Java程序设计复习提纲（中：面向对象）

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上：Java程序设计复习提纲（上：入门语法） - 孤飞 - 博客园 (cnblogs.com)

• 基本语法与编译运行

• 数据类型和关键字

• 常用语法

• 数组与字符串

• 异常处理

中：本文

• 面向对象和类

下：

• 图形界面

面向对象概述

面向对象编程（Object-Oriented Programming, OOP）是一种编程范式，它使用“对象”来设计软件和实现复杂的软件系统。在OOP中，每个对象都是一个特定类（class）或类型（type）的实例，类定义了对象的数据和可以对这些数据执行的操作。

下面是面向对象编程的一些主要概念：

1. 类（Class）：类是对象的蓝图或模板。一个类定义了创建对象时其数据的类型和可用的方法。

2. 对象（Object）：对象是类的实例。每个对象都有其自己的状态和行为。状态由属性（也称为字段或变量）表示，行为由方法（也称为函数）表示。

3. 继承（Inheritance）：继承是一种机制，可以创建一个新类（子类）来继承一个已存在的类（父类）的属性和方法。子类可以添加新的属性和方法，也可以重写父类的方法。

4. 封装（Encapsulation）：封装是将对象的状态（属性）和行为（方法）打包在一起，并隐藏对象内部的实现细节。通过封装，可以保护对象的内部状态不被外部直接访问，只能通过对象提供的方法来访问。

5. 多态（Polymorphism）：多态是指允许一个接口被多种实际类型实现。在OOP中，多态允许我们以统一的方式处理不同类型的对象，只要它们都实现了相同的方法或接口。

如果你学过Python，那么你应该已经接触过面向对象编程，因为Python也是一种支持OOP的语言。例如，你可能已经定义过自己的类，创建过对象，或者使用过继承。下面是一个简单的Python类的例子：

class Dog:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def bark(self):
        print("Woof, my name is " + self.name)

fido = Dog("Fido")
fido.bark()  # prints "Woof, my name is Fido"

在这个例子中，Dog是一个类，它有一个属性name和一个方法bark。然后我们创建了一个Dog的实例fido，并调用了它的bark方法。

在Java中，面向对象编程的概念和使用方法与Python类似。以下是一个Java版本的同样的狗狗类：

public class Dog {
    private String name;

    public Dog(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void bark() {
        System.out.println("Woof, my name is " + this.name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Dog fido = new Dog("Fido");
        fido.bark();  // prints "Woof, my name is Fido"
    }
}

在这个Java版本的例子中，Dog仍然是一个类，它有一个私有属性name和一个公有方法bark。然后我们在main方法中创建了一个Dog的实例fido，并调用了它的bark方法。

你可以看到，虽然两种语言的语法不同，但是面向对象编程的主要概念在两种语言中都是相同的。

类的概念

类（Class）是Java中的核心概念，它是面向对象编程的基础。以下是关于Java类的一些主要知识点：

1. 基本概念：在Java中，类是一个模板，定义了一类对象的属性（也称为字段或成员变量）和方法（也称为函数或成员函数）。对象是类的实例，代表了类的一个特定实例。

2. 定义一个类：在Java中，定义一个类的基本语法如下：

   public class MyClass {
       // fields (variables)
       private int myField;
   
       // methods
       public void myMethod() {
           // method body
       }
   }
   

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   这定义了一个名为MyClass的类，包含一个私有字段myField和一个公共方法myMethod。

3. 对象的创建：使用new关键字和构造函数可以创建类的新实例。例如：MyClass obj = new MyClass();会创建一个MyClass的新对象，并将其赋值给obj。

4. 构造函数：构造函数是一种特殊的方法，用于初始化新创建的对象。构造函数的名称必须与类名相同，且没有返回类型。如果未在类中明确定义构造函数，Java会提供一个默认的无参数构造函数。

5. this关键字：在类的方法中，this关键字用于引用调用当前方法的对象。它常常用在构造函数和设置器（setter）方法中，以区分成员变量和参数。

6. static关键字：static关键字可以用于定义类级别的变量和方法。静态变量（也称为类变量）在所有对象之间共享，静态方法（也称为类方法）可以在没有对象的情况下直接通过类名调用。

对象的构造和初始化

在Java中，对象的创建和初始化涉及到以下几个关键的概念：

1. 对象的创建：在Java中，使用new关键字和构造器（constructor）来创建一个新的对象。例如，new Dog("Fido")会创建一个新的Dog对象。

