JAVA类和对象的高级特征.docx
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JAVA类和对象的高级特征
第四章JAVA类和对象的高级特征
教案名称：
教案大小：
教案类型：
WORD文档
星级评定：
★★★★☆
教案简介：
本讲主要讲述了java语言中面向对象的高级特征，包括抽象类、接口和包的特性。
通过本讲的学习，同学们可以使用java语言中较为深入的技术编写面向对象程序。
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第四章JAVA类和对象的高级特征
【课前思考】
1．什么是抽象类、接口？
它们各自又有哪些特性？
2．你知道java语言在面向对象编程方面有何独特的特点吗？
【学习目标】
本讲主要讲述了java语言中面向对象的高级特征，包括抽象类、接口和包的特性。
通过本讲的学习，同学们可以使用java语言中较为深入的技术编写面向对象程序。
【学习指南】
应深刻理解各知识点的概念，使用上一讲的编程基础知识及面向对象技术，编写各种java类，由浅至深，养成风格良好的编程习惯。
【难重点】
重点：
1．仔细体会面向对象编程的思想，熟练理解类和对象的概念，理解面向对象的特性，会编写各种java类，逐渐掌握面向对象编程的方法。
2．注意java语言中，不允许多重继承，而使用接口的方法。
难点：
1．理解方法抽象类和接口，不要混淆了两者的使用。
2．接口的使用。
【知识点】
4.1抽象类
4.2接口
4.3包
4.4JAVA应用程序编程接口
4.1抽象类
java语言中，用abstract关键字来修饰一个类时，这个类叫做抽象类，用abstract关键字来修饰一个方法时，这个方法叫做抽象方法。
格式如下：
abstractclassabstractClass{…}//抽象类
abstractreturnTypeabstractMethod（[paramlist]）//抽象方法
抽象类必须被继承，抽象方法必须被重写。
抽象方法只需声明，无需实现；抽象类不能被实例化，抽象类不一定要包含抽象方法。
若类中包含了抽象方法，则该类必须被定义为抽象类。
4.2接口
接口是抽象类的一种，只包含常量和方法的定义，而没有变量和方法的实现，且其方法都是抽象方法。
它的用处体现在下面几个方面：
◇通过接口实现不相关类的相同行为,而无需考虑这些类之间的关系。
◇通过接口指明多个类需要实现的方法。
◇通过接口了解对象的交互界面,而无需了解对象所对应的类。
1）接口的定义
接口的定义包括接口声明和接口体。
接口声明的格式如下：
[public]interfaceinterfaceName[extendslistOfSuperInterface]{…}
extends子句与类声明的extends子句基本相同，不同的是一个接口可有多个父接口，用逗号隔开，而一个类只能有一个父类。
接口体包括常量定义和方法定义
常量定义格式为：
typeNAME=value;该常量被实现该接口的多个类共享;具有public,final,static的属性。
方法体定义格式为：
（具有public和abstract属性）
returnTypemethodName（[paramlist]）；
2）接口的实现
在类的声明中用implements子句来表示一个类使用某个接口，在类体中可以使用接口中定义的常量，而且必须实现接口中定义的所有方法。
一个类可以实现多个接口,在implements子句中用逗号分开。
3）接口类型的使用
接口作为一种引用类型来使用。
任何实现该接口的类的实例都可以存储在该接口类型的变量中，通过这些变量可以访问类所实现的接口中的方法。
4.3包
“进行面向对象的设计时，一项基本的考虑是：
如何将发生变化的东西与保持不变的东西分隔开。
”这一点对于库来说是特别重要的。
那个库的用户（客户程序员）必须能依赖自己使用的那一部分，并知道一旦新版本的库出台，自己不需要改写代码。
而与此相反，库的创建者必须能自由地进行修改与改进，同时保证客户程序员代码不会受到那些变动的影响。
为达到这个目的，需遵守一定的约定或规则。
例如，库程序员在修改库内的一个类时，必须保证不删除已有的方法，因为那样做会造成客户程序员代码出现断点。
然而，相反的情况却是令人痛苦的。
对于一个数据成员，库的创建者怎样才能知道哪些数据成员已受到客户程序员的访问呢？
若方法属于某个类唯一的一部分，而且并不一定由客户程序员直接使用，那么这种痛苦的情况同样是真实的。
