一、前言

记录时间 [2024-05-09]

系列文章简摘：
Java 笔记 01：Java 概述，MarkDown 常用语法整理
Java 笔记 02：Java 开发环境的搭建，IDEA / Notepad++ / JDK 安装及环境配置，编写第一个 Java 程序
Java 笔记 11：Java 方法相关内容，方法的设计原则，以及方法的定义和调用
面向对象 01：Java 面向对象相关内容整体概述

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本文讲述面向对象相关内容，主要包括面向过程与面向对象的区别，以及类和对象的关系。

面向过程编程和面向对象编程是两种不同的编程范式，它们在解决问题和组织代码方面有着不同的方法。

对于描述复杂的事物：

• 为了从宏观上把握、从整体上合理分析，我们需要使用面向对象的思路来分析整个系统。
• 但是，具体到微观操作，仍然需要面向过程的思路去处理。

二、面向过程

面向过程编程是一种以解决问题的步骤为中心的编程范式。

在面向过程编程中，程序被分解为一系列执行特定任务的步骤或过程。每个过程都是一组相关的语句，用于完成特定的任务。

虽然面向过程编程有其优势，但在面对复杂的、长期的项目开发时，其维护性和扩展性可能不如面向对象编程。因此，开发人员在选择编程范式时需要根据具体情况权衡利弊。

面向过程的特点主要如下：

• 程序结构简单：程序主要由一系列按照顺序执行的过程或函数组成，每个过程都负责完成特定的任务。
• 数据和功能分离：数据和函数是分开的，数据通常作为参数传递给函数。函数在处理数据时可以修改其状态，但不会持有状态。
• 自顶向下设计：通常通过自顶向下的设计方法，从问题的整体结构出发，逐步分解为更小的子问题，然后编写对应的过程来解决这些子问题。
• 易于理解和编写：面向过程的代码通常比较直观，易于理解和编写，特别适用于简单的任务和小型项目。
• 适用范围：面向过程编程通常用于需要执行一系列线性操作的简单任务，如数据处理、脚本编写等。

三、面向对象

1. 概述

面向对象编程（Object-Oriented Programming，OOP）是一种常用的编程范式，它通过将数据和操作组织为对象的集合来描述问题和构建解决方案。

OOP 是 Java 的核心思想。

在面向对象编程中，对象是程序的基本单元，每个对象都包含数据和操作数据的方法。这种方法的核心思想是将现实世界中的事物抽象成程序中的对象，从而更好地模拟现实世界的问题。

面向对象编程使得程序更易于理解、扩展和维护，特别适用于大型和复杂的项目。它提供了一种自然的方法来模拟现实世界中的问题，并通过对象之间的交互来解决这些问题。

面向对象的特点主要如下：

• 对象和类：对象是程序的基本单元，代表现实世界中的实体或概念。类是对象的模板，描述了对象的属性（数据）和方法（操作）。
• 封装：封装是将数据和操作数据的方法捆绑在一起，形成一个独立的、可重用的单位。对象对外部隐藏了其内部实现细节，只提供了公共接口供其他对象使用。
• 继承：继承允许一个类（子类）继承另一个类（父类）的属性和方法，从而可以在不重复编写代码的情况下扩展和修改现有的类。
• 多态：多态性允许不同类的对象对同一消息做出不同的响应。这意味着可以使用相同的接口来调用不同类的对象，并且这些对象可以根据自己的特性来执行适当的操作。
• 抽象：抽象是将复杂的现实世界问题简化为程序中的模型。通过抽象，可以隐藏不必要的细节，只关注问题的关键方面。
• 重用性：由于面向对象编程的模块化和封装特性，代码更容易重用。可以通过组合已有的类来构建新的类，或者直接使用现有类的功能。

