2.3　對象和類的初步知識

對象是Java程序的基本構造元件，因此Java程序設計過程中必須識別所包含的對象。類是對象的定義模板，是對象的抽象描述。類采用包的結構進行組織。對象是在程序運行過程中創建和使用的。

2.3.1　對象概述

在針對程序需要解決的問題的應用程序開發過程中，所有有關的需要概念化或模型化的元素都可以抽象為對象。這些元素可以是問題空間中的有關物理實體，也可以是程序解題過程中人為添加的概念化元素，或是與問題相關聯的任何東西。程序中任何一個設計良好的對象都為解題提供服務，完成一項程序任務。

對象是程序中的一個自包含構件，包含它所表示的元素的內部狀態——該元素有關屬性的當前值，以及對其所表示元素的操作——獲取、使用和修改該元素有關屬性值。對象的狀態改變必須通過該對象的操作完成。其他對象要獲取或改變該對象的狀態，只需向該對象發出請求——發送消息，由該對象自身完成所請求的操作。

采用面向對象程序設計方法開發程序，首先要識別出解題任務中的對象。一般方法是在對問題進行細致分析的基礎上，整理出想讓系統完成的具體任務，并寫出較為細致具體的描述問題和任務的文檔。然后在描述文檔中查找名詞，這些名詞有可能就可以作為程序中的對象。

例如，2.1節中的簡單加法計算器程序中可能的對象包括計算器、加數、被加數、和數。此外，要求程序采用圖形用戶界面，那就可能還有程序窗口對象、顯示和存放運算數據的三個文本字段對象、三個描述性標簽對象及兩個操作按鈕對象。

2.3.2　類概述

面向對象程序設計世界中存在著大量的相似對象。例如，每個程序都至少有一個窗口對象，它們都有位置、大小等屬性，都具有改變大小、移動位置、最大化、最小化和關閉等操作。在2.1節簡單加法計算器程序項目中單擊編輯窗口上部的“設計”按鈕，切換到設計視圖，分別右鍵單擊三個文本字段對象，選擇快捷菜單中的“屬性”菜單項，在彈出的“屬性”窗口中看到它們具有大量的共同屬性（見圖2.14）。在“源”代碼窗口，緊接三個文本字段對象名（jTextFieldNum1、jTextFieldNum2、jTextFieldResult）的后面輸入句點“.”，在彈出的方法提示框中拖動右邊的滾動條，可以看到都有獲取所顯示文字、設置文字等大量的共同操作（見圖2.15）。分類是人們認識世界的一種基本方法，將相似的對象歸為一類可以簡化編程。

在面向對象程序設計中，類是具有共同屬性和操作的一組相似對象的定義，類在程序中用來描述一組對象的共同屬性和操作。在程序設計中，類就是創建對象的模板。

Java語言使用class關鍵字定義一個類，緊接該關鍵字之后為該類取一個類名字，然后在一對大括號（“{}”）中定義類體。即類的定義具有以下形式。

     [修飾符] class 類名 [其他限定] {
         // 屬性定義，若干行語句，定義一些變量
         // 方法定義，若干個程序塊，定義程序所能執行的操作
     }

其中：

（1）[修飾符]是可選的，如public，后面章節將介紹具體內容。

（2）[其他限定]是可選的，如extends javax.swing.JFrame（見圖2.12），以后介紹。

（3）類名：是該類的標識文字，在Java語言中屬于標識符，由字母（區分大小寫）、數字、下畫線“_”和美元符號“$”等組合而成，且不能以數字開頭，不能是單獨一個下畫線。習慣上，類名的第一個字母大寫，其余字母小寫，但由多個單詞組成的類名則各單詞的第一個字母大寫。

（4）屬性定義：是對該類所有對象共同具有的各種數據的定義，例如、文本字段類各個對象都需要確定和記錄其中的文字是否可以編輯——editable屬性、背景顏色——background屬性、可以接受的字符個數——columns等；又如圖2.13簡單加法計算器類NumberAddition在窗口中創建的8個組件確定了該計算器顯示的窗口內容，其中，169～176行語句就是定義這些屬性。類中的屬性又稱為域變量，也叫字段，是在類中定義的一些變量。關于變量定義語句的細節將在第3章中介紹。

（5）方法定義：方法（有時也叫函數）是Java程序中完成特定任務的一個程序單元，執行了一些特定的操作。例如2.1節中設計的簡單加法計算器類NumberAddition中，方法calcAdd完成用戶所輸入數據的加法運算，textClear方法完成清除三個文本框中內容的操作。關于方法定義格式等內容后續章節將進行介紹。