如果库的创建者想删除一种旧有的实施方案，并置入新代码，此时又该怎么办呢？
对那些成员进行的任何改动都可能中断客户程序员的代码。
所以库创建者处在一个尴尬的境地，似乎根本动弹不得。
为解决这个问题，Java推出了“访问指示符”的概念，允许库创建者声明哪些东西是客户程序员可以使用的，哪些是不可使用的。
这种访问控制的级别在“最大访问”和“最小访问”的范围之间，分别包括：
public，“友好的”（无关键字），protected以及private。
根据前一段的描述，大家或许已总结出作为一名库设计者，应将所有东西都尽可能保持为“private”（私有），并只展示出那些想让客户程序员使用的方法。
这种思路是完全正确的，尽管它有点儿违背那些用其他语言（特别是C）编程的人的直觉，那些人习惯于在没有任何限制的情况下访问所有东西。
到这一章结束时，大家应该可以深刻体会到Java访问控制的价值。
然而，组件库以及控制谁能访问那个库的组件的概念现在仍不是完整的。
仍存在这样一个问题：
如何将组件绑定到单独一个统一的库单元里。
这是通过Java的package（打包）关键字来实现的，而且访问指示符要受到类在相同的包还是在不同的包里的影响。
所以在本章的开头，大家首先要学习库组件如何置入包里。
这样才能理解访问指示符的完整含义。
4.3.1包：
库单元
我们用import关键字导入一个完整的库时，就会获得“包”（Package）。
例如：
importjava.util.*;
它的作用是导入完整的实用工具（Utility）库，该库属于标准Java开发工具包的一部分。
由于Vector位于java.util里，所以现在要么指定完整名称“java.util.Vector”（可省略import语句），要么简单地指定一个“Vector”（因为import是默认的）。
若想导入单独一个类，可在import语句里指定那个类的名字：
importjava.util.Vector;
现在，我们可以自由地使用Vector。
然而，java.util中的其他任何类仍是不可使用的。
之所以要进行这样的导入，是为了提供一种特殊的机制，以便管理“命名空间”（NameSpace）。
我们所有类成员的名字相互间都会隔离起来。
位于类A内的一个方法f（）不会与位于类B内的、拥有相同“签名”（自变量列表）的f（）发生冲突。
但类名会不会冲突呢？
假设创建一个stack类，将它安装到已有一个stack类（由其他人编写）的机器上，这时会出现什么情况呢？
对于因特网中的Java应用，这种情况会在用户毫不知晓的时候发生，因为类会在运行一个Java程序的时候自动下载。
正是由于存在名字潜在的冲突，所以特别有必要对Java中的命名空间进行完整的控制，而且需要创建一个完全独一无二的名字，无论因特网存在什么样的限制。
迄今为止，本书的大多数例子都仅存在于单个文件中，而且设计成局部（本地）使用，没有同包名发生冲突（在这种情况下，类名置于“默认包”内）。
这是一种有效的做法，而且考虑到问题的简化，本书剩下的部分也将尽可能地采用它。
然而，若计划创建一个“对因特网友好”或者说“适合在因特网使用”的程序，必须考虑如何防止类名的重复。
为Java创建一个源码文件的时候，它通常叫作一个“编辑单元”（有时也叫作“翻译单元”）。
每个编译单元都必须有一个以.java结尾的名字。
而且在编译单元的内部，可以有一个公共（public）类，它必须拥有与文件相同的名字（包括大小写形式，但排除.java文件扩展名）。
如果不这样做，编译器就会报告出错。
每个编译单元内都只能有一个public类（同样地，否则编译器会报告出错）。
那个编译单元剩下的类（如果有的话）可在那个包外面的世界面前隐藏起来，因为它们并非“公共”的（非public），而且它们由用于主public类的“支撑”类组成。
编译一个.java文件时，我们会获得一个名字完全相同的输出文件；但对于.java文件中的每个类，它们都有一个.class扩展名。
因此，我们最终从少量的.java文件里有可能获得数量众多的.class文件。
如以前用一种汇编语言写过程序，那么可能已习惯编译器先分割出一种过渡形式（通常是一个.obj文件），再用一个链接器将其与其他东西封装到一起（生成一个可执行文件），或者与一个库封装到一起（生成一个库）。
但那并不是Java的工作方式。
一个有效的程序就是一系列.class文件，它们可以封装和压缩到一个JAR文件里（使用Java1.1提供的jar工具）。
Java解释器负责对这些文件的寻找、装载和解释（注释①）。
①：
