第三講 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計思想(1)——類和封裝

1、第三章 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計思想（1）類和封裝3.1面向?qū)ο笤O(shè)計方法的由來（1）提高軟件的可維護性和可復(fù)用性l 如何同時提高軟件的可維護性和可復(fù)用性是現(xiàn)代軟件工程的核心問題l 一個好的軟件設(shè)計，必須能夠允許新的設(shè)計要求以較為容易和平和的方式加入到已有的系統(tǒng)中去，從而使這個系統(tǒng)能夠不斷的煥發(fā)青春。l 復(fù)用的重要性：提高生產(chǎn)效率、提高軟件質(zhì)量、改善軟件可維護性l 傳統(tǒng)的復(fù)用方法：代碼粘貼、算法復(fù)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)用（2）問題抽象的進步l 所有編程語言都是對目標問題的“抽象”。l 匯編語言用機器的思維去考慮問題，是面向機器的抽象l 高級語言以接近自然語言的思維去考慮問題，是面向問題的抽象l 面向?qū)ο笳Z言以自

2、然界“物質(zhì)”的思維去考慮問題，認為程序是由一堆對象相互作用的結(jié)果（3）機器性能的提高l 思維的抽象越來越接近自然，也就意味著要用越來越多的“額外”代碼來做支撐。l 軟件執(zhí)行速度和復(fù)用型、可維護性常常是一對矛盾3.2“純粹”的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法是什么樣的（1）所有東西都是對象可將對象想象成一種新的類型；同一類的對象具有相同的屬性名稱和方法；（2）程序是一堆對象相互作用的結(jié)果。它們通過相互發(fā)送消息來彼此作用為了告訴對象做什么，需向那個對象“發(fā)送一條消息”。具體地講，可將消息想象為一個調(diào)用，它調(diào)用的是從屬于目標對象的一個子例程或函數(shù)。（3）每個對象是獨立的，也就是擁有獨立的存儲空間（4）每個對象都

3、有一種類型（5）同一類型的各個對象，它們能接收的消息是相同的（6）程序通過引用訪問對象3.3對象和類3.3.1類人們對事物的抽象描述，概括出該事物所具有的屬性和方法，并將其進行封裝，以供使用。用class定義類，聲明類的形式為：附加聲明 訪問修飾符 class 類名稱extends 基類 屬性 方法例3.1每位學(xué)生每學(xué)期最多有15門課程，課程有考試課和考查課兩種。課程成績的原始分按正?？荚?考查實際得分計算?？荚囌n的原始分使用百分制形式，考查課的原始分采用等第形式（優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）。在進行測評成績計算時，考查課程成績中的優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格的，分別換算成為95、85、

4、75、65和50分。測評計算公式為：分析：從上面描述中可以得到以下有效關(guān)鍵字：學(xué)生、課程、考試課、考查課、原始分、評測成績、學(xué)分因此，得到下面幾個類：學(xué)生類、課程類、考試課類、考查課類。進一步考慮，我們可以發(fā)現(xiàn)，考試課類和考查課類都是課程類的子類型。這種現(xiàn)象在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計中稱為“繼承”，在UML的類圖中使用空心三角的箭頭（）表示繼承，箭頭指向父類。我們可以把相同的東西合并到父類里。注意，為了“統(tǒng)一”起見，我們將考試課的原始分也定義為了String類型（字符串），這樣，考試課的“轉(zhuǎn)換成績”要做的事是將字符串的數(shù)值還原成百分制（具體的實現(xiàn)后面會講到），而考查課的“轉(zhuǎn)換成績”要做的事是將等第進行轉(zhuǎn)

5、換。于是，我們就可以寫出這四個類的結(jié)構(gòu)：（1）學(xué)生類class 學(xué)生類 public String 姓名;public String 學(xué)號;public 課程類 課程列表;public void 添加課程(課程類 課程)/將課程添加到課程列表中public double 計算評測成績()return 0.0;說明：l public關(guān)鍵字是用來設(shè)定訪問權(quán)限的，表示任何程序都能夠訪問。與它相對應(yīng)還有protected（保護）、private（私有）；l 課程列表我們使用了數(shù)組。關(guān)于數(shù)組，我們要過一段時間再介紹。（2）課程類class 課程類public String 課程名;public Stri

