Java語言程序設(shè)計(jì)（第2版）教學(xué)設(shè)計(jì)第05章 教學(xué)設(shè)計(jì)

學(xué)IT有疑問，就找千問千知千里尋他眾百度,鋒自苦寒磨礪出千鋒教育Java語言程序設(shè)計(jì)（第2版）教學(xué)設(shè)計(jì)課程名稱：Java語言程序設(shè)計(jì)（第2版）_______授課年級(jí)：___________________________授課學(xué)期：___________________________教師姓名：___________________________2020年03月01日課程名稱第5章面向?qū)ο螅ㄏ拢┯?jì)劃學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)內(nèi)容分析本章主要介紹類的繼承、final關(guān)鍵字、抽象類和接口、多態(tài)、包、Lambda表達(dá)式教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)要求要求學(xué)生理解繼承的概念、掌握final關(guān)鍵字的使用、熟練掌握抽象類和接口的使用、理解多態(tài)的概念、掌握J(rèn)DK8中Lambda表達(dá)式的使用教學(xué)重點(diǎn)final關(guān)鍵字、抽象類和接口、多態(tài)、包、Lambda表達(dá)式教學(xué)難點(diǎn)final關(guān)鍵字、抽象類和接口、多態(tài)、包、Lambda表達(dá)式教學(xué)方式課堂講解及ppt演示教學(xué)過程第一課時(shí)（類的繼承、final關(guān)鍵字、抽象類和接口、多態(tài)）內(nèi)容回顧回顧上節(jié)內(nèi)容，引出本課時(shí)主題。上節(jié)已經(jīng)介紹了面向?qū)ο螅ㄉ希ㄟ^上一章的學(xué)習(xí)，相信大家對(duì)Java語言面向?qū)ο蟮幕局R(shí)已經(jīng)有了初步了解，本章將介紹Java面向?qū)ο蟮牧硗鈨纱筇卣鳎豪^承和多態(tài)。此外，本章還介紹final關(guān)鍵字、抽象類和接口、包、訪問控制。明確學(xué)習(xí)目標(biāo)能夠掌握繼承的概念能夠掌握重寫父類方法能夠掌握super關(guān)鍵字能夠掌握final關(guān)鍵字修飾類能夠掌握final關(guān)鍵字修飾方法能夠掌握final關(guān)鍵字修飾變量能夠掌握抽象類能夠掌握接口能夠掌握接口的實(shí)現(xiàn)能夠掌握接口的繼承能夠掌握抽象類和接口的關(guān)系能夠掌握多態(tài)的概念能夠掌握對(duì)象的類型轉(zhuǎn)換能夠掌握Object類知識(shí)講解繼承的概念現(xiàn)實(shí)生活中，繼承是指下一代人繼承上一代人遺留的財(cái)產(chǎn)，即實(shí)現(xiàn)財(cái)產(chǎn)重用。在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，繼承實(shí)現(xiàn)代碼重用，即在已有類的基礎(chǔ)上定義新的類，新的類能繼承已有類的屬性與行為，并擴(kuò)展新的功能，而不需要把已有類的內(nèi)容再寫一遍。已有的類被稱為父類或基類，新的類被稱為子類或派生類。例如交通工具與公交車就屬于繼承關(guān)系，公交車擁有交通工具的一切特性，但同時(shí)又擁有自己獨(dú)有的特性。在Java中，子類繼承父類的語法格式如下：class子類名extends父類名{屬性和方法}重寫父類方法在繼承關(guān)系中，子類從父類中繼承了可訪問的方法，但有時(shí)從父類繼承下來的方法不能完全滿足子類需要，例如上例中，如果要求父類與子類中的say()方法輸出不同內(nèi)容，這時(shí)就需要在子類的方法里修改父類的方法，即子類重新定義從父類中繼承的成員方法，這個(gè)過程稱為方法重寫或覆蓋。在進(jìn)行方法重寫時(shí)必須考慮權(quán)限，即被子類重寫的方法不能擁有比父類方法更加嚴(yán)格的訪問權(quán)限，如例所示。