ACCP6.0 S2 使用Java实现面向对象编程第一章

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1.1用面向对象设计电子宠物系统 1.1.1 为什么使用面向对象

现实世界就是“面向对象的”。现实世界中的任何事物都可以看作是“对象”，比如人、建筑、交通工具、学习用品等。而事物都有自己的属性和行为。比如人，它具有各种属性：姓名、性别、身高、体重、籍贯等，还可以做很多事情：吃饭、睡觉、劳动、锻炼等。各个事物之间还会发生各种联系，人用木材可以做成一套家具，人用笔可以写出文章等。

面向对象就是采用“现实模拟”的方法设计和开发程序。计算机软件开发规模越来越大，解决的问题也越来越复杂，导致软件开发时间、软件开发成本、软件维护费用甚至软件开发质量等日益难以控制。而面向对象技术利用“面向对象的思想”去描述“面向对象的世界”，实现了虚拟世界和现实世界的一致性，符合人们的思维习惯，使得客户和软件设计开发人员之间、软件设计开发人员内部交流更加顺畅，同时还带来了代码重用性高、可靠性高等优点，大大提高了软件尤其是大型软件的设计和开发效率。

问答

问题：面向过程和面向对象有什么区别？

解答：我们要举办一次北大青鸟的联欢晚会。如果采用面向过程的话，就是全体人员合唱青鸟之歌→主持人宣布晚会开始→领导讲话→主持人过场→演员一表演→主持人过场→演员二表演??→最后一位演员表演→主持人宣布晚会结束，即从头至尾、自上而下的实现功能。而如果采用面向对象实现的话，首先分析晚会需要哪些类：领导、主持人和演员。然后分析各种类的行为：主持人有宣布晚会开始、过场、宣布晚会结束，当然也有唱青鸟之歌。领导有讲话、唱青鸟之歌。演员主要就是表演节目，也有唱青鸟之歌。然后就利用设计好的类创建对应对象，调用相应的方法（行为）来逐步进行晚会。

面向过程的核心概念是函数，以功能为中心，实现了函数级别的代码重用。面向对象的核心概念是封装了属性和方法（行为）的类，以数据为中心，实现了类级别的代码重用。面向对象因为采用了类，具有继承和多态特性，可以进一步重用代码和简化编程，而面向过程中没有继承和多态特性。

1.1.2 使用面向对象进行设计

下面就开始电子宠物系统的设计和开发之路吧，这一章的任务是用类来描述宠物，然后实现领养宠物功能。首先需要根据需求进行面向对象的设计。

问题：

我们要设计一个电子宠物系统，其中领养宠物功能的详细需求如下。根据控制台提示，输入领养宠物的昵称。

根据控制台提示，选择领养宠物的类型，有两种选择：狗狗和企鹅。如果类型选择狗狗，要选择狗狗的品种，有两种选择：“聪明的拉布拉多犬”或者“酷酷的雪纳瑞”。

如果类型选择企鹅，要选择企鹅的性别：“Q仔”或“Q妹”。所领养宠物的健康值默认是100，表示非常健康。

所领养宠物和主人的亲密度默认是0，表示和主人还不熟悉。

在控制台打印出宠物信息，包括昵称、健康值、亲密度、品种或性别，表示领养成功。

如何依据需求，使用面向对象思想来设计我们的电子宠物系统呢？

分析

面向对象设计的过程就是抽象的过程，我们分三步来完成。第一步：发现类。

第二步：发现类的属性。第三步：发现类的方法。

面向对象设计的过程就是抽象的过程，根据业务需求，关注与业务相关的属性和行为，忽略不必要的属性和行为，由现实世界中“对象”抽象出软件开发中的“对象”，如图1.2所示。

图1.2 面向对象设计的过程就是抽象的过程

接下来我们就按照发现类、发现类的属性和发现类的方法的步骤完成设计。我们可以通过在需求中找出名词的方式确定类的属性，找出动词的方式确定方法。并根据需求实现业务的相关程度进行筛选。

第一步：发现类。

需求中名词有控制台、宠物、昵称、狗狗、企鹅、类型、品种、聪明的拉布拉多犬、酷酷的雪纳瑞、性别、Q仔、Q妹、健康值、亲密度和主人等。

根据仔细筛选，发现可以作为类的名词有宠物、狗狗、企鹅和主人。本章要实现领养宠物功能，主要用到两个类：狗狗（Dog）和企鹅（Penguin）。宠物和主人在完善设计和增加功能时再使用。