Java并没有强制一定要使用解释器。
一些固有代码的Java编译器可生成单独的可执行文件。
“库”也由一系列类文件构成。
每个文件都有一个public类（并没强迫使用一个public类，但这种情况最很典型的），所以每个文件都有一个组件。
如果想将所有这些组件（它们在各自独立的.java和.class文件里）都归纳到一起，那么package关键字就可以发挥作用）。
若在一个文件的开头使用下述代码：
packagemypackage;
那么package语句必须作为文件的第一个非注释语句出现。
该语句的作用是指出这个编译单元属于名为mypackage的一个库的一部分。
或者换句话说，它表明这个编译单元内的public类名位于mypackage这个名字的下面。
如果其他人想使用这个名字，要么指出完整的名字，要么与mypackage联合使用import关键字（使用前面给出的选项）。
注意根据Java包（封装）的约定，名字内的所有字母都应小写，甚至那些中间单词亦要如此。
例如，假定文件名是MyClass.java。
它意味着在那个文件有一个、而且只能有一个public类。
而且那个类的名字必须是MyClass（包括大小写形式）：
packagemypackage;
publicclassMyClass{
//...
现在，如果有人想使用MyClass，或者想使用mypackage内的其他任何public类，他们必须用import关键字激活mypackage内的名字，使它们能够使用。
另一个办法则是指定完整的名称：
mypackage.MyClassm=newmypackage.MyClass（）;
import关键字则可将其变得简洁得多：
importmypackage.*;
//...
MyClassm=newMyClass（）;
作为一名库设计者，一定要记住package和import关键字允许我们做的事情就是分割单个全局命名空间，保证我们不会遇到名字的冲突——无论有多少人使用因特网，也无论多少人用Java编写自己的类。
1创建独一无二的包名
大家或许已注意到这样一个事实：
由于一个包永远不会真的“封装”到单独一个文件里面，它可由多个.class文件构成，所以局面可能稍微有些混乱。
为避免这个问题，最合理的一种做法就是将某个特定包使用的所有.class文件都置入单个目录里。
也就是说，我们要利用操作系统的分级文件结构避免出现混乱局面。
这正是Java所采取的方法。
它同时也解决了另两个问题：
创建独一无二的包名以及找出那些可能深藏于目录结构某处的类。
正如我们在第2章讲述的那样，为达到这个目的，需要将.class文件的位置路径编码到package的名字里。
但根据约定，编译器强迫package名的第一部分是类创建者的因特网域名。
由于因特网域名肯定是独一无二的（由InterNIC保证——注释②，它控制着域名的分配），所以假如按这一约定行事，package的名称就肯定不会重复，所以永远不会遇到名称冲突的问题。
换句话说，除非将自己的域名转让给其他人，而且对方也按照相同的路径名编写Java代码，否则名字的冲突是永远不会出现的。
当然，如果你没有自己的域名，那么必须创造一个非常生僻的包名（例如自己的英文姓名），以便尽最大可能创建一个独一无二的包名。
如决定发行自己的Java代码，那么强烈推荐去申请自己的域名，它所需的费用是非常低廉的。
②：
ftp:
//
这个技巧的另一部分是将package名解析成自己机器上的一个目录。
这样一来，Java程序运行并需要装载.class文件的时候（这是动态进行的，在程序需要创建属于那个类的一个对象，或者首次访问那个类的一个static成员时），它就可以找到.class文件驻留的那个目录。
Java解释器的工作程序如下：
首先，它找到环境变量CLASSPATH（将Java或者具有Java解释能力的工具——如浏览器——安装到机器中时，通过操作系统进行设定）。
CLASSPATH包含了一个或多个目录，它们作为一种特殊的“根”使用，从这里展开对.class文件的搜索。
从那个根开始，解释器会寻找包名，并将每个点号（句点）替换成一个斜杠，从而生成从CLASSPATH根开始的一个路径名（所以packagefoo.bar.baz会变成foo\bar\baz或者foo/bar/baz；具体是正斜杠还是反斜杠由操作系统决定）。
随后将它们连接到一起，成为CLASSPATH内的各个条目（入口）。
以后搜索.class文件时，就可从这些地方开始查找与准备创建的类名对应的名字。
