第六章类和对象 - 6.2 Java类 - 《Java程序设计基础》

6.2 Java类

6.2 Java类

Java API提供了一些现有的类，程序员可以使用这些类来创建对象，例如第5章学习的String类。除了使用现有的Java类，程序员还可以自定义Java类，接下来会详细地介绍如何定义和使用Java类。

6.2.1 Java类的定义

在编写第一个Java程序时就已经知道，类是Java程序的基本单元。Java是面向对象的程序设计语言，所有程序都是由类组织起来的。下面是类定义的语法形式。

public class 类名｛
    //定义类属性
    属性1类型:属性1名;
    属性2类型:属性2名;
    …
    //定义方法
    方法1定义
    方法2定义
    …
｝

在Java中，class是用来定义类的关键字，class关键字后面是要定义的类的名称，然后有一对大括号，大括号里写的是类的主要内容。

类的主要内容也分两部分，第一部分是类的属性定义，在前面的课程中学习过，在类内部、方法外部定义的变量称为成员变量，这里类的属性就是类的成员变量，这两个概念是相同的。第二部分是类的方法定义，通过方法的定义，描述类具有的行为，这些方法也可以称为成员方法。

接下来通过定义学生类，熟悉Java类定义的写法，具体代码如下所示。

public class Student 
{
    String stuName;  //学生姓名
    int stuAge;      //学生年龄
    int stuSex;      //学生性别
    int stuGrade;    //学生年级
    //定义听课的方法，在控制台直接输出
    public void learn()
    {
        System.out.println(stuName + "正在认真听课！");
    }
    //定义写作业的方法，输入时间，返回字符串
    public String doHomework(int hour)
    {
        return "现在是北京时间:" + hour + "点，" + stuName + " 正在写作业！";
    }
}

需要注意的是，这个类里面没有main方法，所以只能编译，不能运行。

6.2.2 Java类的创建和使用

定义好Student类后，就可以根据这个类创建（实例化）对象了。类就相当于一个模板，可以创建多个对象。创建对象的语法形式如下。

类名 对象名 = new 类名();

在学习使用String类创建String字符串时，其实已经创建了类的对象，所以大家对这样的语法形式并不陌生。创建对象时，要使用new关键字，后面要跟着类名。

根据上面创建对象的语法，创建王云这个学生对象的代码如下。

Student wangYun = new Student();

这里，只创建了wangYun这个对象，并没有对这个对象的属性赋值，考虑到每个对象的属性值不一样，所以通常在创建对象后给对象的属性赋值。在Java语言中，通过“.”操作符来引用对象的属性和方法，具体的语法形式如下。

对象名.属性;
对象名.方法;

通过上面的语法形式，可以给对象的属性赋值，也可以更改对象属性的值或者调用对象的方法，具体的代码如下。

wangYun.stuName ="王云";
wangYun.stuAge = 22;
wangYun.stuSex = 1;                      //1代表男，2代表女
wangYun.stuGrade = 4;                  //4代表大学四年级
wangYun.learn();                            //调用学生听课的方法
wangYun.doHomework(22);          //调用学生写作业的方法，输入值22代表现在是22点
                                              //该方法返回一个String类型的字符串

接下来通过创建一个测试类TestStudent（这个测试类需要和之前编译过的Student类在同一个目录），来测试Student类的创建和使用，具体代码如下所示。

public class TestStudent
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        Student wangYun = new Student();                  //创建wangYun学生类对象
        wangYun.stuName = "王云";
        wangYun.stuAge = 22;
        wangYun.stuSex = 1;                                        //1代表男，2代表女
        wangYun.stuGrade = 4;                                    //4代表大学四年级
        wangYun.learn();                                              //调用学生听课的方法
        String rstString = wangYun.doHomework(22);  //调用学生写作业的方法，输入值22代表现在是22点
        System.out.println(rstString);
    }
}

编译并运行该程序，运行结果如图6.3所示。

图6.3 创建和使用Student类

这个程序虽然非常简单，但却是我们第一次使用两个类完成的一个程序。其中TestStudent类是测试类，测试类中包含main方法，提供程序运行的入口。在main方法内，创建Student类的对象并给对象属性赋值，然后调用对象的方法。