//定義父母類classParent{ protectedvoidsay(){ System.out.println("父輩"); }}//定義子女類繼承自父母類classChildextendsParent{ publicvoidsay(){ System.out.println("子女"); }}publicclassTestOverride{ publicstaticvoidmain(String[]args){ //創(chuàng)建Child對(duì)象 Childc=newChild(); c.say(); }}super關(guān)鍵字當(dāng)子類重寫父類方法后，子類對(duì)象將無法訪問父類被重寫的方法。如果在子類中需要訪問父類的被重寫方法，可以通過super關(guān)鍵字來實(shí)現(xiàn)，其語法格式如下：super.成員變量super.成員方法([實(shí)參列表])final關(guān)鍵字修飾類使用final關(guān)鍵字修飾的類稱為最終類，表示不能再被其他的類繼承，如Java中的String類。接下來演示final修飾類，如例所示。//使用final關(guān)鍵字修飾類finalclassParent{}//繼承final類classChildextendsParent{}publicclassTestFinalClass{ publicstaticvoidmain(String[]args){ //創(chuàng)建Child對(duì)象 Childc=newChild(); }}final關(guān)鍵字修飾方法使用final關(guān)鍵字修飾的方法，稱為最終方法，表示子類不能重寫此方法，接下來演示final修飾方法，如例所示。classParent{ //final關(guān)鍵字修飾方法 publicfinalvoidsay(){ System.out.println("final修飾say()方法"); }}classChildextendsParent{ //重寫父類方法 publicvoidsay(){ System.out.println("重寫父類say()方法"); }}publicclassTestFinalFunction{ publicstaticvoidmain(String[]args){ //創(chuàng)建Child對(duì)象 Childc=newChild(); c.say(); }}final關(guān)鍵字修飾變量使用final關(guān)鍵字修飾的變量，稱為常量，只能被賦值一次。如果再次對(duì)該變量進(jìn)行賦值，則程序在編譯時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)，如例所示。packagetest;publicclassTestFinalLocalVar{ publicstaticvoidmain(String[]args){ finaldoublePI=3.14; //定義并初始化 PI=3.141592653; //重新賦值 }}抽象類Java中可以定義不含方法體的方法，方法的方法體由該類的子類根據(jù)實(shí)際需求去實(shí)現(xiàn)，這樣的方法稱為抽象方法（abstractmethod），包含抽象方法的類必須是抽象類（abstractclass）。Java中提供了abstract關(guān)鍵字，表示抽象的意思，用abstract修飾的方法，稱為抽象方法，是一個(gè)不完整的方法，只有方法的聲明，沒有方法體。用abstract修飾的類，稱為抽象類，抽象類可以不包含任何抽象方法，具體示例如下：//用abstract修飾抽象類abstractclassParent{ //abstract修飾抽象方法，只有聲明，沒有實(shí)現(xiàn) publicabstractvoidsay();}接口接口是全局常量和公共抽象方法的集合，接口可被看作一種特殊的類，也屬于引用類型。每個(gè)接口都被編譯成獨(dú)立的字節(jié)碼文件。Java提供interface關(guān)鍵字，用于聲明接口，其語法格式如下：interface接口名{ 全局常量聲明 抽象方法聲明}接下來演示interface關(guān)鍵字的作用，具體示例如下：//用interface聲明接口interfaceParent{ Stringname; //等價(jià)于publicstaticfinalStringname; voidsay(); //等價(jià)于publicabstractvoidsay();}接口中定義的變量和方法都包含默認(rèn)的修飾符，其中定義的變量默認(rèn)聲明為“publicstaticfinal”，即全局常量。