此外，它也会搜索一些标准目录——这些目录与Java解释器驻留的地方有关。
为进一步理解这个问题，下面以我自己的域名为例，它是。
将其反转过来后，com.bruceeckel就为我的类创建了独一无二的全局名称（com，edu，org，net等扩展名以前在Java包中都是大写的，但自Java1.2以来，这种情况已发生了变化。
现在整个包名都是小写的）。
由于决定创建一个名为util的库，我可以进一步地分割它，所以最后得到的包名如下：
packagecom.bruceeckel.util;
现在，可将这个包名作为下述两个文件的“命名空间”使用：
//:
Vector.java
//Creatingapackage
packagecom.bruceeckel.util;
publicclassVector{
publicVector（）{
System.out.println（
"com.bruceeckel.util.Vector"）;
}
}///:
~
创建自己的包时，要求package语句必须是文件中的第一个“非注释”代码。
第二个文件表面看起来是类似的：
//:
List.java
//Creatingapackage
packagecom.bruceeckel.util;
publicclassList{
publicList（）{
System.out.println（
"com.bruceeckel.util.List"）;
}
}///:
~
这两个文件都置于我自己系统的一个子目录中：
C:
\DOC\JavaT\com\bruceeckel\util
若通过它往回走，就会发现包名com.bruceeckel.util，但路径的第一部分又是什么呢？
这是由CLASSPATH环境变量决定的。
在我的机器上，它是：
CLASSPATH=.;D:
\JAVA\LIB;C:
\DOC\JavaT
可以看出，CLASSPATH里能包含大量备用的搜索路径。
然而，使用JAR文件时要注意一个问题：
必须将JAR文件的名字置于类路径里，而不仅仅是它所在的路径。
所以对一个名为grape.jar的JAR文件来说，我们的类路径需要包括：
CLASSPATH=.;D:
\JAVA\LIB;C:
\flavors\grape.jar
正确设置好类路径后，可将下面这个文件置于任何目录里：
//:
LibTest.java
//Usesthelibrary
packagec05;
importcom.bruceeckel.util.*;
publicclassLibTest{
publicstaticvoidmain（String[]args）{
Vectorv=newVector（）;
Listl=newList（）;
}
}///:
~
编译器遇到import语句后，它会搜索由CLASSPATH指定的目录，查找子目录com\bruceeckel\util，然后查找名称适当的已编译文件（对于Vector是Vector.class，对于List则是List.class）。
注意Vector和List内无论类还是需要的方法都必须设为public。
1.自动编译
为导入的类首次创建一个对象时（或者访问一个类的static成员时），编译器会在适当的目录里寻找同名的.class文件（所以如果创建类X的一个对象，就应该是X.class）。
若只发现X.class，它就是必须使用的那一个类。
然而，如果它在相同的目录中还发现了一个X.java，编译器就会比较两个文件的日期标记。
如果X.java比X.class新，就会自动编译X.java，生成一个最新的X.class。
对于一个特定的类，或在与它同名的.java文件中没有找到它，就会对那个类采取上述的处理。
2.冲突
若通过*导入了两个库，而且它们包括相同的名字，这时会出现什么情况呢？
例如，假定一个程序使用了下述导入语句：
importcom.bruceeckel.util.*;
importjava.util.*;
由于java.util.*也包含了一个Vector类，所以这会造成潜在的冲突。
然而，只要冲突并不真的发生，那么就不会产生任何问题——这当然是最理想的情况，因为否则的话，就需要进行大量编程工作，防范那些可能可能永远也不会发生的冲突。
如现在试着生成一个Vector，就肯定会发生冲突。
如下所示：
Vectorv=newVector（）;
它引用的到底是哪个Vector类呢？
编译器对这个问题没有答案，读者也不可能知道。
所以编译器会报告一个错误，强迫我们进行明确的说明。
