类的创建

抽象(abstraction)意味着把细节隐藏在一个简单的接口之后——你使用一个 String 而不知道它如何存储字符。好的设计把一个问题分解成类,每个负责一个思想。这个主题是关于写你自己的类。

设计选择影响代码是否正确、可读和可重用。封装(encapsulation)——保持数据私有并只通过方法暴露它——保护一个对象的状态免于误用,并让你在不破坏类的用户的情况下改变里面。深思熟虑的命名、单一目的的方法和测试减少 bug。

设计还承担着代码之外的责任。系统可靠性(system reliability) - 一个程序按预期完成任务、不出故障 - 是程序员应当通过精心的设计和测试去最大化的。程序对社会、经济和文化有真实的影响,这些影响既可以有益也可以有害。而且创造程序会引发法律和知识产权(intellectual property)方面的顾虑:程序员常常重用作为开源(open source)发布、可免费使用的代码,但必须尊重它的许可证并给出署名,而不是把他人的成果当作自己的来抄。

一个类有三个部分:实例变量(instance variables)(字段——对象的数据)、构造函数(constructors)(构建对象),和方法(methods)(行为)。字段通常是 private;方法通常是 public:

public class Student {
    private String name;      // instance variable
    private int score;

    public Student(String n, int s) {   // constructor
        name = n;
        score = s;
    }
    public int getScore() { return score; }   // accessor
}

一个构造函数(constructor)有与类相同的名字且没有返回类型。它在你写 new 时运行,而它的工作是初始化字段。一个类能有几个带不同参数列表的构造函数(重载(overloading));一个无参数构造函数设置默认值。

一个方法有一个签名、一个返回类型和一个主体。一个访问器(getter)(accessor)返回信息而不改变对象;一个修改器(setter)(mutator)改变一个字段。一个返回一个值的方法必须在每条路径上有一个正确类型的 return;一个 void 方法什么都不返回。

public void setScore(int s) { score = s; }   // mutator
public String toString() { return name + ": " + score; }

当你把一个对象传给一个方法时,Java 复制引用,所以方法作用于同一个对象——对它字段的变化对调用者可见。(基本类型按值复制,所以对它们的变化不可见。)一个方法也能返回一个对象的引用。因为一个 String 是不可变的,传一个是安全的;传一个可变的对象让一个方法能改变它。

考试技能: 知道在一个方法里面改变一个对象的字段影响原来的,但重新赋值参数(param = new...)不影响调用者。

Worked example. 假设 s 是一个分数为 50 的 Student,而我们调用 tweak(s):

public static void tweak(Student a) {
    a.setScore(100);          // (1) mutates the shared object
    a = new Student("Z", 0);  // (2) repoints the local copy only
    a.setScore(5);            // (3) changes only the new local object
}

第 (1) 行改变 s 指向的对象,所以调用者现在看到 100。第 (2) 行使方法自己的引用副本指向一个新的对象——调用者的 s 不受影响——而第 (3) 行只影响那个新对象。调用之后,s.getScore() 是 100:改变留住了,重新赋值没有。

一个静态(类)变量(static (class) variable),标记 static,被类的所有对象共享——总共一个副本(例如一个存在多少对象的计数器)。一个静态方法属于类而不能直接使用实例字段。按类名访问它们:Student.getCount()。

作用域(scope)是一个名字可见的地方。一个在一个方法里声明的局部变量(local variable)只在它里面存在;一个参数(parameter)只在它的方法里存在;一个实例变量(instance variable)在整个对象里可见。访问修饰符控制跨类的可见性:private(只这个类)与 public(任何地方)。局部变量遮蔽(shadow)同名的字段——一个 bug 的来源。

this 是对当前对象的一个引用。用它来把一个字段与一个同名的参数区分开,或调用同一对象的另一个方法:

public Student(String name, int score) {
    this.name = name;      // this.name is the field; name is the parameter
    this.score = score;
}

考试技能: 当一个构造函数或 setter 的参数与一个字段同名时,你必须写 this.field = param ——没有 this,赋值什么有用的都不做。

• 用方法和类设计:把数据封装为 private 字段并通过公有方法暴露行为。
• 知道一个对象和它的类之间的差别,以及对象按值传递——参数得到引用的一个副本,所以一个方法能改变对象的状态,但重新赋值参数不影响调用者(Java 没有按引用传递)。
• 安全地遍历数组和 ArrayList ——大小是 length vs .size(),而在一个循环期间移除会移动索引。
• 跟踪一个递归方法以确定它的结果:先找到基本情况,然后沿着每次递归调用到它的返回值(写递归代码不在考试范围内)。
• 认识继承词汇——超类、子类、方法重写,以及每个类都是 Object 的子类(设计和实现继承不在考试范围内)。