另外定義的方法默認(rèn)聲明為“publicabstract”，即抽象方法。接口的實(shí)現(xiàn)與抽象類相似，接口中也包含抽象方法。因此，不能直接實(shí)例化接口，即不能使用new創(chuàng)建接口的實(shí)例。Java提供implements關(guān)鍵字，用于實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口，具體示例如下：class類名implements接口列表{ 屬性和方法}接口的繼承在Java中使用extends關(guān)鍵字來實(shí)現(xiàn)接口的繼承，它與類的繼承類似，當(dāng)一個(gè)接口繼承父接口時(shí)，該接口會(huì)獲得父接口中定義的所有抽象方法和常量，但又與類的繼承不同，接口支持多重繼承，即一個(gè)接口可以繼承多個(gè)父接口。其語法格式如下：interface接口名extends接口列表{全局常量聲明抽象方法聲明}抽象類和接口的關(guān)系抽象類與接口是Java語言中對(duì)于抽象類定義進(jìn)行支持的兩種機(jī)制，兩者非常相似，初學(xué)者經(jīng)常混淆這兩個(gè)概念，兩者的相同點(diǎn)可以歸納為三點(diǎn)：都包含抽象方法。都不能被實(shí)例化。都是引用類型。表列出了兩者之間的區(qū)別。區(qū)別點(diǎn)接口抽象類含義接口通常用于描述一個(gè)類的外圍能力，而不是核心特征。類與接口之間的是-able或者cando的關(guān)系。抽象類定義了它的后代的核心特征。派生類與抽象類之間是is-a的關(guān)系。方法接口只提供方法聲明。抽象類可以提供完整方法、缺省構(gòu)造方法以及用于覆蓋的方法聲明。變量只包含publicstaticfinal常量，常量必須在聲明時(shí)初始化。可以包含實(shí)例變量和靜態(tài)變量。多重繼承一個(gè)類可以繼承多個(gè)接口。一個(gè)類只能繼承一個(gè)抽象類。實(shí)現(xiàn)類類可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口。類只從抽象類派生，必須重寫。適用性所有的實(shí)現(xiàn)只是共享方法簽名。所有實(shí)現(xiàn)大同小異，并且共享狀態(tài)和行為。簡(jiǎn)潔性接口中的常量都被默認(rèn)為publicstaticfinal，可以省略。接口中的方法被默認(rèn)為publicabstract。可以在抽象類中放置共享代碼。必須用abstract顯式聲明方法為抽象方法。添加功能如果為接口添加一個(gè)新的方法，則必須查找所有實(shí)現(xiàn)該接口的類，并為它們逐一提供該方法的實(shí)現(xiàn)。如果為抽象類提供一個(gè)方法，可以選擇提供一個(gè)缺省的實(shí)現(xiàn)，那么所有已存在的代碼不需要修改就可以繼續(xù)工作?？傮w來說，抽象類和接口都用于為對(duì)象定義共同的行為，兩者在很大程度上是可以互相替換的，但由于抽象類只允許單繼承，所以當(dāng)兩者都可以使用時(shí)，優(yōu)先考慮接口，只有當(dāng)需要定義子類的行為，并為子類提供共性功能時(shí)才考慮選用抽象類。多態(tài)的概念多態(tài)是指同一操作作用于不同的對(duì)象，可以有不同的解釋，產(chǎn)生不同的執(zhí)行結(jié)果。在Java程序中，多態(tài)是指把類中具有相似功能的不同方法使用同一個(gè)方法名實(shí)現(xiàn)，從而可以使用相同的方式來調(diào)用這些具有不同功能的同名方法。接下來通過一個(gè)案例來演示多態(tài)的實(shí)現(xiàn)，示例代碼參考教材5.4.1節(jié)。對(duì)象的類型轉(zhuǎn)換對(duì)象的類型轉(zhuǎn)換是指可以將一個(gè)對(duì)象的類型轉(zhuǎn)換成繼承結(jié)構(gòu)中的另一種類型。類型轉(zhuǎn)換分為兩種，具體如下：向上轉(zhuǎn)型，是從子類到父類的轉(zhuǎn)換，也稱隱式轉(zhuǎn)換。向下轉(zhuǎn)型，是從父類到子類的轉(zhuǎn)換，也稱顯式轉(zhuǎn)換。