2. 构造方法：构造方法是一种特殊类型的方法，用于创建和初始化对象。构造方法的名称必须与类名相同，且没有返回值（也不用声明void）。构造方法可以接受参数，这些参数用于初始化新创建的对象。例如：

   public class Dog {
       private String name;
   
       // This is a constructor
       public Dog(String name) {
           this.name = name;
       }
   }
   

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   在这个例子中，Dog类的构造方法接受一个name参数，用于初始化Dog对象的name属性。

3. this引用：在Java中，this是一个特殊的变量，它引用的是当前对象。在构造方法或其他实例方法中，你可以使用this来引用当前对象的属性或方法。例如，在上面的Dog类的构造方法中，this.name = name表示将构造方法的参数name赋值给当前对象的name属性。

4. 初始化块：Java中还有一种特殊的“初始化块”（也称为“实例初始化块”），它在创建对象时运行，但是在构造方法之前。初始化块在每次创建对象时都会执行，而且它能访问所有的字段和方法，包括private。例如：

   public class Dog {
       private String name;
   
       // This is an initializer block
       {
           name = "Unknown";
       }
   
       // This is a constructor
       public Dog(String name) {
           this.name = name;
       }
   }
   

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   在这个例子中，初始化块会在每次创建Dog对象时执行，并将name属性设置为"Unknown"。然后构造方法会运行，并可能将name属性更改为其他值。

5. 默认构造方法：默认构造方法是Java类在没有定义任何构造方法时，编译器自动为其提供的一个无参数的构造方法。默认构造方法的主要任务是创建类的一个新实例。

   如果你在一个类中没有显式地定义任何构造方法，那么Java编译器会为你提供一个默认的构造方法。这个默认的构造方法没有参数，也没有任何执行语句。

   以下是一个例子：

   public class Dog {
       // No constructor is defined here
   }
   

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   在这个例子中，我们并没有为Dog类定义任何构造方法，所以Java编译器会自动为我们提供一个默认的构造方法。这个默认的构造方法等同于以下的无参数构造方法：

   public class Dog {
       public Dog() {
           // No initialization code
       }
   }
   

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   但是，一旦你为一个类定义了至少一个构造方法（不管这个构造方法是否有参数），那么Java编译器就不再提供默认的构造方法。在这种情况下，如果你还想拥有一个无参数的构造方法，你需要显式地定义它。

以上是Java对象构造和初始化的基本概念和用法。理解这些概念对于编写Java程序是非常重要的。

继承

在Java中，子类和继承是面向对象编程的核心概念。以下是这些概念的一些基本点：

1. 继承：在Java中，一个类可以从另一个类继承字段和方法。这个被继承的类被称为父类或超类，继承它的类被称为子类。继承用关键字extends来表示。例如：

   public class Animal {
       public void eat() {
           System.out.println("The animal eats");
       }
   }
   
   public class Dog extends Animal {
       // Dog class inherits from Animal class
   }
   

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   在这个例子中，Dog类是Animal类的子类，它继承了Animal类的eat方法。

2. 方法重写：子类可以重写继承自父类的方法，以提供不同的实现。方法重写是多态的一种表现形式。例如：

   public class Dog extends Animal {
       @Override
       public void eat() {
           System.out.println("The dog eats");
       }
   }
   

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   在这个例子中，Dog类重写了Animal类的eat方法，提供了不同的实现。

3. super关键字：子类可以使用super关键字来引用父类的字段和方法。这在子类需要访问父类的实现时非常有用。例如，子类可以使用super关键字来调用父类的构造方法。例如：

   public class Animal {
       public Animal() {
           System.out.println("An animal has been created");
       }
   }
   
   public class Dog extends Animal {
       public Dog() {
           super();  // Call the constructor of the superclass (Animal)
           System.out.println("A dog has been created");
       }
   }
   

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   在这个例子中，Dog类的构造方法调用了Animal类的构造方法。

4. 公有方法读取：在Java中，子类不能直接访问父类的私有字段和方法。这是由Java的访问控制机制决定的，私有成员（字段或方法）仅在其所在的类内部可见。

   然而，子类可以通过继承的公有或保护方法访问和修改父类的私有字段，或者调用父类的私有方法。这些公有或保护方法被视为父类的公有接口或者是受保护的接口，子类可以通过这些接口与父类的私有成员进行交互。这样做的好处是封装性和数据隐藏，使得类的内部实现可以独立于外部接口进行改变，而不影响到使用该类的代码。

