JAVA面向对象——对象和类的基本语法

JAVA面向对象——对象和类的基本语法

一、面向对象编程基础

1. 程序中的数据存储方式

• 基本类型：变量（如 int max = 15;）。
• 数据结构：数组（一维/二维）、对象（特殊数据结构，用于存储复杂事物数据）。

2. 对象的本质

• 定义：对象是一种特殊的数据结构，用于封装事物的属性（数据），代表现实中的事物（如“赵丽颖”对象包含姓名、年龄、身高、体重等属性）。
• 创建方式：通过类（模板/设计图）使用 new 关键字创建，每 new 一次生成一个新对象。

  Star s1 = new Star(); // 创建对象
  s1.name = "赵丽颖"; // 设置属性
  

二、类的基本语法

1. 类的定义

• 作用：定义对象的模板，包含属性（成员变量）和行为（成员方法）。
• 语法结构：

  public class 类名 {// 成员变量（属性）数据类型 变量名; // 如 String name; int age;// 成员方法（行为）public void 方法名() {// 方法逻辑}
  }
  

2. 对象的使用步骤

1. 定义类：设计对象的属性和方法（如 Star 类）。
2. 创建对象：使用 new 关键字实例化对象（如 Star s1 = new Star();）。
3. 操作对象：通过对象名访问属性和方法（如 s1.name = "赵丽颖";）。

三、核心概念解析

1. 构造器（Constructor）

• 作用：创建对象时初始化成员变量。
• 特点：
  • 与类同名，无返回值类型声明。
  • 默认构造器：若未显式定义构造器，系统自动生成无参构造器。
  • 自定义构造器：若定义有参构造器，默认无参构造器会被覆盖，需手动添加无参构造器以保留。
• 语法示例：

  public class Student {private String name;private int age;// 无参构造器public Student() {}// 有参构造器public Student(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}
  }
  

2. this 关键字

• 作用：
  • 指代当前对象，哪个对象调用方法，this 就指向哪个对象。
  • 解决成员变量与方法参数/局部变量同名时的命名冲突问题。
• 示例：

  public class Student {private String name;public void setName(String name) { // 参数名与成员变量同名this.name = name; // 通过 this 访问成员变量}
  }
  

3. 封装（Encapsulation）

• 定义：面向对象三大特征之一，将数据（成员变量）和操作数据的方法封装在类中，通过控制访问权限实现“合理隐藏，合理暴露”。
• 实现方式：
  • 隐藏属性：用 private 修饰成员变量，禁止外部直接访问。
  • 暴露方法：用 public 修饰 getter/setter 方法，用于读写属性。
• 示例：

  public class Student {private String name; // 私有属性// getter 方法（获取属性）public String getName() {return name;}// setter 方法（设置属性）public void setName(String name) {this.name = name;}
  }
  

4. 实体类（Javabean）

• 定义：一种符合特定规范的类，用于存储数据，数据与业务逻辑分离。
• 规范要求：
  1. 所有成员变量 private 修饰，提供 public 的 getter/setter 方法。
  2. 必须包含无参构造器，有参构造器可选。
• 应用场景：在软件开发中用于封装数据（如数据库表中的记录），便于数据传输和存储。

四、static 关键字

1. static 修饰成员变量（静态变量/类变量）

• 特点：
  • 属于类，而非单个对象，内存中仅存储一份，被所有对象共享。
  • 访问方式：类名.静态变量（推荐）或 对象名.静态变量（不推荐）。
• 示例：

  public class Student {public static int totalStudents; // 静态变量，记录学生总数private String name;public Student() {totalStudents++; // 每次创建对象时总数加 1}
  }
  

2. static 修饰成员方法（静态方法/类方法）

• 特点：
  • 属于类，可通过 类名.方法名 直接调用，无需创建对象。
  • 限制：静态方法中不能直接访问实例成员（实例变量、实例方法），只能访问静态成员。
• 应用场景：
  • 工具类设计（如 Math 类、自定义的 StringUtils），提供通用功能，避免对象创建开销。
  • 主方法 main 是静态方法，程序入口需直接调用。
• 示例：

  public class Utils {// 静态方法：计算两数之和public static int add(int a, int b) {return a + b;}
  }
  // 调用方式：Utils.add(1, 2);
  

