day09_認識物件導向

程式導向和麵向物件的區別

“程式導向”(Procedure Oriented)：是一種以過程為中心的程式設計思想，簡稱 OP。“程式導向”也可稱之為“面向記錄”程式設計思想，就是分析出解決問題所需要的步驟，然後用函式把這些步驟一步一步實現，使用的時候一個一個依次呼叫就可以了。所以程式導向的程式設計方式關注點不在“事物”上，而是做這件事分幾步，先做什麼，後做什麼。例如：早晨起來：起床、穿衣、洗漱、上班，只要按照這個步驟來，就能實現“一天”的功能，整個這個過程中關注的是一步一步怎麼做，並沒有關注“人”這個事物。再例如：開門、調整座椅、繫好安全帶、踩離合、

啟動、掛檔、給油，只要按照這個步驟來，車就走了，顯然關注點還是在步驟上，只要實現每一步就行，整個過程並沒有關注“汽車”這個事物。

“物件導向”(Object Oriented)：是一種以物件為中心的程式設計思想，簡稱 OO。隨著計算機技術的不斷提高，計算機被用於解決越來越複雜的問題。一切事物皆物件，通過物件導向的方式，將現實世界的事物抽象成物件。通過物件導向的方法，更利於用人理解的方式對複雜系統進行分析、設計與程式設計。同時，物件導向能有效提高程式設計的效率，通過封裝技術，可以像搭積木的一樣快速開發出一個全新的系統。物件導向將物件作為程式的基本單元，將程式和資料封裝其中，以提高軟體的重用性、靈活性和擴充套件性。

使用物件導向程式設計思想開發系統，在現代開發中會將物件導向貫穿整個過程，一般包括：OOA/OOD/OOP：

• OOA：物件導向分析（Object-Oriented Analysis）
• OOD：物件導向設計（Object-Oriented Design）
• OOP：物件導向程式設計（Object-Oriented Programming）

程式導向和麵向物件有什麼關係呢？

• 程式導向其實是最為實際的一種思考方式，就算是物件導向的方法也是含有程式導向的思想。可以說程式導向是一種基礎的方法。它考慮的是實際地實現。一般的程式導向是從上往下步步求精。物件導向主要是把事物給物件化，物件包括屬性與行為。當程式規模不是很大時，程式導向的方法還會體現出一種優勢。因為程式的流程很清楚，按著模組與函式的方法可以很好的組織。但對於複雜而龐大的系統來說，程式導向顯得就很無力了。物件導向的好處之一就是顯著的改善了軟體系統的可維護性。對於程式語言來說，基於 C 語言的程式設計是程式導向的，C++只能說一半程式導向一半物件導向，java 語言就是一門完全物件導向的程式語言。因為 java 底層是 C++語言實現的。當然，除了 java 語言之外，還有很多都是完全物件導向的程式語言，例如：C#、Python 等。

物件導向分析方法分析問題的思路和步驟：

1. 根據問題需要，選擇問題所針對的現實世界中的實體。
2. 從實體中尋找解決問題相關的屬性和功能，這些屬性和功能就形成了概念世界中的類。
3. 把抽象的實體用計算機語言進行描述，形成計算機世界中類的定義。即藉助某種程式語言，把類構造成計算機能夠識別和處理的資料結構。
4. 將類例項化成計算機世界中的物件。物件是計算機世界中解決問題的最終工具。

物件導向三大特徵

• 封裝（Encapsulation）
• 繼承（Inheritance）
• 多型（Polymorphism）

物件導向的思想概述

軟體存在的意義就是為了解決現實世界當中的問題，它必然模擬現實世界，也就是說現實世界中有什麼，軟體中就對應有什麼。類(Class)和物件(Object)是物件導向的核心概念。

那麼類和物件分別是什麼，它們的區別和聯絡是什麼呢？

• 類是對一類事物的描述，是抽象的、概念上的定義。
• 物件是實際存在的該類事物的每個個體，因而也稱為例項(instance)。

例如：“沈騰”、“趙本山”、“宋丹丹”都是實際存在的物件，他們都屬於“笑星”類，類描述事物的共同特徵，那麼“笑星”類都有哪些共同特徵呢？笑星類都有姓名、性別、年齡等狀態資訊（屬性），他們還有一個共同的行為就是“演出”（方法）。但當具體到某個物件上之後，我們發現姓名是不同的，性別是不同的，年齡也是不同的，演出的效果也是不同的。所以我們在訪問姓名、性別、年齡的時候，必須先有笑星物件，通過真實存在的笑星物件去訪問他的屬性，包括“演出”的時候，只有“笑星”類是不行的，必須先有笑星物件，讓笑星物件去執行“演出”這個動作。

• 通過類可以建立物件，物件又被稱為例項（instance），這個過程也可以稱為例項化。
• 物件導向程式設計的重點是類的設計 
• 類的設計，其實就是類的成員的設計

通過以上的描述，我們得知：類 = 屬性 + 方法，而屬性描述的是狀態，方法描述的是行為動作。行為動作以方法的形式存在，那屬性以什麼形式存在呢？例如：姓名、性別、年齡，