第二步：发现类的属性。

需求中动词主要有输入、选择、领养、打印等。某些明显与设计无关、不重要的词语可以直接忽略。

通过仔细筛选，发现可作为属性的名词有昵称、健康值、亲密度品种和性别，还有一些名词是作为属性值存在的，例如聪明的拉布拉多犬、酷酷的雪纳瑞是品种的属性值，Q仔和Q妹是性别的属性值。

根据需求，定义狗狗类的属性有昵称（name）、健康值（health）、亲密度（love）和品种（strain）。企鹅类的属性有昵称（name）、健康值（health）、亲密度（love）和性别（sex）。狗狗和企鹅的某些属性，例如年龄、体重、颜色等与领养业务需求无关，不予设置。

第三步：发现类的方法。通过仔细筛选，发现类的方法主要是打印宠物信息。狗狗和企鹅的方法主要就是打印出自己的信息，取名为print（）。至于狗狗睡觉、洗澡等行为，企鹅吃饭、游泳等行为，与领养业务需求无关，现在先不为其设定方法，在后续业务中若有需求再添加。

设计是一个逐步调整、完善的过程，类图是面向对象设计的“图纸”，使用“图纸”进行设计方便沟通和修改。将设计的结果通过类图来表示，如图1.3和图1.4所示。

图1.3 Dog类图图1.4 Penguin类图小结

抽象时遵循的原则。

属性、方法的设置是为了解决业务问题的。关注主要属性、方法。

如没有必要，无增加额外的类、属性与方法。

1.2 通过创建对象实现领养宠物功能 1.2.1 创建类的对象

已经设计出了类及其属性和方法，下面需要把类图表示的内容转变为Java的类代码。狗狗类的代码如示例1所示。示例1 /**

*宠物狗狗类。 *@author 北大青鸟 */

public class Dog{

String name = “无名氏”; //昵称，默认值是“无名氏” int health = 100; //健康值，默认值是100 int love = 0; //亲密度

String strain = “聪明的拉布拉多犬”; //品种 /**

*输出狗狗信息 */

public void print(){ System.out.println(“宠物的自白：\\n 我的名字叫” + this.name + ”，健康值” + this.health + “，和主人的亲密度是” + this.love + “，我是一只 ” + this.strain + “。”);

} }

企鹅类的代码如示例2所示。示例2 /**

*宠物企鹅

* @author 北大青鸟 */

public class Penguin{

String name = “无名氏”; //昵称 int health = 100; //健康值 int love = 0; //亲密度

String sex = “Q仔”; //性别 /**

*输出企鹅信息 */

public void print(){

System.out.println(“宠物的自白：\\n 我的名字叫” + this.name + ”，健康值” + this.health + “，和主人的亲密度是” + this.love + “，性别是 ” + this.sex + “。”);

} }

从示例1和示例2中我们学习了类的基本结构，其主要由属性和行为组成，成为类的成员变量（或者成员属性）和成员方法，同成为类的成员（除此之外，类的成员还包括构造方法、代码块等）。

问题

已经有了狗狗和企鹅类，如何领养宠物呢？

分析

领养宠物的步骤如下

根据控制台提示输入宠物的类型、昵称等内容。根据输入内容创建相应的宠物对象。打印出宠物信息表，示领养成功。

通过测试类来创建具体的宠物对象并输出信息，如示例3所示。示例3

import java.util.Scanner; /**

*领养宠物

* @author 北大青鸟 */

public class Text{

public static void main(String[] args){

Scanner input = new Scanner(System.in); System.out.println(“欢迎您来到宠物店！”); //1.输入宠物名称

System.out.println(“请输入要领养宠物的名字：”); String name = input.next(); //2.选择宠物

System.out.println(“请选择要领养的宠物类型：（1.狗狗 2.企鹅）”); switch(input.nextInt()){ case 1:

// 2.1 如果是狗狗

//2.1.1 选择狗狗的品种 System.out.println(“请选择狗狗的品种：（1.聪明的拉布拉多犬” + “ 2.酷酷的雪纳瑞）”);

String strain = null; if(input.nextInt() == 1){ strain = ”聪明的拉布拉多犬”;

} else {

strain = “酷酷的雪纳瑞”; }

// 2.1.2 创建狗狗对象并赋值

Dog dog = new Dog(); dog.name = name; dog.strain = strain; // 2.1.3 输入狗狗信息 dog.print(); break; case 2: //2.2 如果是企鹅 //2.2.1 选择企鹅性别