2. 本质

面向对象编程（OOP）的本质：以类的方式组织代码，以对象的组织（封装）数据。

关键在于通过抽象、封装、继承和多态这些关键概念，将现实世界的问题建模为程序中的对象，从而提高了代码的可重用性、可维护性和可扩展性，使得程序更易于理解和开发。

抽象

抽象是面向对象编程中的一个重要概念，它指的是将问题的关键特征提取出来，忽略不必要的细节，从而简化问题的表示和处理，提高了代码的模块化、可维护性和可复用性。

面向对象编程通过抽象将复杂的现实世界问题简化为程序中的模型。

抽象在面向对象编程中具有以下几个关键方面：

• 问题建模：抽象帮助程序员将现实世界中的复杂问题转化为程序中的模型。通过抽象，程序员可以捕捉问题的本质特征，而忽略掉不相关的细节，使得问题更易于理解和处理。
• 数据抽象：数据抽象指的是将数据和数据操作封装在一起，形成一个独立的数据类型（类）。数据的内部表示和实现细节被隐藏起来，只提供了公共接口供其他对象使用，从而降低了对象之间的耦合度，提高了代码的模块化和可维护性。
• 行为抽象：行为抽象指的是将对象的行为（方法）与其内部实现分离开来，只向外部暴露必要的接口。通过行为抽象，对象可以隐藏其内部的具体实现细节，只关注外部调用者需要知道的信息，从而降低了对象之间的依赖性，提高了代码的灵活性和可扩展性。
• 代码复用：抽象提供了一种通用的方法来描述问题，使得代码更易于重用。通过定义通用的抽象类和接口，可以在不同的场景中重复使用相同的代码模块，提高了代码的可维护性和可扩展性。

三大特性

在面向对象编程中，通常提及的三大特性是封装、继承和多态。这些特性是面向对象编程的核心概念，它们有助于提高代码的可维护性、可扩展性和可重用性。

这三大特性是面向对象编程的基础，通过它们可以构建出灵活、可维护和可扩展的软件系统。

具体如下：

• 封装（Encapsulation）：
  • 封装是将数据和操作数据的方法捆绑在一起，形成一个独立的、可重用的单位。
  • 对象通过暴露有限的接口，隐藏其内部实现细节，只允许其他对象通过指定的接口与其进行交互。
  • 封装提高了代码的模块化和可维护性，降低了对象之间的耦合度。
• 继承（Inheritance）：
  • 继承允许一个类（子类）继承另一个类（父类）的属性和方法。
  • 子类可以通过继承父类的特性来扩展或修改其行为，而不需要重新实现已有的功能。
  • 继承促进了代码的重用性和扩展性，提高了代码的可维护性。
• 多态（Polymorphism）：
  • 多态性允许不同类的对象对相同的消息做出不同的响应。
  • 可以使用相同的接口来调用不同类的对象，而这些对象可以根据自己的类型和特性来执行适当的操作。
  • 多态性提高了代码的灵活性和可扩展性，使得程序更易于理解和维护。

四、类和对象的关系

类和对象是面向对象编程中两个核心概念。

从认识角度：先有对象后有类。对象，是具体的事物；类，是抽象的，是对对象的抽象。

从代码运行角度：先有类后有对象。类是对象的模板。

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1. 类

类是一种抽象的数据类型，它是用来描述具有相似特征和行为的对象集合的模板或蓝图。

类可以描述 / 定义某一类事物，但不能代表某一个具体的事物。

类定义了对象的结构和行为，包括数据成员和方法。如 Person 类、Pet类、Car 类，等等。

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2. 对象

对象是抽象概念的具体实例，它是根据类定义创建的具体实体。对象具有类定义的属性和行为，并在程序中被创建、操作和使用。

比如，张三就是人的一个具体实例，张三家里的旺财就是狗的一个具体实例。

对象是能够体现出特点，展现出功能的是具体的实例，而不是一个抽象的概念。

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3. 二者关系

类和对象之间的关系可以进行如下简单描述。

类是对象的模板

• 类（Class）是一个抽象的概念，它描述了一类对象共同的属性和行为。
• 类定义了对象的结构和行为，包括数据成员和方法。
• 类可以看作是一种蓝图或模板，用于创建具体的对象。

对象是类的实例

• 对象（Object）是类的具体实例，是根据类定义创建的。
• 对象具有类定义的属性和行为，是类的一个具体化实现。
• 对象是程序中真正操作和交互的实体，它们可以存储数据并执行操作。

联系

• 类定义了对象的结构和行为，而对象是根据类创建的实体。
• 类是对对象的抽象描述，而对象是类的具体实例化。
• 一个类可以有多个对象的实例，这些对象共享类定义的属性和行为，但具体的数据值可能会有所不同。

五、总结

本文讲述面向对象相关内容，主要包括面向过程与面向对象的区别，以及类和对象的关系。

一些参考资料

狂神说 Java 零基础：https://www.bilibili.com/video/BV12J41137hu/
TIOBE 编程语言走势： https://www.tiobe.com/tiobe-index/
Typora 官网：https://www.typoraio.cn/
Oracle 官网：https://www.oracle.com/
Notepad++ 下载地址：https://notepad-plus.en.softonic.com/
IDEA 官网：https://www.jetbrains.com.cn/idea/
Java 开发手册：https://developer.aliyun.com/ebook/394
Java 8 帮助文档：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/