Object類Java中提供了一個(gè)Object類，是所有類的父類，如果一個(gè)類沒有顯式地指定繼承類，則該類的父類默認(rèn)為Object。例如，下面兩個(gè)類的定義是一樣的：在Object類中提供了很多方法，接下來分別對(duì)其中的方法進(jìn)行解釋，如表所示。方法聲明功能描述publicStringtoString()返回描述該對(duì)象的字符串publicBooleanequals(Objecto)比較兩個(gè)對(duì)象是否相等publicinthashCode()返回對(duì)象的哈希值本章暫時(shí)只對(duì)toString()和equals方法進(jìn)行講解，而hashCode()方法在Java集合中再詳細(xì)講解。1.toString()方法調(diào)用一個(gè)對(duì)象的toString()方法會(huì)默認(rèn)返回一個(gè)描述該對(duì)象的字符串，它由該對(duì)象所屬類名、@和對(duì)象十六進(jìn)制形式的內(nèi)存地址組成，示例代碼參考教材5.4.3節(jié)。2.equals()方法equals()方法是用于測(cè)試兩個(gè)對(duì)象是否相等，示例代碼參考教材5.4.3節(jié)。第二課時(shí)（多態(tài)、包、Lambda類）內(nèi)容回顧回顧上節(jié)內(nèi)容，引出本課時(shí)主題。上節(jié)已經(jīng)介紹了繼承的概念、重寫父類方法、super關(guān)鍵字、final關(guān)鍵字修飾類、final關(guān)鍵字修飾方法、final關(guān)鍵字修飾變量、抽象類、接口、接口的實(shí)現(xiàn)、接口的繼承、抽象類和接口的關(guān)系、多態(tài)的概念、對(duì)象的類型轉(zhuǎn)換、Object類，下面將介紹設(shè)計(jì)模式——工廠設(shè)計(jì)模式、設(shè)計(jì)模式——代理設(shè)計(jì)模式、包的定義與使用、import語句、Java的常用包、給Java應(yīng)用程序打包、Lambda表達(dá)式語法、Lambda表達(dá)式案例、函數(shù)式接口和方法引用與構(gòu)造器引用。明確學(xué)習(xí)目標(biāo)能夠掌握設(shè)計(jì)模式——工廠設(shè)計(jì)模式能夠掌握設(shè)計(jì)模式——代理設(shè)計(jì)模式能夠掌握包的定義與使用能夠掌握import語句能夠掌握J(rèn)ava的常用包能夠掌握給Java應(yīng)用程序打包能夠掌握Lambda表達(dá)式語法能夠掌握Lambda表達(dá)式案例能夠掌握函數(shù)接口能夠掌握方法引用與構(gòu)造器引用知識(shí)講解設(shè)計(jì)模式——工廠設(shè)計(jì)模式工廠模式（Factory）主要用來實(shí)例化有共同接口的類，它可以動(dòng)態(tài)決定應(yīng)該實(shí)例化哪一個(gè)類，不必事先知道每次要實(shí)例化哪一個(gè)類。工廠模式主要有三種形態(tài)：簡(jiǎn)單工廠模式、工廠方法模式和抽象工廠模式。接下來分別對(duì)這三種形態(tài)進(jìn)行講解。1.簡(jiǎn)單工廠模式（SimpleFactoryPattern）簡(jiǎn)單工廠模式又稱靜態(tài)工廠方法，它的核心是類中包含一個(gè)靜態(tài)方法，該方法用于根據(jù)參數(shù)來決定返回實(shí)現(xiàn)同一接口不同類的實(shí)例，示例代碼參考教材5.4.4節(jié)。2.工廠方法模式（FactoryMethodPattern）工廠方法模式為工廠類定義了接口，用多態(tài)來削弱了工廠類的職責(zé)，示例代碼參考教材5.4.4節(jié)。3.抽象工廠模式（AbstractFactoryPattern）抽象工廠用于意在創(chuàng)建一系列互相關(guān)聯(lián)或互相依賴的對(duì)象，示例代碼參考教材5.4.4節(jié)。設(shè)計(jì)模式——代理設(shè)計(jì)模式代理模式是指給某一個(gè)對(duì)象提供一個(gè)代理，并由代理對(duì)象控制對(duì)原有對(duì)象的引用。