上述Date类中，没有定义任何构造方法，编译器会默认生成一个不带参数的构造方法。
注意🔑：一旦用户定义，编译器则不再生成。

public class Date {
  public int year;
  public int month;
  public int day;
  public Date(int year, int month, int day) {
    this.year = year;
    this.month = month;
    this.day = day;
 }
  public void printDate(){
    System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
 }
  public static void main(String[] args) {
    // 如果编译器会生成，则生成的构造方法一定是无参的
    // 则此处创建对象是可以通过编译的
    // 但实际情况是：编译期报错
    Date d = new Date();
    d.printDate();
 }
}
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/*
Error:(26, 18) java: 无法将类 extend01.Date中的构造器 Date应用到给定类型;
 需要: int,int,int
 找到: 没有参数
 原因: 实际参数列表和形式参数列表长度不同
*/
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• 构造方法中，可以通过this调用其他构造方法来简化代码

public class Date {
  public int year;
  public int month;
  public int day;
 
  // 无参构造方法--内部给各个成员赋值初始值，该部分功能与三个参数的构造方法重复
  // 此处可以在无参构造方法中通过this调用带有三个参数的构造方法
  // 但是this(1900,1,1);必须是构造方法中第一条语句
  public Date(){
    //System.out.println(year);  注释取消掉，编译会失败
    this(1900, 1, 1);
   
    //this.year = 1900;
    //this.month = 1;
    //this.day = 1;
 }
  // 带有三个参数的构造方法
  public Date(int year, int month, int day) {
    this.year = year;
    this.month = month;
    this.day = day;
 }
}
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注意🔑：

• this(…)必须是构造方法中第一条语句
• 不能形成环

public Date(){
 this(2022,10,22);
}
public Date(int year, int month, int day) {
 this();
}
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/*
无参构造器调用三个参数的构造器，而三个参数构造器有调用无参的构造器，形成构造器的递归调用
编译报错：Error:(19, 12) java: 递归构造器调用
*/
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7. 绝大多数情况下使用public来修饰，特殊场景下会被private修饰

5.3 默认初始化

为什么局部变量在使用时必须要初始化，而成员变量可以不用呢？

public class Date {
  public int year;
  public int month;
  public int day;
  public Date(int year, int month, int day) {
    // 成员变量在定义时，并没有给初始值, 为什么就可以使用呢？
    System.out.println(this.year);
    System.out.println(this.month);
    System.out.println(this.day);
 }
 
  public static void main(String[] args) {
    // 此处a没有初始化，编译时报错：
    // Error:(24, 28) java: 可能尚未初始化变量a
    // int a;
    // System.out.println(a);
    Date d = new Date(2022,10,22);
 }
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要搞清楚这个过程，就需要知道 new 关键字背后所发生的一些事情：

Date d = new Date(2022,10,22);
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在程序层面只是简单的一条语句，在JVM层面需要做好多事情，下面简单介绍一下：

1. 检测对象对应的类是否加载了，如果没有加载则加载
2. 为对象分配内存空间
3. 处理并发安全问题
   比如：多个线程同时申请对象，JVM要保证给对象分配的空间不冲突
4. 初始化所分配的空间
   即：对象空间被申请好之后，对象中包含的成员已经设置好了初始值，比如：

5. 设置对象头信息
6. 调用构造方法，给对象中各个成员赋值

5.4 就地初始化

就是在申明成员变量的时候，直接给出初始值。

public class Date {
  public int year = 2022;
  public int month = 10;
  public int day = 22;
  public Date(){
 }
  public Date(int year, int month, int day) {
 }
  public static void main(String[] args) {
    Date d1 = new Date(2022,10,10);
    Date d2 = new Date();
 }
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注意🔑：代码编译完成后，编译器会将所有给成员初始化的这些语句添加到各个构造函数中

6. 内部类

当一个事物的内部，还有一个部分需要一个完整的结构进行描述，而这个内部的完整的结构又只为外部事物提供服
务，那么整个内部的完整结构最好使用内部类。在 Java 中，可以将一个类定义在另一个类或者一个方法的内部，
前者称为内部类，后者称为外部类。内部类也是封装的一种体现。

public class OutClass {
  class InnerClass{
 }
}
// OutClass是外部类
// InnerClass是内部类
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注意🔑