6、ng 原始分;public double 學(xué)分;public double 轉(zhuǎn)換成績()return 0.0;（3）考試課類class 考試課類 extends 課程類public double 轉(zhuǎn)換成績()/將數(shù)值型的字符串轉(zhuǎn)換為百分制return 0.0說明：l extends關(guān)鍵字表示繼承，這說明考試課類是課程類的子類，它繼承考試類中的內(nèi)容。（4）考查課類class 考試課類 extends 課程類public double 轉(zhuǎn)換成績()/將等第轉(zhuǎn)換為百分制return 0.0;3.3.2對象對象（實例）：類的實例化?？陀^的。對象在建立時分配了內(nèi)存，創(chuàng)建對象實際上作了兩個方面的工作：（1

7、）使用new關(guān)鍵字分配內(nèi)存；（2）使用構(gòu)造函數(shù)初始化數(shù)據(jù)（構(gòu)造函數(shù)是與類名同名的函數(shù)） 。內(nèi)存空間棧內(nèi)存堆內(nèi)存學(xué)生對象姓名學(xué)號st學(xué)生類 st=new學(xué)生類();3.3.3使用對象1、不直接使用對象，而是使用“引用”“引用”指該類型的變量并不直接存儲所包含的實際數(shù)據(jù)，而是存儲實際數(shù)據(jù)的地址。2、引用間賦值時傳遞的是存放對象的地址3、當一個對象不被任何句柄引用時，視作“垃圾”。由JAVA的垃圾回收機制自動銷毀不再使用的對象。垃圾回收機制是在它認為適當?shù)臅r候自動回收不再使用的內(nèi)存的。class 測試學(xué)生類public static void main(String args) 學(xué)生類 st=new

8、 學(xué)生類();st.姓名="張三"st.學(xué)號="200"System.out.println(st.姓名+"的學(xué)號為"+ st.學(xué)號);輸出：張三的學(xué)號為2003.4 JAVA中的常用類JAVA中的數(shù)據(jù)類型分為“基本類型”和“引用類型”兩種?；绢愋痛娣旁跅?nèi)存中，對象存放在堆內(nèi)存中，而引用存放在棧內(nèi)存中，并指向?qū)ο?。使用class定義的類型稱為引用類型，在使用引用類型時，不是直接使用對象，而是通過“引用”訪問對象。就像使用遙控器訪問電視機。3.4.1字符串類型StringJava將字符串作為String類型對象來處理。有些出乎意料的

9、是當創(chuàng)建一個String 對象時，被創(chuàng)建的字符串是不能被改變的。這也就是說一旦一個String 對象被創(chuàng)建，將無法改變那些組成字符串的字符。表面上看起來， 這好像是一個嚴格的約束。然而事實并非如此。你仍能夠執(zhí)行各種類型的字符串操作。區(qū)別在于每次需要改變字符串時都要創(chuàng)建一個新的String 對象來保存新的內(nèi)容。原始的字符串不變。之所以采用這種方法是因為實現(xiàn)固定的， 不可變的字符串比實現(xiàn)可變的字符串更高效。對于那些想得到改變的字符串的情況，有一個叫做StringBuffer 的String 類的友類。它的對象包含了在創(chuàng)建之后可被改變的字符串。String類和StringBuffer類都在java.

10、lang中定義。l length( )方法可以得到字符串的長度l charAt(int index )方法可以從一個字符串中截取一個字符l toCharArray( )方法可以將字符串中的字符轉(zhuǎn)換為一個字符數(shù)組l equals( )方法可以比較兩個字符串是否相等l indexOf(String str) 搜索字符或子字符串首次出現(xiàn)的位置l lastIndexOf(String str) 搜索字符或子字符串的最后一次出現(xiàn)的位置l substring( )方法可以截取子字符串，它有兩種形式。其中第一種形式如下：String substring(int startIndex)這里startIndex

11、指定了子字符串開始的下標。這種形式返回一個從startIndex開始到調(diào)用字符串結(jié)束的子字符串的拷貝。第二種形式允許指定子字符串的開始和結(jié)束下標：String substring(int startIndex, int endIndex)這里startIndex指定開始下標，endIndex指定結(jié)束下標。返回的字符串包括從開始下標直到結(jié)束下標的所有字符，但不包括結(jié)束下標對應(yīng)的字符。l replace( )方法用另一個字符代替調(diào)用字符串中一個字符的所有具體值：String s = "Hello".replace('l', 'w'); 將字符串“