如生活中，求職者找工作（真實(shí)操作），可以讓獵頭幫忙去找（代理操作），獵頭把最終結(jié)果反饋給求職者。無論是真實(shí)操作還是代理操作，目的都是一樣的，求職者只關(guān)心最終結(jié)果，而不關(guān)心過程，示例代碼參考教材5.4.5節(jié)。包的定義與使用包（package）是Java提供的一種區(qū)別類的名字空間的機(jī)制，是類的組織方式，是一組相關(guān)類和接口的集合，它提供了訪問權(quán)限和命名的管理機(jī)制。使用package語句聲明包，其語法格式如下：package包名使用時(shí)需要注意以下四點(diǎn)：包名中字母一般都要小寫。包的命名規(guī)則：將公司域名反轉(zhuǎn)作為包名。package語句必須是程序代碼中的第一行可執(zhí)行代碼。package語句最多只有一句。包與文件目錄類似，可以分成多級(jí)，多級(jí)之間用“.”符號(hào)進(jìn)行分隔，具體示例如下：packagecom.l000phone.www;如果在程序中已聲明了包，就必須將編譯生成的字節(jié)碼文件保存到與包名同名的子目錄中，可以使用帶包編譯命令，具體示例如下：javac-d.Source.java其中，“-d”表示生成以package定義為準(zhǔn)的目錄，“.”表示在當(dāng)前所在的文件夾中生成。編譯器會(huì)自動(dòng)在當(dāng)前目錄下建立與包名同名的子目錄，并將生成的.class文件自動(dòng)保存到與包名同名的子目錄下。import語句在實(shí)際開發(fā)中，項(xiàng)目都是分模塊開發(fā)，對(duì)應(yīng)模塊包中的類，完成相應(yīng)模塊的功能。但有時(shí)模塊之間的類要相互調(diào)用。例如，通常開發(fā)中都是將業(yè)務(wù)邏輯層的接口和實(shí)現(xiàn)放在不同包中，在eclipse中新建一個(gè)chapter05項(xiàng)目，在項(xiàng)目的src根目錄下新建service和service.impl兩個(gè)包，在service包中創(chuàng)建UserService接口，在service.impl包下創(chuàng)建UserServiceImpl類，示例代碼參考教材5.5.2節(jié)。Java的常用包Java的核心類都放在java包及其子包下，Java擴(kuò)展的類都放在javax包及其子包下，接下來了解一下常用的開發(fā)包，如表所示。包名功能描述java.lang核心包，如String、Math、System類等，無需使用import手動(dòng)導(dǎo)入，系統(tǒng)自動(dòng)導(dǎo)入java.util工具包，包含工具類、集合類等，如Arrays、List和Set等包含網(wǎng)絡(luò)編程的類和接口java.io包含輸入、輸出編程相關(guān)的類和接口java.text包含格式化相關(guān)的類java.sql數(shù)據(jù)庫操作包，提供了各種數(shù)據(jù)庫操作的類和接口java.awt包含抽象窗口工具集（abstractwindowtoolkits）相關(guān)類和接口，主要用于構(gòu)建圖形用戶界面（GUI）java.swing包含圖形用戶界面相關(guān)類和接口給Java應(yīng)用程序打包在實(shí)際開發(fā)中，通常會(huì)將一些類提供給別人使用，直接提供字節(jié)碼文件會(huì)比較麻煩，所以一般會(huì)將這些類文件打包成jar文件，以供別人使用。jar文件的全稱是JavaArchiveFile，意思就是Java歸檔文件，也稱為jar包。將一個(gè)jar包添加到classpath環(huán)境變量中，Java虛擬機(jī)會(huì)自動(dòng)解壓jar包，根據(jù)包名所對(duì)應(yīng)的目錄結(jié)構(gòu)去查找所需的類。通常使用jar命令來打包，可以把一個(gè)或多個(gè)路徑壓縮成一個(gè)jar文件。jar命令是在JDK安裝目錄下的bin目錄中，直接在命令行中輸入jar命令，即可查看jar命令的提示信息，如圖所示。jar命令主要參數(shù)如下：c：創(chuàng)建新的文檔。v：生成詳細(xì)的輸出信息。f：指定歸檔的文件名。Lambda表達(dá)式語法Java8中引入了一個(gè)新的操作符，“->”可以稱之為箭頭操作符或者Lambda操作符。