Java——面向对象进阶（一）
拉普达的城 2024-06-28 11:35:01 阅读 54
前言
面向对象进阶(一)：static，继承，this和super关键字
文章目录
一、static1.1 静态变量1.2 静态方法1.3 静态变量和静态方法在内存中
二、继承2.1 概念2.2 继承的特点和能继承什么2.3 继承中的重写2.4 this和super关键字
一、static
在 Java 中，
static关键字用于声明类中的静态成员（包括字段、方法、内部类和代码块）。静态成员属于类本身，而不是类的实例。
1.1 静态变量
静态变量（也称为类变量）是在类中使用
static关键字声明的变量。
特性
类级别共享：静态变量属于类本身，而不是类的实例。所有实例共享同一个静态变量。意味着静态变量不依赖于实例而存在。单一存储：在内存中只有一份静态变量，无论创建了多少个类的实例。生命周期：静态变量在类加载时初始化，并在程序结束时销毁。访问方式：可以通过类名直接访问，也可以通过实例访问（但不推荐）。
用法
声明静态变量
静态变量在类体中用 static 关键字声明。通常在类的顶部声明。
public class MyClass {
public static int staticVar = 0;
}
访问静态变量
静态变量可以通过类名直接访问，也可以通过实例访问。
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 通过类名访问静态变量
MyClass.staticVar = 5;
System.out.println(MyClass.staticVar); // 输出: 5
// 通过实例访问静态变量（不推荐）
MyClass obj1 = new MyClass();
MyClass obj2 = new MyClass();
obj1.staticVar = 10;
System.out.println(obj2.staticVar); // 输出: 10，因为obj1和obj2共享同一个静态变量
}
}
示例：计数器
静态变量的一个常见用法是作为计数器，记录创建的实例数量。
public class Counter {
public static int count = 0;
public Counter() {
count++;
}
public static void displayCount() {
System.out.println("Number of instances: " + count);
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Counter obj1 = new Counter();
Counter obj2 = new Counter();
Counter obj3 = new Counter();
Counter.displayCount(); // 输出: Number of instances: 3
}
}
在这个例子中，每次创建 Counter 类的实例时，静态变量 count 都会增加1。由于 count 是静态变量，它在所有实例中共享，因此可以准确记录创建的实例数量。
1.2 静态方法
静态方法（Static Methods）是用 static 关键字修饰的方法，属于类本身，而不是类的实例。它们在类加载时就被初始化，可以不通过实例对象而直接调用。静态方法在很多情况下都非常有用，特别是在工具类中。
特性
类级别方法：静态方法属于类，可以直接通过类名调用，而不需要创建类的实例。不能访问实例成员：静态方法不能直接访问类的实例变量和实例方法，因为它们不属于任何具体的实例。可以访问静态成员：静态方法可以访问类的静态变量和其他静态方法。无需对象：静态方法在调用时不需要创建对象，可以通过类名直接调用。
用法
声明静态方法
静态方法在类体中使用 static 关键字声明。
public class MyClass {
public static void staticMethod() {
System.out.println("This is a static method.");
}
}
访问静态方法
静态方法可以通过类名直接调用，也可以通过实例调用（但不推荐）。
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 通过类名调用静态方法
MyClass.staticMethod();
// 通过实例调用静态方法（不推荐）
MyClass obj = new MyClass();
obj.staticMethod();
}
}
示例：实用工具类
静态方法非常适合用来实现实用工具类中的一些方法。例如，数学运算方法、字符串处理方法等。
工具类（Utility Class）是在编程中常用的一种类，专门用于封装一组静态方法，这些方法通常是与特定任务相关的通用功能。工具类的主要特点是它们不需要实例化，可以直接通过类名调用其方法。常见的工具类包括用于字符串处理、数学运算、日期时间操作等功能的类。
public class MathUtils {
public static int add(int a, int b) {
return a + b;
}
public static int multiply(int a, int b) {
return a * b;
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
int sum = MathUtils.add(5, 3);
int product = MathUtils.multiply(4, 2);
System.out.println("Sum: " + sum); // 输出: Sum: 8
System.out.println("Product: " + product); // 输出: Product: 8
}
}
静态方法不能直接访问实例变量和实例方法，举例：
public class Example {
// 实例变量
private int instanceVar = 42;
// 实例方法
public void instanceMethod() {
System.out.println("Instance method called. Instance variable: " + instanceVar);
}
// 静态方法
public static void staticMethod() {
// 试图访问实例变量 - 这会导致编译错误
// System.out.println("Instance variable: " + instanceVar);
// 试图调用实例方法 - 这会导致编译错误
// instanceMethod();
// 正确的访问方式：静态方法只能访问静态变量和静态方法
System.out.println("Static method called.");
}
// 静态变量
public static int staticVar = 84;
// 另一个静态方法
public static void anotherStaticMethod() {
System.out.println("Another static method called. Static variable: " + staticVar);
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 调用静态方法
Example.staticMethod();
// 创建类的实例
Example example = new Example();
// 调用实例方法
example.instanceMethod();
// 调用另一个静态方法
Example.anotherStaticMethod();
}
}
解释：在 staticMethod 中，尝试直接访问 instanceVar 和 instanceMethod 会导致编译错误，因为 instanceVar 和 instanceMethod 都是属于实例的，而不是类的。静态方法没有 this 引用，因此无法引用实例成员。
1.3 静态变量和静态方法在内存中
静态变量和静态方法都存储在方法区（Method Area）中
方法区是 JVM 内存的一部分，用于存储类结构信息（如类元数据、常量池）和静态变量。
内存简易图
二、继承
2.1 概念