   以下是一个例子：

   public class Animal {
       private String name;
   
       public Animal(String name) {
           this.name = name;
       }
   
       // Public getter for the private field
       public String getName() {
           return this.name;
       }
   
       // Public setter for the private field
       public void setName(String name) {
           this.name = name;
       }
   }
   
   public class Dog extends Animal {
       public Dog(String name) {
           super(name);
       }
   
       public void printName() {
           // Accessing the private field of the superclass through a public method
           System.out.println("The dog's name is " + getName());
       }
   }
   

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   在这个例子中，Dog类不能直接访问Animal类的私有字段name，但是它可以通过Animal类的公有方法getName和setName来获取和修改name字段的值。

方法重写

Java中的方法重写（也称为方法覆盖）是子类提供父类已有方法的不同实现的机制。这是多态性的一个重要方面。以下是关于方法重写的一些关键点：

1. 基本概念：当子类需要改变父类方法的行为时，子类可以提供与父类方法具有相同名称和参数的方法。这种行为称为方法重写。例如：

   public class Animal {
       public void makeSound() {
           System.out.println("The animal makes a sound");
       }
   }
   
   public class Dog extends Animal {
       @Override
       public void makeSound() {
           System.out.println("The dog barks");
       }
   }
   

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   在这个例子中，Dog类重写了Animal类的makeSound方法。

2. @Override 注解：你可以使用@Override注解来明确表示一个方法是重写的方法。这不仅可以提高代码的可读性，还可以让编译器帮你检查是否正确地重写了方法。如果没有正确地重写方法（例如，方法签名不同），编译器会报错。

3. 方法签名：为了正确地重写一个方法，子类的方法必须具有与父类方法相同的名称和参数。返回类型应该相同，或者是父类方法返回类型的子类型。此外，子类方法的访问级别不能比父类方法的访问级别更严格。

4. super关键字：在重写的方法中，你可以使用super关键字来调用父类的原始方法。例如：

   public class Dog extends Animal {
       @Override
       public void makeSound() {
           super.makeSound();  // Call the original method in the superclass
           System.out.println("In addition, the dog barks");
       }
   }
   

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   在这个例子中，Dog类的makeSound方法首先调用了Animal类的makeSound方法，然后再打印出额外的信息。

5. 重写与重载的区别：方法重写和方法重载是Java中两种非常重要的概念，它们都涉及到方法的使用，但是用法和意义有很大的区别。

   （1）. 方法重写（Override）：方法重写发生在父类和子类之间，当子类需要改变从父类继承的方法的行为时，可以提供一个与父类方法具有相同名称和参数的新方法。重写的方法必须有相同的名称、参数列表和兼容的返回类型，并且访问级别不能比父类方法的访问级别更严格。

   （2）. 方法重载（Overload）：方法重载发生在同一个类中，当类需要多个功能类似但参数不同的方法时，可以使用相同的方法名，但参数列表必须不同（即参数的类型、顺序或数量不同）。返回类型和访问修饰符可以不同。例如：

   public class MyClass {
       public void myMethod(int x) { ... }
   
       public void myMethod(String s) { ... }
   
       public void myMethod(int x, String s) { ... }
   }
   

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   在这个例子中，myMethod方法被重载了三次，每次都有不同的参数列表。

   构造方法也可以被重载，以便为创建类的新实例提供不同的初始化选项。例如：

   public class MyClass {
       public MyClass() { ... }
   
       public MyClass(int x) { ... }
   
       public MyClass(int x, String s) { ... }
   }
   

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   在这个例子中，MyClass的构造方法被重载了三次，每次都有不同的参数列表，提供了不同的初始化选项。

   然而，构造方法不能被重写。在Java中，构造方法是与类名相同的特殊方法，它用于初始化新创建的对象。由于子类不能继承父类的构造方法，所以也就不存在重写构造方法的情况。

多态

多态性是面向对象编程的三大核心特性之一（封装、继承和多态）。在Java中，多态性主要体现在接口和继承上。

以下是关于Java多态的一些关键知识点：

1. 基本概念：多态性是指同一个接口可以有多种实现形式。在Java中，这通常意味着一个父类（或接口）引用可以指向一个子类对象。这个父类引用可以调用在父类中定义的任何方法，如果这些方法在子类中被重写，那么将会执行子类的版本。