當(dāng)使用Lambda表達(dá)式進(jìn)行代碼編寫時(shí)就需要使用這個(gè)操作符。箭頭操作符將Lambda表達(dá)式分成左右兩部分，在操作符的左側(cè)代表著Lambda表達(dá)式的參數(shù)列表(接口中抽象方法的參數(shù)列表)，在操作符的右側(cè)代表著Lambda表達(dá)式中所需執(zhí)行的功能(是對(duì)抽象方法的具體實(shí)現(xiàn))。Lambda表達(dá)式的語法格式如下：(parameters)->expression或(parameters)->{statements;}上述語法還可以寫成以下幾種格式：無參數(shù)無返回值：()->具體實(shí)現(xiàn)有一個(gè)參數(shù)無返回值：(x)->具體實(shí)現(xiàn)或x->具體實(shí)現(xiàn)有多個(gè)參數(shù)，有返回值，并且Lambda體中有多條語句：(x,y)->{具體實(shí)現(xiàn)}若方法體只有一條語句，那么大括號(hào)和return都可以省略。注意：Lambda表達(dá)式的參數(shù)列表的參數(shù)類型可以省略不寫，可以進(jìn)行類型推斷。在Java8之后可以使用Lambda表達(dá)式來表示接口的一個(gè)實(shí)現(xiàn)，在Java8之前通常是使用匿名類實(shí)現(xiàn)的。Lambda表達(dá)式案例接下來通過代碼講解Lambda表達(dá)式的使用，編寫一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)加、減、乘、除功能且能夠?qū)崿F(xiàn)輸出字符串功能的案例。首先chapter05項(xiàng)目的根目錄下創(chuàng)建lambda包，在該包下創(chuàng)建MathOne接口，該接口中定義一個(gè)帶有兩個(gè)參數(shù)的operation方法，示例代碼參考教材5.6.2節(jié)。函數(shù)式接口Ⅰ.@FunctionalInterface注解Java8為函數(shù)式接口引入了一個(gè)新注解@FunctionalInterface，主要用于編譯級(jí)錯(cuò)誤檢查，加上該注解，當(dāng)編寫的接口不符合函數(shù)式接口定義的時(shí)候，編譯器就會(huì)報(bào)錯(cuò)。函數(shù)式接口(FunctionalInterface)是指僅包含一個(gè)抽象方法，但是可以包含多個(gè)非抽象方法（比如，靜態(tài)方法、默認(rèn)方法）的接口。Ⅱ.JDK提供的函數(shù)式接口函數(shù)式接口可以對(duì)現(xiàn)有的函數(shù)友好地支持Lambda，JDK1.8之前已有很多函數(shù)式接口，JDK1.8新增加的函數(shù)接口中包含了很多類，用來支持Java的函數(shù)式編程，新增的java.util.function包中的函數(shù)式接口參考教材5.6.3節(jié)。Ⅲ.函數(shù)式接口實(shí)例接下來以Predicate<T>接口為例，講解函數(shù)式接口的使用方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)集合中的元素按條件進(jìn)行篩選的功能。首先創(chuàng)建Test2類，并在該類中定義一個(gè)List集合。由表5.4可知Predicate<T>接口接受一個(gè)參數(shù)，返回一個(gè)布爾值結(jié)果，因此，返回一個(gè)布爾值結(jié)果，接下來演示函數(shù)式接口，具體代碼參考教材5.6.3節(jié)。方法引用與構(gòu)造器引用當(dāng)要傳遞給Lambda體的操作，已經(jīng)有實(shí)現(xiàn)的方法了，可以使用方法引用，可以理解為方法引用是Lambda表達(dá)式的另外一種表現(xiàn)形式。實(shí)現(xiàn)抽象方法的參數(shù)列表，必須與引用方法的參數(shù)列表保持一致。方法引用的語法：對(duì)象::實(shí)例方法、類::靜態(tài)方法、類::實(shí)例方法。構(gòu)造器引用的語法：ClassName::new。第一種語法：對(duì)象::實(shí)例方法名publicvoidTe