这个程序有两个Java文件，每个Java文件中编写了一个Java类，编译完成后形成2个class文件。也可以将两个Java类写在一个Java文件里，但其中只能有一个类用public修饰，并且这个Java文件的名称必须用这个public类的类名命名，具体代码如下。


public class TestStudent
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        Student wangYun = new Student();                  //创建wangYun学生类对象
        wangYun.stuName = "王云";
        wangYun.stuAge = 22;
        wangYun.stuSex = 1;                                        //1代表男，2代表女
        wangYun.stuGrade = 4;                                    //4代表大学四年级
        wangYun.learn();                                              //调用学生听课的方法
        String rstString = wangYun.doHomework(22);  //调用学生写作业的方法，输入值22代表现在是22点
        System.out.println(rstString);
    }
}
class Student                                                                       //不能使用public修饰
{
    String stuName;                                                        //学生姓名
    int stuAge;                                                            //学生年龄
    int stuSex;                                                             //学生性别
    int stuGrade;                                                           //学生年级
    //定义听课的方法，在控制台直接输出
    public void learn()
    {
        System.out.println(stuName + "正在认真听课！");
    }
    //定义写作业的方法，输入时间，返回字符串
    public String doHomework(int hour)
    {
        return "现在是北京时间:" + hour + "点，" + stuName + " 正在写作业！";
    }
}

在上面的一些例子中，对对象的属性都是先赋值后再使用，如果没有赋值就直接使用对象的属性，会有什么样的结果呢？

下面将TestStudent测试类的代码修改成如下的形式。

public class TestStudent
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        Student wangYun = new Student();                           //创建wangYun学生类对象
        System.out.println("未赋值前的学生姓名为：" + wangYun.stuName);
        System.out.println("未赋值前的学生年龄为：" + wangYun.stuAge);
        System.out.println("未赋值前的学生性别数值为：" + wangYun.stuSex);
        System.out.println("未赋值前的学生年级为：" + wangYun.stuGrade);
        //给对象的属性赋值
        wangYun.stuName = "王云";
        wangYun.stuAge = 22;
        wangYun.stuSex = 1;                                                 //1代表男，2代表女
        wangYun.stuGrade = 4;                                             //4代表大学四年级
        System.out.println("赋值后的学生姓名为：" + wangYun.stuName);
        System.out.println("赋值后的学生年龄为：" + wangYun.stuAge);
        System.out.println("赋值后的学生性别数值为：" + wangYun.stuSex);
        System.out.println("赋值后的学生年级为：" + wangYun.stuGrade);
    }
}

程序运行结果如图6.4所示。

图6.4 未赋值对象属性的值

从图6.4所示的程序运行结果可以看出，在未给对象属性赋值前使用属性时，如果该属性为引用数据类型，其初始默认值为null，如果该属性是int型，其初始默认值为0。

6.2.3 Java类的简单运用

在上一小节中，定义了Student类后，使用TestStudent测试类创建了一个Student类的对象wangYun，然后给wangYun对象的属性赋值并调用对象的方法。接下来再定义一个老师类Teacher，Teacher类具有的属性和方法如图6.5所示。

图6.5 老师类

下面将新定义一个TestStuTea类，用于组织这个新程序的程序结构。该程序中包含2个老师对象（基本信息如表6.1所示）和4个学生对象（基本信息如表6.2所示）。

表6.1 老师基本信息表

姓名	专业	课程	教龄
蒋涵	计算机应用	Java基础	5
田斌	软件工程	前端技术	10

表6.2 学生基本信息表

姓名	年龄	性别	年级
王云	22	男	4
刘静涛	21	女	3
南天华	20	男	3
雷静	22	女	4

程序要完成的功能描述如下。

（1）在程序开始运行时，需要在控制台依次输入所有老师和学生的基本信息。

（2）在控制台输入完毕这些老师和学生的基本信息后，调用第一个老师讲课的方法，在控制台输出“**（该老师的姓名）老师正在辛苦讲**（该老师所授课程）课程”的信息。

（3）依次调用所有学生听课的方法，在控制台输出“**（该学生姓名）学生正在认真听课！”的信息。

（4）依次调用所有学生写作业的方法，在控制台“现在是北京时间：20点，**（该学生姓名）正在写作业！”的信息，其中20是作为参数传递给写作业的方法的。

（5）调用第二个老师批改作业的方法，依次批改所有学生的作业，在控制台输出“讲授**（该老师所授课程）课程的老师**（该老师姓名）已经批改完毕：**（该学生姓名）的作业！”。