System.out.println(“请选择企鹅的性别：（1.Q仔 2.Q妹）”); String sex = null;

if(input.nextInt() == 1) sex = ” Q仔”; else

sex = “Q妹”

//2.2.2 创建企鹅对象并赋值 Penguin pgn = new Penguin(); pgn.name = name; pgn.sex = sex;

//2.2.3 输出企鹅信息 pgn.print(); } }

}

运行结果如图1.5 和图1.6所示。

图1.5 领养狗狗运行结果

图1.6 领养企鹅运行结果

* 无参构造方法 */

public Penguin(){ name = “囡囡”;

love = 20; sex = “Q妹”;

System.out.println(“执行构造方法”); } /**

* 两个参数构造方法 */

public Penguin(String name,String sex){ this.name = name; this.sex = sex; } /**

* 四个参数构造方法 */

public Penguin(String name,int health,int love,String sex){ this.name = name; this.health = health; this.love = love; this.sex = sex; } /**

* 输出企鹅信息 */

public void print(){ System.out.println(\宠物的自白：\\n 我的名字叫\，健康值是\，和主人的亲密度是\，性别是\。\ } /**

* 测试构造方法的使用。 */

public static void main(String[] args){ Penguin pgn = null;

pgn = new Penguin(); pgn.print(); pgn=new Penguin(\亚亚\企鹅\ pgn.print(); pgn=new Penguin(\美美\仔\ pgn.print(); }

}运行结果如图1.13所示。

示例8中共有三个构造方法，方法名相同，参数列表不同，这成为构造方法的重载。可以通过构造方法重载来实现多种初始化行为，我们在创建对象的时候可以根据需要选择合适的构造方法。

下面我们把示例8中无参数的构造方法注释掉，看看会出现什么情况。运行结果如图1.14所示。

为什么会出现这个错误呢？同C#一样，在没有给类提供任何构造方法时，系统会提供一个无参的方法为空的默认构造方法。一旦提供了自定义构造方法，系统将不会再提供这个默认构造方法。如果要使用它，程序员必须手动添加。强烈建议此时为Java类手动提供默认构造方法。

学习了创建对象，如何销毁对象呢？在Java中，对象的销毁不需要程序员来做，而是通过Java系统中的垃圾回收器再后台自动实现。如果同一个类中包含了两个或两个以上方法，它们的方法名相同，方法参数个数或参数类型不同，则称该方法被重载了，这个过程称为方法重载。成员方法和构造方法都可以进行重载。

其实之前我们已经无形之中在使用方法重载了。

例如：

System.out.println(45); System.out.println(true);

System.out.println(“狗狗在玩耍！”);

例如：java.lang.Math类中的max方法就实现了重载，如图1.15所示。

注意：

方法重载的判断依据如下。必须是在同一个类里。方法名相同。

方法参数个数或参数类型不同。

与方法返回值和方法修饰符没有任何关系。

1.2.3 常见错误

1.在类中可以定义static变量，在方法里是否可以定义static变量

常见错误1 /**

* 宠物狗狗类，测试方法中是否可以定义static变量。 * @author 北大青鸟 */ class Dog{ String name = “无名氏”;

int health = 100; int love = 0;

public void play(int n){ static int staticVar = 5; health = health – n;

System.out.println(name + “ ” + staticVar + “ ” + health); }

public static void main(String[] args){ Dog d =new Dog(); d.play(5); } }

运行结果如图1.16所示。

把static int localv = 5;语句改为int localv=5;，则问题解决。

结论：在方法里不可以定义static变量，也就是说类变量不能是局部变量。 2.给构造方法加上返回值类型会出现什么情况

常见错误2 /**

* 宠物企鹅类，给构造方法加上返回值类型会出现什么情况呢？ * @author 北大青鸟 */

class Penguin { String name =”无名氏”; int health=100; String sex=”Q仔”; /** * 给无参构造方法加上返回值类型为void */ public void Penguin(){ name=”欧欧”;

sex=”Q妹”; System.out.println(“执行构造方法”); } /**

* 输出企鹅的信息 */

public void print(){ System.out.println(“企鹅的名字是”+name+”，性别是”+sex+”。”); }

public static void main(String[] args){ Penguin pgn =new Penguin(); pgn.print(); }