3. 静态方法与实例方法的区别

特征	静态方法	实例方法
所属	类	对象
调用方式	类名.方法名（推荐）	对象名.方法名
能否访问静态成员	能	能
能否访问实例成员	不能	能
是否存在 this 关键字	否	是（指向当前对象）

五、内存模型（详细解析）

Java程序运行时的内存分配遵循特定的模型，主要分为 栈内存（Stack Memory）、堆内存（Heap Memory） 和 方法区（Method Area）（JDK 8及之后称为 元空间 Metaspace）。理解这三部分的作用和数据存储机制，对掌握对象创建、变量作用域及内存管理至关重要。

1. 栈内存（Stack Memory）

作用：

• 存储局部变量（方法内定义的变量、方法参数）和对象引用（如 Star s1 中的变量名 s1）。
• 遵循**先进后出（LIFO）**的栈结构，用于管理方法的调用和执行顺序。

特点：

• 线程私有：每个线程拥有独立的栈空间，线程结束后栈内存自动释放。
• 存储内容：
  • 基本数据类型的局部变量（如 int age = 18; 中的 age）。
  • 对象引用变量（存储对象在堆内存中的地址，如 s1 指向 new Star() 的地址）。
• 内存大小受限：栈的大小由JVM启动参数配置（默认较小，如1MB），若方法嵌套调用过深易引发 栈溢出（StackOverflowError）。

示例：

public class Test {public static void main(String[] args) {Star s1 = new Star(); // s1 是栈内存中的对象引用，指向堆中的 Star 对象int num = 10; // num 是栈内存中的基本类型变量print(s1, num); // 调用方法时，参数 s1 和 num 压入栈}public static void print(Star s, int n) {// s 和 n 是栈内存中的局部变量}
}

2. 堆内存（Heap Memory）

作用：

• 存储对象实例和数组，是对象创建的唯一区域（通过 new 关键字分配内存）。
• 对象的成员变量（属性）在此分配空间并存储具体数据（如 s1.name = "赵丽颖" 中的 name 值）。

特点：

• 线程共享：所有线程均可访问堆内存中的对象。
• 动态分配：内存分配灵活，大小由JVM动态管理（可通过 -Xms、-Xmx 参数调整）。
• 垃圾回收（GC）：JVM定期回收不再被引用的对象，避免内存泄漏。
• 存储内容：
  • 对象的实例数据（如 Star 对象的 name、age 等属性值）。
  • 数组的元素（如 int[] arr = {1, 2, 3}; 中的数组元素）。

示例：

Star s1 = new Star(); // 堆内存中创建 Star 对象，存储属性值
s1.name = "赵丽颖"; // "赵丽颖" 存储在堆中对象的 name 属性里
s1.age = 36; // 36 存储在堆中对象的 age 属性里

• 内存地址：堆中的对象有唯一的内存地址（如 0x15aeb7ab），栈中的引用变量指向该地址。

3. 方法区（Method Area）

作用：

• 存储类的元数据（字节码文件 .class）、静态变量（static）、常量（final） 和 方法定义（如方法名、字节码指令）。
• 属于线程共享区域，供全程序访问。

特点（JDK 8及之后）：

• 元空间（Metaspace）：方法区的实现由永久代（PermGen）改为元空间，内存分配从本地内存（Native Memory）中划分，避免了永久代的内存溢出问题。
• 存储内容：
  • 类的结构信息（类名、父类、接口、成员变量和方法的定义）。
  • 静态变量（如 public static int totalStudents;）。
  • 字面量（如字符串常量 "赵丽颖"）和符号引用。
  • 方法的字节码指令（如 printTotalScore() 方法的执行逻辑）。

示例：

public class Star {static String country = "中国"; // 静态变量 country 存储在方法区final double PI = 3.14; // 常量 PI 存储在方法区String name; // 成员变量的定义存储在方法区，值存储在堆中public void printInfo() { // 方法定义存储在方法区System.out.println("姓名：" + name);}
}

六、关键总结

1. 对象与类的关系：类是模板，对象是实例；通过 new 关键字由类创建对象。
2. 封装的核心：隐藏属性，暴露接口，保证数据安全性和代码可维护性。
3. static 的作用：实现类级别的数据和方法共享，常用于工具类和全局数据管理。
4. 构造器的职责：确保对象创建时成员变量被正确初始化，支持重载以灵活初始化。