程序运行结果如图6.6所示。

图6.6 Java类的简单运用

程序代码如下所示，其中使用了两个数组，分别存放了2个老师对象和4个学生对象，使用循环和方法createTeacher()、createStudent()创建对象并给对象赋值，之后再使用循环并调用对象方法按要求输出结果。

import java.util.Scanner;
public class TestStuTea
{
    static Scanner input = new Scanner(System.in);
    public static void main(String[] args) 
    {
        Teacher[] tea = new Teacher[2];     //创建长度为2的数组tea，用于存放2个老师对象
        Student[] stu = new Student[4];      //创建长度为4的数组stu，用于存放4个学生对象
        for(int i = 0;i < tea.length;i++)
        {
            System.out.println("请创建并输入第" + (i+1) + "个老师的基本信息：");
            tea[i] = createTeacher();         //调用createTeacher方法创建第i+1个老师对象并赋值
        }
        for(int j = 0;j < stu.length;j++)
        {
            System.out.println("请创建并输入第" + (j+1) + "个学生的基本信息：");
            stu[j] = createStudent();         //调用createStudent方法创建第j+1个学生对象并赋值
        }
        //调用第一个老师讲课的方法，在控制台输出
        tea[0].teach();
        //依次调用所有学生听课的方法，在控制台输出
        for(int j = 0;j < stu.length;j++)
        {
            stu[j].learn();
        }
        //依次调用所有学生写作业的方法，在控制台输出
        for(int j = 0;j < stu.length;j++)
        {
            String tempStr = stu[j].doHomework(20);        //其中20是作为参数传递给写作业的方法的
            System.out.println(tempStr);
        }
        for(int j = 0;j < stu.length;j++)
        {
            //调用第二个老师批改作业的方法，依次批改所有学生的作业，在控制台输出
            tea[1].checkHomework(stu[j]);
        }
    }
    //创建老师对象并赋值
    public static Teacher createTeacher() 
    {
        Teacher tea = new Teacher();
        System.out.print("请输入老师姓名：");
        tea.teaName = input.next();
        System.out.print("请输入老师专业：");
        tea.teaSpecialty = input.next();
        System.out.print("请输入老师所讲授的课程：");
        tea.teaCourse = input.next();
        System.out.print("请输入老师教龄：");
        tea.teaYears = input.nextInt();
        return tea;
    }
    //创建学生对象并赋值
    public static Student createStudent() 
    {
        Student stu = new Student();
        System.out.print("请输入学生姓名：");
        stu.stuName = input.next();
        System.out.print("请输入学生年龄：");
        stu.stuAge = input.nextInt();
        System.out.print("请输入学生性别数值（1代表男、2代表女）：");
        stu.stuSex = input.nextInt();
        System.out.print("请输入学生年级：");
        stu.stuGrade = input.nextInt();
        return stu;
    }
}
class Teacher                                 //不能使用public修饰
{
    String teaName;              //老师姓名
    String teaSpecialty;              //老师专业
    String teaCourse;              //老师所讲授的课程
    int teaYears;                  //老师教龄
    //定义讲课的方法，在控制台直接输出
    public void teach()
    {
        System.out.println(teaName + "正在辛苦讲：" + teaCourse + " 课程！");
    }
    //定义批改作业的方法，输入值为一个学生对象，在控制台直接输出结果
    public void checkHomework(Student stu)
    {
        System.out.println("讲授：" + teaCourse + " 课程的老师：" + teaName + " 已经批改完毕：
        " + stu.stuName +" 的作业！");
    }
}
class Student                                  //不能使用public修饰
{
    String stuName;                  //学生姓名
    int stuAge;                       //学生年龄
    int stuSex;                       //学生性别
    int stuGrade;                      //学生年级
    //定义听课的方法，在控制台直接输出
    public void learn()
    {
        System.out.println(stuName + "正在认真听课！");
    }
    //定义写作业的方法，输入时间，返回字符串
    public String doHomework(int hour)
    {
        return "现在是北京时间:" + hour + "点，" + stuName + " 正在写作业！";
    }
}

6.2.4 封装

在企业面试的过程中，经常会被问到，面向对象有哪些基本特性？答案应该是：封装、继承和多态。如果要求4个答案的话，可以增加一个抽象。继承和多态在后面的章节会详细介绍，这里给读者简要介绍一下封装。