變數用來儲存資料。不錯，物件的屬性以變數形式存在，並且這裡所說的變數是我們之前提過的“成員變數當中的例項變數”。為什麼是例項變數呢，例項變數就是物件級別的變數，這樣的變數要求必須先存在物件，通過物件才能訪問。例如：“中國人”這個類，有一個屬性是“身份證號”，每一箇中國人的“身份證號”都是不一樣的，所

以身份證號必須使用一個真實存在的“中國人物件”來訪問。不能使用“中國人”這個類去訪問身份證號。一個類可以例項化 N 多個物件，假設通過“中國人”這個類建立了 100 個“中國人物件”，那麼“身份證號”必然會有 100 個例項變數空間去儲存。

總結一下常見的類的成員

• 現實中的屬 性：對應類中的成員變數
• 現實中的行 為：對應類中的成員方法

類的語法格式

建立Java自定義類步驟如下：

1. 定義類（考慮修飾符、類名）
2. 編寫類的屬性（考慮修飾符、屬性型別、屬性名、初始化值）
3. 編寫類的方法（考慮修飾符、返回值型別、方法名、形參等）

程式碼示例

package demo;

/*
 * 要求：
 * (1)建立Person類的物件，設定該物件的name、age和sex屬性，呼叫study方法，
 * 輸出字串“studying”，呼叫showAge()方法顯示age值，
 * 呼叫addAge()方法給物件的age屬性值增加2歲。
 *
 */
public class Person {
    //成員變數
    String name;
    int age;
    /**
     * sex:1 表明是男性
     * sex:0 表明是女性
     */
    int sex;

    //成員方法
    public void study(){
        System.out.println("studying");
    }

    public void showAge(){
        System.out.println("age:" + age);
    }

    public int addAge(int i){
        age += i;
        return age;
    }
}

類的訪問機制：

• 在一個類中的訪問機制：類中的方法可以直接訪問類中的成員變數。（例外：static方法訪問非static，編譯不通過。）
• 在不同類中的訪問機制：先建立要訪問類的物件，再用物件訪問類中定義的成員。

物件的建立和使用

                                              

類定義之後，就可以使用類這個“模板”來創造“物件”了，一個類是可以建立多個物件的哦！怎麼建立呢，語法是什麼？其實語法格式很簡單：new 類名()，這樣就可以完成物件的建立了。俗話說，你想要什麼 java 都可以給你，想要啥你就 new啥。建立物件完整語法：

• 類名 物件名 = new 類名();

使用“物件名.物件成員”的方式訪問物件成員（包括屬性和方法）

使用上面自定義的類，建立物件

package demo;

public class PersonTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 建立物件p1
        Person p1 = new Person();
        //給變數賦值
        p1.name = "Tom";
        p1.age = 18;
        p1.sex = 1;

        //呼叫成員方法
        p1.study();//studying
        p1.showAge();//age:18
        //呼叫成員方法，把方法的返回值賦值給變數newAge
        int newAge = p1.addAge(2);
        System.out.println(p1.name + "的新年齡為：" + newAge);//Tom的新年齡為：20

        System.out.println(p1.age);//20

        //建立物件p2
        Person p2 = new Person();
        //呼叫常用方法
        p2.showAge();//age:0
        p2.addAge(10);
        p2.showAge();//age:10

        p1.showAge();//age:20
    }
}

以上程式碼最初接觸的時候，大家肯定會感覺非常陌生，這也是正常的，Person p1 = new Person();實際上和 int i = 10 是類似的，對於 int i = 10 來說，int 是一種基本資料型別，i 是變數名，10 是 int 型別的字面量。那對於 Person p1 = new Person() 來說，其中 Person 是一種引用資料型別，p1 是變數名，new Person()執行之後是一個 Person 型別的物件。大家要注意了，java 語言當中凡是使用 class 關鍵字定義的類都屬於引用資料型別，類名本身就是這種引用資料型別的型別名。

注意：

• 如果建立了一個類的多個物件，對於類中定義的屬性（成員變數），每個物件都擁有各自的一套副本，且互不干擾。
• 在 java 語言當中，當例項變數沒有手動賦值，在建立物件的時候，也就是說在 new 的時候，系統會對例項變數預設賦值，它們的預設值請參考下表：

  

物件建立和使用的深層次解密

為了更好的理解上面的程式，先來看看java 虛擬機器是如何管理它的記憶體的，請看下圖：

 

程式計數器：

• 概念：可以看做當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器。
• 特點：執行緒私有的記憶體

java 虛擬機器棧（重點）：

• 概念：描述的是 java 方法執行的記憶體模型。（每個方法在執行的時候會建立一個棧幀，用於儲存區域性變數表，區域性變數表存放了編譯期可知長度的各種基本資料型別（boolean、byte、char 、 short 、 int 、 float 、 long 、double）、物件引用（reference型別，它不等同於物件本身，是物件在堆記憶體的首地址運算元棧，動態連結，方法出口等資訊。每個方法從呼叫直至完成的過程，就對應一個棧幀從入棧到出棧的過程。）
• 特 點 ： 線 程 私 有， 生 命 週期 和 線 程 相同 。 這 個 區域 會 出 現 兩種 異 常 ：StackOverflowError 異常： 若線 程請求 的深 度大於 虛擬 機所允 許的 深度 。OutOfMemoryError異常：若虛擬機器可以動態擴充套件，如果擴充套件是無法申請到足夠的記憶體。