2. 动态方法分派：多态的核心在于动态方法分派，这是Java运行时系统的一部分。当一个方法被调用时，Java运行时系统查看对象的类型，然后运行与该类型关联的方法版本。例如：

   Animal myPet = new Dog();
   myPet.makeSound();  // Calls Dog's version of makeSound
   

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   在这个例子中，尽管myPet的编译时类型是Animal，但是它的运行时类型是Dog，所以当我们调用myPet.makeSound()时，实际上调用的是Dog类的makeSound方法。

3. 向上转型和向下转型：在Java中，你可以将一个子类对象赋值给一个父类引用，这被称为向上转型（upcasting），这是完全安全的。然而，你也可以将一个父类引用转型为子类引用，这被称为向下转型（downcasting），但这可能是不安全的，因为如果实际的对象类型并不是你期望的子类类型，那么会发生ClassCastException。例如：

   Animal myPet = new Dog();  // Upcasting
   Dog myDog = (Dog) myPet;  // Downcasting
   

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4. 抽象类和接口：在Java中，你可以使用抽象类和接口来定义通用的行为，并通过继承抽象类或实现接口来创建具有特定行为的类。抽象类和接口都可以用来实现多态性。

以上就是Java多态的基本概念和用法。理解这些概念对于掌握Java编程非常重要。

封装

封装是面向对象编程的三大核心特性之一（封装、继承和多态）。在Java中，封装主要体现在类和访问控制上。

以下是关于Java封装的一些关键知识点：

1. 基本概念：封装是一种隐藏类的内部实现细节，只暴露出安全的操作和属性的机制。封装的主要目的是增加安全性和简化编程。

2. 类和对象：在Java中，类是封装数据（属性）和行为（方法）的主要工具。对象是类的实例，代表了类的一个特定实例。

3. 访问修饰符：Java提供了四种访问修饰符（private、protected、public和默认（包私有））来控制类成员的可见性。通过正确地使用访问修饰符，可以隐藏类的内部状态，并控制外部代码如何与对象交互。

   • private：只有类本身可以访问。
   • protected：类本身、同一包内的其他类和所有子类可以访问。
   • public：任何类都可以访问。
   • 默认（包私有）：类本身和同一包内的其他类可以访问。

4. getters和setters：在Java中，通常会使用getters（访问器）和setters（修改器）来访问和修改私有变量。这些方法允许你控制如何访问和修改这些变量，例如，你可以在setter中添加验证逻辑。

接口和抽象类是Java中重要的结构，它们都可以用于定义类的行为但不能实例化。

接口与抽象类

接口

1. 基本概念：接口是一种定义一组方法（但不实现）的方式，它只包含常量和抽象方法的声明。接口提供了一种机制，使得类可以遵循特定的协议。

2. 定义接口：使用interface关键字定义接口。接口的所有方法默认都是public和abstract的，所以这些关键字是可选的。例如：

   public interface MyInterface {
       void myMethod();
   }
   

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3. 实现接口：类可以使用implements关键字来实现接口，必须提供接口中声明的所有方法的实现。例如：

   public class MyClass implements MyInterface {
       public void myMethod() {
           // implementation
       }
   }
   

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4. 扩展接口：接口可以使用extends关键字扩展其他接口。

在Java中，接口主要用于定义一个行为规范，它定义了一组需要被实现的方法。接口可以被类实现（使用implements关键字），也可以被其他接口继承（使用extends关键字）。实现接口的类需要提供接口中所有方法的具体实现。

以下是一个使用接口的例子。假设我们正在编写一个程序，需要处理各种类型的动物。我们可以定义一个Animal接口，该接口声明了所有动物都应该有的行为：

public interface Animal {
    void eat();
    void move();
}

然后我们可以创建具体的动物类（如Dog和Bird），并实现Animal接口：

public class Dog implements Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("The dog eats dog food.");
    }

    public void move() {
        System.out.println("The dog runs.");
    }
}

public class Bird implements Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("The bird eats bird food.");
    }

    public void move() {
        System.out.println("The bird flies.");
    }
}

在这个例子中，Dog和Bird类都实现了Animal接口，所以它们都需要提供eat和move方法的具体实现。这就保证了我们可以在程序中统一处理所有类型的动物，因为我们知道所有的动物都有eat和move这两个行为。

例如，我们可以写一个方法，该方法接受一个Animal对象，调用它的eat和move方法：

public void doAnimalThings(Animal animal) {
    animal.eat();
    animal.move();
}

然后我们可以使用这个方法来处理任何类型的动物，无论是Dog还是Bird：

Dog myDog = new Dog();
Bird myBird = new Bird();

doAnimalThings(myDog);  // Prints: "The dog eats dog food." and "The dog runs."
doAnimalThings(myBird); // Prints: "The bird eats bird food." and "The bird flies."

