第三十五章Java面向对象概念及封装、继承、多态三种特性详解

你的名字 2024-03-17 13:13 11阅读 0赞

面向对象简称 OO（Object Oriented），20 世纪 80 年代以后，有了面向对象分析（OOA）、 面向对象设计（OOD）、面向对象程序设计（OOP）等新的系统开发方式模型的研究。  
 《Java编程思想》中提到“万物皆为对象”的概念，对 [Java][] 语言来说，一切皆是对象。把现实世界中的对象抽象地体现在编程世界中，一个对象代表了某个具体的操作。一个个对象最终组成了完整的程序设计，这些对象可以是独立存在的，也可以是从别的对象继承过来的。对象之间通过相互作用传递信息，实现程序开发。

它将对象视为一种奇特的变量，它除了可以存储数据之外还可以对它自身进行操作。它能够直接反映现实生活中的事物，例如人、车、小鸟等，将其表示为程序中的对象。每个对象都具有各自的状态特征（也可以称为属性）及行为特征（方法），java就是通过对象之间行为的交互来解决问题的。

### 对象的概念 ###

Java 是面向对象的编程语言，对象就是面向对象程序设计的核心。所谓对象就是真实世界中的实体，对象与实体是一一对应的，也就是说现实世界中每一个实体都是一个对象，它是一种具体的概念。对象有以下特点：

>  *  对象具有属性和行为。
>  *  对象具有变化的状态。
>  *  对象具有唯一性。
>  *  对象都是某个类别的实例。
>  *  一切皆为对象，真实世界中的所有事物都可以视为对象。

例如，在真实世界的学校里，会有学生和老师等实体，学生有学号、姓名、所在班级等属性（数据），学生还有学习、提问、吃饭和走路等操作。学生只是抽象的描述，这个抽象的描述称为“类”。在学校里活动的是学生个体，即张同学、李同学等，这些具体的个体称为“对象”，“对象”也称为“实例”。

### **面向过程例子：** ###

把大象放进冰箱里分为以下步骤：把冰箱门打开；把大象放进去；关上冰箱门（强调过程和过程中所涉及的行为（强调行为、动作、过程））。

用面向对象思想考虑：无论是打开冰箱，放进大象，关闭冰箱，所有操作都是操作冰箱这个对象，所以只需要将所有功能都定义在冰箱这个对象上，冰箱上就有打开、存储、关闭得所有功能

由上可知，面向对象是一种思想，能让复杂问题简单化，程序员不需要了解具体的实现过程，只需要指挥对象去实现功能。例，面试官面试面试者就是面向对象的体现，面试官需要找具有编程功能的对象（面试者），而我就是一个具有编程功能的对象，面试完后，让面试者去编程，面试者就去实现编程功能。

### 面向对象的三大核心特性 ###

面向对象开发模式更有利于人们开拓思维，在具体的开发过程中便于程序的划分，方便程序员分工合作，提高开发效率。面向对象程序设计有以下优点。

> 1.  可重用性：代码重复使用，减少代码量，提高开发效率。下面介绍的面向对象的三大核心特性（继承、封装和多态）都围绕这个核心。
> 2.  可扩展性：指新的功能可以很容易地加入到系统中来，便于软件的修改。
> 3.  可管理性：能够将功能与数据结合，方便管理。

该开发模式之所以使程序设计更加完善和强大，主要是因为面向对象具有继承、封装和多态 3 个核心特性。

#### 继承性 ####

如同生活中的子女继承父母拥有的所有财产，程序中的继承性是指子类拥有父类的全部特征和行为，这是类之间的一种关系。Java 只支持单继承。

例如定义一个语文老师类和数学老师类，如果不采用继承方式，那么两个类中需要定义的属性和方法如图 1 所示。  
  
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从图能够看出，语文老师类和数学老师类中的许多属性和方法相同，这些相同的属性和方法可以提取出来放在一个父类中，这个父类用于被语文老师类和数学老师类继承。当然父类还可以继承别的类，如图所示。  
  
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总结图 2 的继承关系，可以用概括的树形关系来表示，如图 3 所示。  
  
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从图 3 中可以看出，学校主要人员是一个大的类别，老师和学生是学校主要人员的两个子类，而老师又可以分为语文老师和数学老师两个子类，学生也可以分为班长和组长两个子类。  
  
使用这种层次形的分类方式，是为了将多个类的通用属性和方法提取出来，放在它们的父类中，然后只需要在子类中各自定义自己独有的属性和方法，并以继承的形式在父类中获取它们的通用属性和方法即可。  
  
提示：[C++][C] 支持多继承，多继承就是一个子类可有多个父类。例如，客轮是轮船也是交通工具，客轮的父类是轮船和交通工具。多继承会引起很多冲突问题，因此现在很多面向对象的语言都不支持多继承。Java 语言是单继承的，即只能有一个父类，但 Java 可以实现多个接口，可以防止多继承所引起的冲突问题。

#### 封装性 ####

封装是将代码及其处理的数据绑定在一起的一种编程机制，该机制保证了程序和数据都不受外部干扰且不被误用。封装的目的在于保护信息，使用它的主要优点如下。

>  *  保护类中的信息，它可以阻止在外部定义的代码随意访问内部代码和数据。
>  *  隐藏细节信息，一些不需要程序员修改和使用的信息，比如取款机中的键盘，用户只需要知道按哪个键实现什么操作就可以，至于它内部是如何运行的，用户不需要知道。
>  *  有助于建立各个系统之间的松耦合关系，提高系统的独立性。当一个系统的实现方式发生变化时，只要它的接口不变，就不会影响其他系统的使用。例如 U 盘，不管里面的存储方式怎么改变，只要 U 盘上的 USB 接口不变，就不会影响用户的正常操作。
>  *  提高软件的复用率，降低成本。每个系统都是一个相对独立的整体，可以在不同的环境中得到使用。例如，一个 U 盘可以在多台电脑上使用。

Java 语言的基本封装单位是类。由于类的用途是封装复杂性，所以类的内部有隐藏实现复杂性的机制。Java 提供了私有和公有的访问模式，类的公有接口代表外部的用户应该知道或可以知道的每件东西，私有的方法数据只能通过该类的成员代码来访问，这就可以确保不会发生不希望的事情。

#### 多态性 ####

多态性是指允许程序中出现重名的现象，多态的特性程序的抽象度和简洁度更高，有助于程序设计任意对程序的分组协同开发。在 Java 语言中包含方法重载和对象多态两种模式。  
![3269e5460cc54994a602d00f91a17d80.png][]

[Java]: http://c.biancheng.net/java/
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[C]: http://c.biancheng.net/cplus/
[3269e5460cc54994a602d00f91a17d80.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/15/017a1a7ce6ab45fbb836665ae48727bd.png