12、Hewwo”賦給s。l trim( )方法去除字符串首尾空格3.4.2數(shù)值封裝類在java.lang中定義了與基本類型相對應(yīng)的類類型：雙精度型（Double），浮點型（Float），字節(jié)型（Byte），短整型（Short），整型（Integer）和長整型（Long）l Byte，Short，Integer，Long，F(xiàn)loat和Double類分別提供了parseByte( )，parseShort( )，parseInt( )，parseLong( )，parseFloat()和parseDouble()方法。這些方法返回與調(diào)用它們的數(shù)值字符串相應(yīng)的字節(jié)（byte），短整型（sho rt），整

13、型（int），長整型（long），浮點(float)和雙精度(double)值。如果轉(zhuǎn)換失敗，將產(chǎn)生NumberFormatException異常例3.2str =”123”;try int i = Integer.parseInt(str); catch(NumberFormatException e) System.out.println("Invalid format");i = 0;l Integer和Long類還同時提供了toBinaryString( )，toHexString( )和toOctalString( )方法，可以分別將一個值轉(zhuǎn)換成二進制，十六進制和

14、八進制字符串。例3.3int num = 19648;System.out.println(num + " in binary: " +Integer.toBinaryString(num);System.out.println(num + " in octal: " +Integer.toOctalString(num);System.out.println(num + " in hexadecimal: " +Integer.toHexString(num);輸出：19648 in binary: 00019648 in octa

15、l: 4630019648 in hexadecimal: 4cc0l 要將基本類型轉(zhuǎn)換為字符串類型，可以調(diào)用相應(yīng)類（Byte，Short，Integer，Long，F(xiàn)loat和Double）的toString(x)方法。例3.4int i=1111;double d=3.25;String s=Integer.toString(i)+Double.toString(d);System.out.println(s);到這里，我們應(yīng)該可以寫出考試課類的轉(zhuǎn)換成績()方法了：例3.5public double 轉(zhuǎn)換成績()trydouble result=Double.parseDouble(thi

16、s.原始分);return result;catch(NumberFormatException e)return -1;我們在主程序中輸入以下代碼進行測試：考試課類 ks=new 考試課類();ks.原始分="96"System.out.println(ks.轉(zhuǎn)換成績();輸出：96.03.4.3Math類Math類中基本成員的功能名稱功能說明E自然對數(shù)的底數(shù)2.PI圓周率3.1415926sqrt(x)計算x的平方根abs(x)計算x的絕對值sin(x)計算x的正弦值cos(x)計算x的余弦值tan(x)計算x的正切制log(x)計算logex的值，即lnxlog10(

17、x)計算log10 x的值exp(x)計算expow(x,y)計算xycbrt(x)計算x的立方根random()在0,10)上隨機提取一個整數(shù)3.5封裝如果外面的程序可以隨意修改一個類的成員變量，會造成不可預(yù)料的程序錯誤，就象一個人的身高，不能被外部隨意修改，只能通過各種方法去修改這個屬性。 在定義一個類的成員（包括變量和方法）時，使用private關(guān)鍵字說明這個成員的訪問權(quán)限，這個成員成了類的私有成員，只能被這個類的其他成員方法調(diào)用，而不能被其他的類中的方法所調(diào)用。為了實現(xiàn)良好的封裝性，我們通常將類的成員變量聲明為private，再通過public的方法來對這個變量進行訪問。對一個變量的操

18、作，一般都有讀取和賦值操作，我們分別定義兩個方法來實現(xiàn)這兩種操作，一個是getXxx()（Xxx表示要訪問的成員變量的名字），用來讀取這個成員變量操作，另外一個是setXxx()用來對這個成員變量賦值?，F(xiàn)在，我們就用封裝的思想來改進我們的課程類：例3.6class 課程類private String 課程名;private String 原始分;private double 學(xué)分;public void set課程名(String 課程名)this.課程名=課程名;public String get課程名()return this.課程名;public void set原始分(String 原

19、始分)this.原始分=原始分;public String get原始分()return this.原始分;public void set學(xué)分(double 學(xué)分)this.學(xué)分=學(xué)分;public double get學(xué)分()return this.學(xué)分;public double 轉(zhuǎn)換成績()return 0.0;3.6上機練習(xí)1、把講義中黃色底紋的代碼在工具中進行測試。先建立課程類，然后學(xué)生類，考試課類，考查課類，最后進行測試學(xué)生類的運行，觀察結(jié)果。2、實現(xiàn)考查課類的轉(zhuǎn)換成績()方法，并在主程序中進行測試。（可選做）練習(xí)題（課后復(fù)習(xí)）1.有語句String s=”hello world”; ，以下操作