封装就是将抽象得到的属性和行为结合起来，形成一个有机的整体，就是类。类里面的一些属性和方法（尤其是属性），需要隐藏起来，不希望直接对外公开，但同时提供供外部访问的方法来访问这些需要隐藏的属性和方法。

封装的目的是增强安全性和简化编程，使用者不必了解具体类的内部实现细节，而只是要通过提供给外部访问的方法，来有限制地访问类需要隐藏的属性和方法。

还是使用学生的案例，例如要求一旦对学生对象的性别赋值之后就不能修改，但在6.2.2节的TestStudent.java程序中，完全可以在赋值以后，通过“学生对象名.stuSex = 2”语句，把学生对象的性别从男变成女。这样的做法就不符合程序的需求，如何解决这个问题呢？

采用封装的形式，用private（私有的）关键字去修饰stuSex变量，其含义是为把stuSex变量封装到类的内部，只有在类的内部才可以访问stuSex变量，从而保证了这个变量不能被其他类的对象修改。这样的做法只起到了隐藏的作用，要想更好地使用这个变量，则应该提供一个对外的public（公有的）方法，其他对象可以通过这个方法访问这个私有的变量。

所谓良好的封装，就是使用private对属性进行封装，从而保护信息的安全。使用public修饰方法时，外界可以调用该方法，通常将设置私有属性的值和获取私有属性值的方法称为setter和getter方法。接下来按照良好封装的要求，重新编写Student类，其代码如下。

public class Student 
{
    private String stuName;                //学生姓名——私有属性
    private int stuAge;                    //学生年龄——私有属性
    private int stuSex;                     //学生性别——私有属性
    private int stuGrade;                   //学生年级——私有属性
    public String getStuName(){         //公有方法获得学生姓名
    //这里的this表示本对象
        return this.stuName;             //返回这个类的私有属性stuName
    }
    //公有方法设置学生姓名，参数为要设置的学生姓名
    public void setStuName(String name){
        this.stuName = name;
    }
    public int getStuAge(){                 //公有方法获得学生年龄
        return this.stuAge;
    }
    //公有方法设置学生年龄，参数为要设置的学生年龄
    public void setStuAge(int age){
        this.stuAge = age;
    }       
    public int getStuSex(){                  //公有方法获得学生性别
        return this.stuSex;
    }
    //公有方法设置学生性别，参数为要设置的学生性别
    public void setStuSex(int sex){
        this.stuSex = sex;
    }       
    public int getStuGrade(){              //公有方法获得学生年级
        return this.stuGrade;
    }
    //公有方法设置学生年级，参数为要设置的学生年级
    public void setStuGrade(int grade){
        this.stuGrade = grade;
    }       
    //定义听课的方法，在控制台直接输出
    public void learn()
    {
        System.out.println(stuName + "正在认真听课！");
    }
    //定义写作业的方法，输入时间，返回字符串
    public String doHomework(int hour)
    {
        return "现在是北京时间:" + hour + "点，" + stuName + " 正在写作业！";
    }
}

如果继续使用下面的代码创建Student对象并给对象属性赋值，将不会编译通过，原因是不能在类外给类的私有属性赋值，具体参见代码注释。

public class TestStudent3
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        Student wangYun = new Student();                  //创建wangYun学生类对象
        wangYun.stuName = "王云";                           //不能给私有属性stuName赋值
        wangYun.stuAge = 22;                                     //不能给私有属性stuAge赋值
        wangYun.stuSex = 1;                                        //不能给私有属性stuSex赋值
        wangYun.stuGrade = 4;                                    //不能给私有属性stuGrade赋值
        wangYun.learn();                                              //可以调用公有的学生听课的learn()方法
        String rstString = wangYun.doHomework(22);//可以调用公有的学生写作业的
        //doHomework(22)方法
        System.out.println(rstString);
    }
}

正确的代码如下。

public class TestStudent4
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        Student wangYun = new Student();                  //创建wangYun学生类对象
        wangYun.setStuName("王云");                        //调用公有方法给stuName赋值
        wangYun.setStuAge(22);                                  //调用公有方法给stuAge赋值
        wangYun.setStuSex(1);                                    //调用公有方法给stuSex赋值
        wangYun.setStuGrade(4);                                 //调用公有方法给stuGrade赋值
        wangYun.learn();                                              //调用公有的学生听课的learn()方法
        String rstString = wangYun.doHomework(22);  //调用公有的学生写作业的doHomework(22)方法
        System.out.println(rstString);
    }
}