这就是接口的一个基本用法：它定义了一种契约，所有实现该接口的类都必须遵守这个契约。这使得我们可以编写更灵活和更通用的代码。

抽象类

1. 基本概念：抽象类是一种不能实例化的类，它可以包含抽象方法（没有实现）和非抽象方法（有实现）。

2. 定义抽象类：使用abstract关键字定义抽象类。例如：

   public abstract class MyAbstractClass {
       public abstract void myAbstractMethod();  // abstract method
   
       public void myConcreteMethod() {
           // implementation
       }
   }
   

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3. 扩展抽象类：类可以使用extends关键字来扩展抽象类，必须提供抽象类中所有抽象方法的实现。

接口、抽象类、普通类的区别

接口、抽象类和普通类是Java中三种不同类型的类结构。它们的主要区别如下：

1. 接口（Interface）：所有方法都是抽象方法

   • 接口是一种完全抽象的类型，只能包含公共的抽象方法（默认）和公共静态常量。
   • 一个类可以实现多个接口。
   • 从Java 8开始，接口可以包含默认方法和静态方法。
   • 接口不能包含构造方法。
   • 接口不能被实例化。

2. 抽象类（Abstract Class）：含有抽象方法和普通方法

   • 抽象类是一种部分抽象的类型，可以包含抽象方法和非抽象方法，以及变量。
   • 一个类只能继承一个抽象类。
   • 抽象类可以包含构造方法。
   • 抽象类不能被实例化，但可以被子类继承，子类必须实现抽象类中的所有抽象方法。

3. 普通类（Class）：没有抽象方法

   • 普通类（也称为具体类）是一种完全具体的类型，所有的方法都必须有具体的实现。
   • 一个类只能继承一个普通类。
   • 普通类可以包含构造方法。
   • 普通类可以被实例化。

总的来说，接口是为了实现多继承，定义共享的公共接口；抽象类是为了封装子类的公共行为，并且提供一些默认行为的实现；而普通类则是为了实现具体的功能。

内部类与匿名类

Java 中的内部类和匿名类是两种不同的类类型。以下是关于内部类和匿名类的基本知识：

内部类

内部类（Inner Classes）是定义在另一个类中的类。它们可以访问外部类的所有变量和方法，即使它们被声明为私有的。内部类的主要作用是帮助使代码更加整洁和可读，因为它们可以将相关的类组织在一起。

内部类分为两种类型：非静态内部类（也称为成员内部类）和静态内部类。

class OuterClass {
    class InnerClass {
        // This is a non-static inner class
    }

    static class StaticInnerClass {
        // This is a static inner class
    }
}

匿名类

匿名类（Anonymous Classes）是一种没有名字的内部类。它们主要用于需要仅使用一次的类，通常用在GUI事件处理或者在需要传递一个对象到某个方法，而该对象不会再被其他地方使用的情况下。

匿名类通常在你需要使用一个接口或者抽象类，但又觉得创建一个新的类太过冗余时使用。在创建匿名类的时候，你实际上是在声明并且实例化一个类的同时。

new InterfaceName() {
    // methods
}

或者

new AbstractClassName() {
    // methods
}

例如，以下代码创建了一个实现了 Runnable 接口的匿名类的实例：

new Thread(new Runnable() {
    public void run() {
        System.out.println("Running in a new thread.");
    }
}).start();

在这个例子中，我们创建了一个实现了 Runnable 接口的匿名类，并且立即使用它作为参数创建了一个新的 Thread 对象。匿名类的 run 方法被实现以打印一条消息，当新的线程启动时，这个消息就会被打印出来。

总的来说，内部类和匿名类都是为了提高代码的整洁性和可读性，使得更容易组织和管理相关的类和接口。