1. 定义在class 类名{}花括号外部的，即使是在一个文件里，都不能称为内部类

public class A{
 
}
class B{
 
}
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// A 和 B是两个独立的类，彼此之前没有关系
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2. 内部类和外部类共用同一个java源文件，但是经过编译之后，内部类会形成单独的字节码文件

6.1 实例内部类

在外部类中，内部类定义位置与外部类成员所处的位置相同，因此称为成员内部类。

实例内部类就是未被static修饰的成员内部类。

public class OutClass {
  private int a;
  static int b;
  int c;
  public void methodA(){
    a = 10;
    System.out.println(a);
 }
  public static void methodB(){
    System.out.println(b);
 }
  // 实例内部类：未被static修饰
  class InnerClass{
    int c;
    public void methodInner(){
      // 在实例内部类中可以直接访问外部类中：任意访问限定符修饰的成员
      a = 100;
      b =200;
      methodA();
      methodB();
      // 如果外部类和实例内部类中具有相同名称成员时，优先访问的是内部类自己的
      c = 300;
      System.out.println(c);
      // 如果要访问外部类同名成员时候，必须：外部类名称.this.同名成员名字
      OutClass.this.c = 400;
      System.out.println(OutClass.this.c);
   }
 }
  public static void main(String[] args) {
    // 外部类：对象创建 以及 成员访问
    OutClass outClass = new OutClass();
    System.out.println(outClass.a);
    System.out.println(OutClass.b);
    System.out.println(outClass.c);
    outClass.methodA();
    outClass.methodB();

    // 要访问实例内部类中成员，必须要创建实例内部类的对象
    // 而普通内部类定义与外部类成员定义位置相同，因此创建实例内部类对象时必须借助外部类
    // 创建实例内部类对象
    OutClass.InnerClass innerClass1 = new OutClass().new InnerClass();
    // 上述语法比较怪异，也可以先将外部类对象先创建出来，然后再创建实例内部类对象
    OutClass.InnerClass innerClass2 = outClass.new InnerClass();
    innerClass2.methodInner();
  }
 }
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注意🔑:

1. 外部类中的任何成员都可以在实例内部类方法中直接访问
2. 实例内部类所处的位置与外部类成员位置相同，因此也受public、private等访问限定符的约束
3. 在实例内部类方法中访问同名的成员时，优先访问自己的，如果要访问外部类同名的成员，必须：外部类名
   称.this.同名成员 来访问
4. 实例内部类对象必须在先有外部类对象前提下才能创建
5. 实例内部类的非静态方法中包含了一个指向外部类对象的引用
6. 外部类中，不能直接访问实例内部类中的成员，如果要访问必须先要创建内部类的对象。

6.2 静态内部类

被static修饰的内部成员类称为静态内部类。

public class OutClass {
  private int a;
  static int b;
  public void methodA(){
    a = 10;
    System.out.println(a);
 }
  public static void methodB(){
    System.out.println(b);
 }
  // 静态内部类：被static修饰的成员内部类
  static class InnerClass{
    public void methodInner(){
      // 在内部类中只能访问外部类的静态成员
      // a = 100;   // 编译失败，因为a不是类成员变量
      b =200;
      // methodA();  // 编译失败，因为methodB()不是类成员方法
      methodB();
   }
 }
  public static void main(String[] args) {
    // 静态内部类对象创建 & 成员访问
    OutClass.InnerClass innerClass = new OutClass.InnerClass();
    innerClass.methodInner();
 }
}
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注意🔑:

1. 在静态内部类中只能访问外部类中的静态成员
2. 创建静态内部类对象时，不需要先创建外部类对象

6.3 局部内部类

定义在外部类的方法体或者{}中，该种内部类只能在其定义的位置使用，一般使用的非常少，此处简单了解下语法
格式。

public class OutClass {
  int a = 10;
  public void method(){
    int b = 10;
    // 局部内部类：定义在方法体内部
    // 不能被public、static等访问限定符修饰
    class InnerClass{
      public void methodInnerClass(){
        System.out.println(a);
        System.out.println(b);
     }
   }
    // 只能在该方法体内部使用，其他位置都不能用
    InnerClass innerClass = new InnerClass();
    innerClass.methodInnerClass();
 }
  public static void main(String[] args) {
    // OutClass.InnerClass innerClass = null; 编译失败
 }
}
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注意🔑:

1. 局部内部类只能在所定义的方法体内部使用
2. 不能被public、static等修饰符修饰
3. 编译器也有自己独立的字节码文件，命名格式：外部类名字$内部类名字.class