}

运行结果如图1.17所示。

从运行结果，我们可以看到，Penguin()方法并没有执行，这是为什么呢？不符合构造方法的定义，自然就不是构造方法了，不会在创建对象时执行。

结论2：构造方法没有返回值类型。如果有，就不是构造方法，而是和构造方法同名的成员方法。

1.3 使用封装优化电子宠物系统的类

问题：

设计的类有没有缺陷呢？比如执行语句 d=new Dog(); d.health=1000;

再比如示例8中的语句

Penguin pgn = new Penguin(“亚亚”,”企鹅”); pgn.print();

这些语句在语法上是完全正确的，但是却不符合实际规定，因为我们规定最大health值是100，企鹅的性别只能是Q仔或Q妹。再比如如果一个类有年龄、成绩属性，实际中是有取值范围的，随意赋值也会出现同样的问题。

分析：

在Java中已经考虑到了这种情况，解决途径就是对类进行封装，通过private 、protectecl、public和默认权限控制符来实现权限控制。在此例中，我们将属性均设为private权限，将只在类内可见。然后再提供public权限的setter方法和getter方法实现对属性的存取，在setter方法中对输入的属性值的范围进行判断。

采用类图来表示封装后的Dog类和Penguin类，运行结果如图1.18和图1.19所示，请大家把他们和图1.3以及图1.4进行比较，看有什么不同。

对Dog类进行封装处理，如示例9 所示。

示例9 /**

* 宠物狗狗类，使用权限修饰符private和public进行封装。 * @author 北大青鸟 */

class Dog{

private String name=”无名氏”; private int health = 100; private int love = 0;

private String strain=”聪明的拉布拉多犬”; /**

* 读取狗狗昵称 * @return 昵称 */

public String getName(){ return name;

} /**

* 指定狗狗昵称

* @param name 昵称 */

public void setName(String name){ this.name=name; } /**

* 读取狗狗健康值 * @return 健康值 */

public int getHealth(){ return health;

} /**

* 指定狗狗健康值，对健康值范围进行判断 * @param health 健康值 */

public void setHealth(int health){ if(health>100|| health<0){ this.health=40; System.out.println(“健康值应该在0和100之间，默认值是40”); }else{ this.health=health;

}

} /**

* 读取狗狗亲密度 * @return 亲密度 */

public int getLove(){ return love;

} /**

* 指定狗狗亲密度 * @param love 亲密度 */

public void setLove(int love){ this.love=1ove; } /**

* 读取狗狗品种 * @return 品种 */ public String getStrain(){ return strain;

} /**

* 指定狗狗品种

* @param strain 品种 */

public void setStrain(String strain){ this.strain=strain; } /**

* 输入狗狗信息 */

public void print(){

System.out.println(“宠物的自白：\\n 我的名字叫”+this.name+”，是”+this.health+”，和主人的亲密度是”+this.love+”，我是一只”+this.strain+”。”);

} }

编写测试类，如示例10所示。

示例10 /**

* 测试类的封装 * @author 北大青鸟 */

健康值class Test{

public static void main(String[] args){ Dog dog = new Dog(); //dog.health=300; dog.setName(“欧欧”); dog.setHealth(300); System.out..println(“昵称是”+dog.getName()); System.out.println(“健康值是”+dog.getHealth()); dog.print();

} }

运行结果如图1.20所示。

去掉示例10中”d.health=300”一行的注释符后并执行，会出现什么结果呢？

运行结果如图1.21所示。

从示例10的两次运行结果图我们可以看到封装之后的两个变化：采用了private修饰符的变量不能在类外部访问，而是通过public修饰的setter方法实现；通过在setter方法中编写相应存取控制语句可以避免出现不符合实际需求的赋值。

封装（Encapsulation）是类的三大特性之一，就是将类的状态信息隐藏在类内部，不允许外部程序直接访问，而是通过该类提供的方法来实现对隐藏信息的操作和访问。

封装的具体步骤：修改属性的可见性来显示对属性的访问；为每个属性创建一对赋值（setter）方法和取值（getter）方法，用于对这些属性的存取；在赋值方法中，加入对属性的存取控制语句。封装的好处主要有：隐藏累的实现细节：让使用者只能通过程序员规定的方法来访问数据；可以方便地加入存取控制语句，限制不合理操作。