例如，假设我想使用标准的JavaVector，那么必须象下面这样编程：
java.util.Vectorv=newjava.util.Vector（）;
由于它（与CLASSPATH一起）完整指定了那个Vector的位置，所以不再需要importjava.util.*语句，除非还想使用来自java.util的其他东西。
4.3.2自定义工具库
掌握前述的知识后，接下来就可以开始创建自己的工具库，以便减少或者完全消除重复的代码。
例如，可为System.out.println（）创建一个别名，减少重复键入的代码量。
它可以是名为tools的一个包（package）的一部分：
//:
P.java
//TheP.rint&P.rintlnshorthand
packagecom.bruceeckel.tools;
publicclassP{
publicstaticvoidrint（Objectobj）{
System.out.print（obj）;
}
publicstaticvoidrint（Strings）{
System.out.print（s）;
}
publicstaticvoidrint（char[]s）{
System.out.print（s）;
}
publicstaticvoidrint（charc）{
System.out.print（c）;
}
publicstaticvoidrint（inti）{
System.out.print（i）;
}
publicstaticvoidrint（longl）{
System.out.print（l）;
}
publicstaticvoidrint（floatf）{
System.out.print（f）;
}
publicstaticvoidrint（doubled）{
System.out.print（d）;
}
publicstaticvoidrint（booleanb）{
System.out.print（b）;
}
publicstaticvoidrintln（）{
System.out.println（）;
}
publicstaticvoidrintln（Objectobj）{
System.out.println（obj）;
}
publicstaticvoidrintln（Strings）{
System.out.println（s）;
}
publicstaticvoidrintln（char[]s）{
System.out.println（s）;
}
publicstaticvoidrintln（charc）{
System.out.println（c）;
}
publicstaticvoidrintln（inti）{
System.out.println（i）;
}
publicstaticvoidrintln（longl）{
System.out.println（l）;
}
publicstaticvoidrintln（floatf）{
System.out.println（f）;
}
publicstaticvoidrintln（doubled）{
System.out.println（d）;
}
publicstaticvoidrintln（booleanb）{
System.out.println（b）;
}
}///:
~
所有不同的数据类型现在都可以在一个新行输出（P.rintln（）），或者不在一个新行输出（P.rint（））。
大家可能会猜想这个文件所在的目录必须从某个CLASSPATH位置开始，然后继续com/bruceeckel/tools。
编译完毕后，利用一个import语句，即可在自己系统的任何地方使用P.class文件。
如下所示：
ToolTest.java
所以从现在开始，无论什么时候只要做出了一个有用的新工具，就可将其加入tools目录（或者自己的个人util或tools目录）。
1.CLASSPATH的陷阱
P.java文件存在一个非常有趣的陷阱。
特别是对于早期的Java实现方案来说，类路径的正确设定通常都是很困难的一项工作。
编写这本书的时候，我引入了P.java文件，它最初看起来似乎工作很正常。
但在某些情况下，却开始出现中断。
在很长的时间里，我都确信这是Java或其他什么在实现时一个错误。
但最后，我终于发现在一个地方引入了一个程序（即第17章要说明的CodePac
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