本地方法棧：

• 概念：它與虛擬機器棧所發揮的作用是相似的，區別是 java 虛擬機器棧為執行 java 方法服務，而本地方法棧是為本地方法服務。
• 特點：執行緒私有，也會丟擲兩類異常：StackOverflowError 和 OutOfMemoryError。

java 堆（重點）：

• 概念：是被所有執行緒共享的一塊區域，在虛擬機器啟動時建立。
• 特點：執行緒共享，存放的是物件例項（所有的物件例項和陣列），GC 管理的主要區域。可以處於物理上不連續的記憶體空間。這一點在Java虛擬機器規範中的描述是：所有的物件例項以及陣列都要在堆上分配。

⑤ 方法區（重點）：

• 概念：儲存已被虛擬機器載入的類資訊、常量、靜態變數，即時編譯器編譯後的程式碼等資料。
• 特點：執行緒共享的區域，丟擲異常 OutOfMemory 異常：當方法區無法滿足記憶體分配需求的時候。

以上所描述內容，有看得懂的，也有看不懂的，例如：執行緒、本地方法等，這個需要大家在學習後面內容之後，返回來再看一看，那個時候你就全部明白了。針對於目前來說，大家必須要知道 java 虛擬機器有三塊主要的記憶體空間，分別是“虛擬機器棧（後面簡稱棧）”、“方法區”、“堆區”，方法區儲存類的資訊，棧中儲存方法執行時的棧幀以及區域性變數，堆區中主要儲存 new 出來的物件，以及物件內部的例項變數。其中垃圾回收器主要針對的是堆記憶體，方法區中最先有資料，因為程式執行之前會先進行類載入。棧記憶體活動最頻繁，因為方法不斷的執行並結束，不斷的進行壓棧彈棧操作。將目前階段需要掌握的記憶體空間使用一張簡單的圖表示出來，這個圖是大家需要掌握的：

大概瞭解了 java 虛擬機器記憶體分配之後，來看看以下程式碼在執行過程中，記憶體是如何變化的：

package demo;

public class StudentTest {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        Student s1 = new Student();
    }
}

以上程式碼在執行過程中記憶體的變化如下圖所示：

第一步：進行類載入 

第二步： main 方法呼叫，給 main 方法分配棧幀（壓棧）

第三步：執行 int i = 10，區域性變數

第四步：執行 new Student()，在堆中建立物件，同時初始化例項變數

第五步：將堆區中學生物件的記憶體地址賦值給區域性變數 s1 

上圖所描述記憶體圖有些地方為了幫助大家更好的理解，有些位置畫的不是很精確，隨著後面內容的學習我們再進一步修改，目前上圖已經夠大家用了。上圖中 i 變數和 s1 變數都是區域性變數，都在棧記憶體當中，只不過 i 變數是基本資料型別 int，而 s1 變數是引用資料型別 Student。上圖中堆區當中的稱為“物件”，該“物件”內部 no、name、age、sex 都是例項變數/屬性，這些變數在 new物件的時候初始化，如果沒有手動賦值，系統會賦預設值。上圖堆區中“物件”建立完成之後，該物件在堆區當中的記憶體地址是：0x1111，程式中的“=”將 0x1111 這個堆記憶體地址賦值給 s1 變數，也就是說 s1 變數儲存了堆記憶體物件的記憶體地址，我們對於這種變數有一種特殊的稱呼，叫做“引用”。也就是說對於 Student s1 = new Student()程式碼來說，s1 不是物件，是一個引用，物件實際上是在堆區當中，s1 變數持有這個物件的記憶體地址。java 中沒有指標的概念（指標是 C 語言當中的機制），所以 java 程式設計師沒有權利直接操作堆記憶體，只能通過“引用”去訪問堆記憶體中的物件，例如：s1.no、s1.name、s1.sex、s1.age。訪問一個物件的記憶體，其實就是訪問該物件的例項變數，而訪問例項變數通常包括兩種形式，要麼就是讀取資料，要麼就是修改資料，例如：System.out.println(s1.no)這就是讀取資料，s1.no= 100 這就是修改資料。

例項變數執行賦值運算之後的記憶體圖 

建立多個物件的記憶體結構圖 

匿名物件

我們也可以不定義物件的控制程式碼，而直接呼叫這個物件的方法。這樣的物件叫做匿名物件。如：

new Person().shout();

使用情況

• 如果對一個物件只需要進行一次方法呼叫，那麼就可以使用匿名物件。
• 我們經常將匿名物件作為實參傳遞給一個方法呼叫。