继承（Inheritance）是面向对象编程中的重要概念之一，继承是一种类之间的关系，其中一个类（称为子类或派生类）根据规则可以继承另一个类（称为父类或基类）的属性和方法。继承可以避免重复编写相同的代码，更好地组织和管理类之间的关系。
例如，我们要实现学生类和老师类，学生和老师之间必然存在共性，比如都有名字，年龄等成员变量，以及可能有吃饭，睡觉等成员方法，那么就极有可能存在代码重复实现的情况。那我们就可以定义一个父类，比如person类，在类中有名字，年龄成员变量，以及一些成员方法，然后学生类和老师类再继承person类。
2.2 继承的特点和能继承什么
特点
Java只支持单继承，不支持多继承，但支持多层继承多层继承：子类A继承父类B，子类B继承父类C…另外，所有其他类都直接或间接地继承自 Object类，因为Object 类是所有类的根类,Object 类定义了几个核心方法，包括 toString(), equals(), hashCode()
能够继承什么？
我们来挨个解释：
对于构造方法：无论构造方法是否是私有的，它都不能被继承，这是为了保证对象在创建过程中的合理初始化，以及遵循面向对象编程中的封装和可见性原则。
对于成员变量：
子类继承父类时，会继承父类的成员变量。子类可以继承父类的 public 和 protected 访问权限的成员变量。如果成员变量被声明为 private，则子类无法直接访问该成员变量，需要借助继承自父类的 get/set 方法。如果子类定义了与父类同名的成员变量，那么父类的成员变量会被子类的成员变量隐藏。这种情况下，可以使用 super 关键字访问父类被隐藏的成员变量。(super 关键字在 Java 中用于调用父类的构造方法和访问被隐藏的父类成员变量或方法。)
子类定义了与父类同名的成员变量，用 super 关键字
class Parent {
public int number = 10;
public void display() {
System.out.println("Parent's number: " + number);
}
}
class Child extends Parent {
public int number = 20;
public void display() {
super.display(); // 调用父类的 display 方法
System.out.println("Child's number: " + number);
System.out.println("Parent's number: " + super.number); // 访问父类的成员变量
}
}
对于成员方法:
子类可以继承父类的非私有成员方法。private 方法不可继承，因为它们对子类不可见。子类可以提供自己的实现来覆盖从父类继承的同名方法（重写）。final 修饰的方法不能被子类重写，因此不能继承。static 方法属于类级别的方法，不属于实例，不能被继承。
2.3 继承中的重写
方法的重写（Override）是子类覆盖父类中具有相同名称和参数的方法。
重写的规则
必须是被子类继承的父类成员方法，才能是重写
方法签名：子类重写父类方法时，方法名、参数列表必须与父类方法完全相同。
访问修饰符：子类重写父类方法时，访问修饰符不能更严格。例如，如果父类方法是 protected，子类重写时可以使用 protected 或者 public，但不能使用 private 或者默认的（package-private）修饰符。
返回类型：重写方法的返回类型必须与被重写方法的返回类型相同，或者是其子类。
@Override 注解可以帮助编译器验证是否成功重写了父类方法。
示例
下面是一个展示方法重写的示例：
// 父类
class Parent {
// 父类方法
public void display() {
System.out.println("Parent's display method");
}
}
// 子类继承自父类
class Child extends Parent {
// 重写父类的 display() 方法
@Override
public void display() {
System.out.println("Child's overridden display method");
}
}
// 主类
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 创建子类对象
Child child = new Child();
// 调用子类重写的方法
child.display(); // 输出: Child's overridden display method
}
}
2.4 this和super关键字
this和super是两个关键字，用于引用当前对象和父类对象。它们在面向对象编程中有着不同的用途和作用域。
this 关键字
访问当前对象的属性和方法：
可以通过 this 关键字访问当前对象的属性和方法，避免命名冲突或者明确指出正在使用的对象是当前对象。
class MyClass {
private int number;
public void setNumber(int number) {
this.number = number; // 使用this访问当前对象的number属性
}
public int getNumber() {
return this.number; // 使用this访问当前对象的number属性
}
}
在构造方法中调用其他构造方法：
可以使用 this() 调用本类的其他构造方法（必须位于构造方法的第一行）。
class MyClass {
private int number;
// 构造方法1
public MyClass() {
this(0); // 调用另一个构造方法
}
// 构造方法2
public MyClass(int number) {
this.number = number;
}
}
super 关键字
访问父类的属性和方法：
可以使用 super 关键字访问父类中的属性和方法，特别是在子类中覆盖（重写）父类方法时，可以使用 super 调用父类的方法。
class Parent {
private int number;
public Parent(int number) {
this.number = number;
}
public void display() {
System.out.println("Number: " + number);
}
}
class Child extends Parent {
public Child(int number) {
super(number); // 调用父类的构造方法
}
@Override
public void display() {
super.display(); // 调用父类的display方法
System.out.println("Child's display method");
}
}
调用父类的构造方法：
可以使用 super() 调用父类的构造方法，必须位于子类构造方法的第一行。
class Parent {
private int number;
public Parent(int number) {
this.number = number;
}
}
class Child extends Parent {
public Child(int number) {
super(number); // 调用父类的构造方法
}
}
避免子类和父类同名字段的歧义：
在子类和父类中有同名字段时，可以使用 super 关键字访问父类中的字段，以避免歧义。
class Parent {
protected int number = 10;
}
class Child extends Parent {
private int number = 20;
public void display() {
System.out.println("Child's number: " + number); // 输出20
System.out.println("Parent's number: " + super.number); // 输出10
}
}
区别和总结
this 关键字用于引用当前对象，可以访问当前对象的属性、方法和构造方法。super 关键字用于引用父类对象，可以访问父类的属性、方法和构造方法。
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