封装时会用到多个权限控制符来修饰成员变量和方法，区别如下。

Private：成员变量和方法只能在类内被访问，被同一个项目中不同包中的子类访问（父类、子类的概念将在第二章讲解）。

Public：可以被同一个项目中所有类访问，具有项目可见性，这是最大的访问权限。问题：

电子宠物系统有如下要求

领养宠物对象时可以指定昵称、品种，以后不允许改变。

领养宠物对象时健康值和亲密度采用默认值，只有通过玩耍、吃饭、睡觉等行为改变。

分析：

实际开发中封装哪些属性、如何封装取决于业务需求。根据需求，应对示例9做如下修改。

(1)去掉所有的setter方法，保留所有的getter方法

(2)提供有name和strain两个参数的构造方法实现对昵称和品种的赋值。 (3)提供eat()、play()、sleep()等方法实现健康值和亲密度的变化。

采用类图类表示改变封装后的Dog类和Penguin类，结果如图1.22和图1.23所示，请大家把他们和图1.18 以及图1.19进行比较，看有什么不同。

改变封装后的Dog类如示例11所示。

示例11 /**

* 宠物狗狗类，使用权限修饰符private和public进行封装。 * @author 北大青鸟 */

class Dog{

private String name=”无名氏”; private int health=100; private int love=0;

private String strain=”聪明的拉布拉多犬”; /**

* 通过构造方法指定狗狗的昵称、品种 * @param name 昵称 * @param strain 品种 */

public Dog(String name,String strain){ this.name=name; this.strain=strain; } /**

* 通过吃饭增加健康值 */

public void eat(){ if(health>=100){ System.out.println(“狗狗需要多运动呀！”);

}else { health=health+3; System.out.println(“狗狗吃饭了！”); } } /**

* 通过玩游戏增加与主人亲密度，减少健康值

public void play(){ if(health<60){ System.out.println(“狗狗生病了！”);

}else { System.out.println(“狗狗正在和主人玩耍。”); health =health-10; love =love+5; } } /**

* 读取狗狗昵称 * @return 昵称 */

public String getName(){ return name; } /**

* 读取狗狗健康值 * @return 健康值 */

public int getHealth(){ return health; } /**

* 读取狗狗亲密度 * @return 亲密度 */

public int getLove(){ return love; } /**

* 读取狗狗品种 * @return 品种 */

public String getStrain(){ return strain; } /**

* 输出狗狗的信息 */

public void print(){ System.out.println(“宠物的自白：\\n我的名字叫”+this.name+”，健康值是”+this.health+”，和主人的亲密度是”+this.love+”，我是一只 ”+this.strain+”。”);

}

编写测试类，如示例12所示。

示例12： /**

* 测试类的封装 * @author 北大青鸟 */

class Test1{

public static void main(String[] args){ Dog dog =new Dog(“欧欧”,”酷酷的雪纳瑞”); dog.play(); System.out.println(“健康值是”+dog.getHealth()); dog.eat(); dog.print(); } }

运行结果如图1.24所示。

图1.24 示例12运行结果接下来介绍this关键字

在示例9中的一系列setter方法中我们都用到了this这个关键字，this是什么含义呢？他还有什么其他的用法？

this关键字是对一个对象的默认引用。在每个实例方法内部，都有一个this引用变量，指向调用这个方法的对象。

在示例10中，我们创建了一个Dog对象dog，dog对象的昵称是欧欧，健康值是300，但是在shiite9中Dog类代码的编写是早于创建Dog对象的，当时并不知道以后创建的对象的名字呢。this关键字就是用来表示以后调用当前方法的那个对象的引用，当调用dog.setName(“欧欧”)、dog.setHealth(300)时，this就代表dog，而当创建另外Dog对象xxx，然后调用xxx.setName(“yyy”)时，this就表示xxx.this和xxx指向同一个对象。 this使用举例

使用this调用成员变量，解决成员变量和局部变量同名的冲突。 public void setName(String name){

this.name=name;//成员变量和局部变量同名，必须使用this }

public void setName(String xm){

name=xm;//成员变量和局部变量不同名，this可以省略 }

使用this调用成员方法 public void paly(int n){ health=health-n;

this.print(); //this可以省略，直接调用print()； }

使用this调用重载的构造方法，只能在构造方法中使用，必须是构造方法的第一条语句 public Penguin(String name,String sex){ this.name=name; this.sex=sex; }

public Penguin(String name,int health,int love,String sex){ this(name,sex);//调用重载的构造方法 this.health=health; this.love=love; }

注意：

因为this是在对象内部指代自身的引用，所以this只能调用实例变量、实例方法和构造方法。

this不能调用类变量和类方法。 this也不能调用局部变量

1.4 上机练习上机练习1