第三知识单元
面向对象程序设计
Java程序设计 第3讲，主讲人：李欣
Created: 2024-09-04 Wed 20:52
0.1. 互动课堂
0.2. 签到
0.3. 本次课的目标
- 了解抽象和封装
- 理解Java类的构成
- 了解系统类库与自定义类
- 了解继承
- 了解多态
1. 抽象和封装
1.1. 抽象
抽象 是科学研究中经常使用的一种方法，即 去除 掉被研究对象中与主旨无关的 次要 部分， 或是暂时不予考虑的部分，而仅仅 抽取 出与研究工作有关的 实质 性的内容加以考察。
%%{init: { 'theme': 'forest', 'fontFamily': 'Times New Roman, KaiTi' }}%%
graph TB
abstract["抽象"]
abstract --- process["过程抽象"]
abstract --- data["数据抽象"]
Figure 1: 抽象的分类
1.2. 封装
封装 是指利用 抽象数据类型 将 数据 和基于数据的
操作 封装在一起，数据被保护在 抽象数据类型的内部 ， 系统的其他部分只有通过包裹在 数据 外面的 被授权 的 操作 ，才能够与这个 抽象数据类型 交流 和 交互 。
- 降低 复杂度 、 提高 效率 和 质量 、 减少 错误 、 保证 完整性
- 提高 可重用性
参考教材
- 4.1.2 p.62
2. Java的类
2.1. 系统定义的类
- Java® Platform, Standard Edition & Java Development Kit Version 18 API Specification
https://docs.oracle.com/en/java/javase/18/docs/api/index.html
- Module java.base
https://docs.oracle.com/en/java/javase/18/docs/api/java.base/module-summary.html
- Module java.desktop
https://docs.oracle.com/en/java/javase/18/docs/api/java.desktop/module-summary.html
2.2. 用户程序自定义类
[类的修饰字] class 类名称 [extends 父类名称][implements 接口名称列表] {
变量定义及初始化语句
方法定义及方法体
}
%%{init: { 'theme': 'forest', 'fontFamily': 'Times New Roman, KaiTi' }}%%
graph LR
Class["类"]
Class --- ClassHead["类头"]
Class --- ClassBody["类体"]
ClassBody --- Domain["域"]
Domain --- Static["静态属性"]
ClassBody --- Method["方法"]
Method --- Behavior["类的行为"]
Method --- Operation["操作"]
Figure 2: 类的结构
2.3. 类的定义举例
class PhoneCard {
long cardNumber; // 电话卡卡号
private int password; // 电话卡密码
double balance; // 电话卡余额
String connectNumber; // 电话卡接入号码（预拨号码）
boolean connected; // 电话是否接通
boolean performConnection(long cn, int pw) { // 实现接入电话的操作
if(cn == cardNumber && pw == password ) {
connected = true;
return true;
}
else {
connected = false;
return false;
}
}
double getBalance() { // 检查电话是否接通，接通则返回当前余额
if(connected)
return balance;
else
return -1;
}
void performDial() { // 检查电话是否接通，接通则扣除本次话费
if(connected)
balance -= 0.5;
}
}
2.4. 创建对象与定义构造函数
class PhoneCard { }
2.4.1. 创建对象
PhoneCard myCard = new PhoneCard();
类名 新建对象名 = new 构造函数();
参考教材
- 4.2.3 pp.67-68
2.4.2. 构造函数
PhoneCard(long cn, int pw, double b,String s) {
cardNumber = cn;
password = pw;
balance = b;
connectNumber = s;
connected = false;
}
- 构造函数的 方法名 与 类名 相同
- 构造函数 没有 返回类型
- 构造函数的主要作用是完成对 类对象 的 初始化 工作
- 构造函数一般 不能 由编程人员 显示地直接调用
- 在创建一个类的新对象的同时，系统会 自动调用 该类的构造函数 为新对象初始化
class PhoneCard {
long cardNumber; // 电话卡卡号
private int password; // 电话卡密码
double balance; // 电话卡余额
String connectNumber; // 电话卡接入号码（预拨号码）
boolean connected; // 电话是否接通
PhoneCard(long cn, int pw, double b,String s) {
cardNumber = cn;
password = pw;
balance = b;
connectNumber = s;
connected = false;
}
boolean performConnection(long cn, int pw) { // 实现接入电话的操作
if(cn == cardNumber && pw == password ) {
connected = true;
return true;
}
else {
connected = false;
return false;
}
}
double getBalance() { // 检查电话是否接通，接通则返回当前余额
if(connected)
return balance;
else
return -1;
}
void performDial() { // 检查电话是否接通，接通则扣除本次话费
if(connected)
balance -= 0.5;
}
}
PhoneCard newCard = new PhoneCard(12345678, 1234, 50.0, "300");
public class UsePhoneCard {
public static void main(String args[]) {
PhoneCard myCard = new PhoneCard(12345678, 1234, 50.0, "300");
System.out.println(myCard.toString());
}
}
class PhoneCard {
long cardNumber; // 电话卡卡号
private int password; // 电话卡密码
double balance; // 电话卡余额
String connectNumber; // 电话卡接入号码（预拨号码）
boolean connected; // 电话是否接通
PhoneCard(long cn, int pw, double b,String s) {
cardNumber = cn;
password = pw;
if(b > 0)
balance = b;
else
System.exit(1);
connectNumber = s;
connected = false;
}
boolean performConnection(long cn, int pw) { // 实现接入电话的操作
if(cn == cardNumber && pw == password ) {
connected = true;
return true;
}
else {
connected = false;
return false;
}
}
double getBalance() { // 检查电话是否接通，接通则返回当前余额
if(connected)
return balance;
else
return -1;
}
void performDial() { // 检查电话是否接通，接通则扣除本次话费
if(connected)
balance -= 0.5;
}
public String toString() {
String s = "电话卡接入号码：" + connectNumber
+ "\n电话卡卡号：" + cardNumber
+ "\n电话卡密码：" + password
+ "\n电话卡余额：" + balance;
if(connected)
return (s + "\n电话已接通。");
else
return (s + "\n电话未接通。");
}
}
电话卡接入号码：300 电话卡卡号：12345678 电话卡密码：1234 电话卡余额：50.0 电话未接通。
3. 继承与多态
3.1. 继承
参考教材
- 5.1 pp.97-98
%%{init: { 'theme': 'forest', 'fontFamily': 'Times New Roman, KaiTi' }}%%
graph TB
Card["电话卡"]
Card --- CardWithoutNumber["无卡号电话卡"]
Card --- CardWithNumber["有卡号电话卡"]
CardWithoutNumber --- OriginalCard["电话磁卡"]
CardWithoutNumber --- ICCard["电话IC卡"]
CardWithNumber --- IPCard["IP卡"]
CardWithNumber --- The200Card["200卡"]
Figure 3: 各种电话卡类及其间的继承关系
3.2. 多态
参考教材
- 5.3.1 p.112
%%{init: { 'theme': 'forest', 'fontFamily': 'Times New Roman, KaiTi' }}%%
graph TB
Polymorphism["多态"]
Polymorphism --- ThroughOverload["方法覆盖实现的多态"]
Polymorphism --- ThroughOverride["方法重载实现的多态"]
Polymorphism --- ThroughReference["对象引用的多态"]
Figure 4: 几种实现多态的方式