當給定了類名，確定了該類的屬性，定義了它的方法后，就給出了這個類的定義。

在Java語言面向對象程序設計中，往往需要使用一些輔助工具幫助建模，最常用的是UML（統一建模語言）。類可以采用UML標示為如下形式：

例如，2.1節中設計的簡單加法計算器項目中NumberAddition類可以繪制為如下UML類圖。

必要時，第二個和第三個方框中的屬性列表和方法列表可以不寫出，而只給出類名。

2.3.3　類的組織

一個Java程序中可能會用到許多類，這些類有一些是開發者自己定義的，還有一些可能是標準類庫中或其他組織開發的庫中的類，還有可能是其他Java程序項目中的類。從表1.3可見，僅JDK 8所提供的Java標準類庫中就有四千多個類和接口（一個接口可以看作一種特殊的類）。為了方便類的命名、開發、查找和管理，Java語言提供了包（package）分類組織各種類。Java語言采用了以句點分隔的層級結構為包命名，類似于Internet域名反順序寫法。例如，w2c組織的域名是w3c.org，那么它開發的一個Java包就取名為org.w3c.dom；又如，本書例題開發的GUI程序使用的是Java標準類庫中的javax.swing包中的組件。Java的類一般都位于某個包中，定義方法是在該類的源程序文件最前面添加一條package語句。例如，1.4.4節中創建的Java程序（見圖1.24）的第一條執行語句“package javaapplication1;”說明Hello類在名為javaapplication1的包中。如果在定義類時沒有為其指定包名，則該類位于項目的默認包中。有了包組織的類的全名是“包名.類名”，例如，1.4.4節中的Java類Hello的全類名是javaapplication1.Hello，又如文本字段類的全類名是javax.swing.JTextField。

帶有包名的類編譯之后會創建與包名層次相同的目錄結構，此時分隔包名各層次的句點就相當于目錄分隔符。例如，1.4.4節中的Java類javaapplication1.Hello在命令提示符窗口中將當前目錄轉到源程序文件Hello.Java所在的目錄下，執行編譯命令“javac –d .Hello.java”，則在當前目錄下自動創建子目錄javaapplication1，并將編譯生成的字節碼文件Hello.class存放于其中。當然，NetBeans IDE編譯時也會生成正確的相應目錄結構。

在程序中要使用某個包中的類，可以采用帶包名的全類名方式，如圖2.12中的169～176行語句。此外，更方便的方法是在定義類的源文件中導入這些包中的類，然后不帶包名而直接引用類名。類的導入語句是非常常用的Java語句，一般格式如下：

     import 包名.類名;

如果需要使用包中的多個類，則可以使用“*”代替類名，語句簡化為：

     import 包名.*;

例如，可以在圖2.12的NumberAddition.java文件的第6行添加語句“import javax.swing.*;”，然后將169～176行的語句修改為以下簡化語句。

     private JButton jButtonCalc;
     private JButton jButtonClear;
     private JLabel jLabel1;
     private JLabel jLabel2;
     private JLabel jLabel3;
     private JTextField jTextFieldNum1;
     private JTextField jTextFieldNum2;
     private JTextField jTextFieldResult;

注意：NetBeans IDE自動生成的一些代碼帶有灰色背景顯示，這些代碼是不能修改的，稱為保護代碼塊。例如，圖2.12程序代碼中的第168～177行語句就位于保護代碼塊中。

2.3.4　創建對象

定義了一個類就是給出了一個創建這種類型對象的模板，使用該類創建的對象都具有類所定義的屬性和方法。類只是描述了它的對象中有什么，可以做什么，而程序運行時會創建每個對象并為其分配存儲空間，此時對象才會存在。

Java語言使用new關鍵字創建對象。

例如，圖2.12程序代碼中第163行的“new NumberAddition()”被執行時會創建一個NumberAddition類的對象。單擊圖2.12“源”代碼窗口26行前面的圖標，如果27行前面還有圖標再單擊它，將會展開保護代碼塊，可以看到29～36行每一行都創建了一個對象。

29行的“new javax.swing.JLabel()”創建了一個javax.swing.JLabel類（標簽組件）的對象，并返回該對象在內存中的引用——指向該對象在內存中存儲塊的鏈接，使用其前面的“=”將該引用“交給”（賦值）NumberAddition類對象的屬性jLabel1（第171行定義）。30～36行同理。

一旦將對象的引用交給一個屬性保存，該屬性就通過引用與具體的對象聯系起來，該屬性也有了一個具體的值——屬性值。更普遍的是使用變量（第3章介紹）保存對象的引用，屬性也是一種變量。可以認為保存對象引用的變量名就是對象名，本書以后就這樣敘述。之后就可以通過該屬性（或變量）請求執行這個對象的操作，具體方法是在對象引用之后輸入句點“.”，緊接著輸入方法名及其他有關的內容。例如，圖2.12“源”代碼窗口163行的“new NumberAddition().setVisible(true);”語句是直接使用對象的引用請求執行其setVisible(true)方法，目的是顯示程序窗口；第40行的“jLabel1.setText("第一個數：");”語句是使用保存第一個標簽對象引用jLabel1的屬性，請求設置該標簽組件的顯示文字為“第一個數：”。

使用“對象名.屬性名”形式也可以直接使用該對象的指定屬性。