「学」 Java

学习 Java 的笔记。

基础语法

一个 Java 程序可以认为是一系列对象的集合，而这些对象通过调用彼此的方法来协同工作。

• 对象：对象是类的一个实例，有状态和行为。
• 类：类是一个模板，它描述一类对象的行为和状态。
• 方法：方法就是行为，一个类可以有很多方法。
• 实例变量：每个对象都有独特的实例变量，对象的状态由这些实例变量的值决定。

对象和类

• 一个源文件只能有一个 public 类，源文件名必须和类名相同，否则会导致编译错误。

• 构造方法名称必须与类同名。

所有的 Java 程序由 public static void main(String[] args) 方法开始执行。

变量类型

type identifier [ = value][, identifier [= value] ...] ;

• 局部变量（Local Variables）：局部变量是在方法、构造函数或块内部声明的变量，它们在声明的方法、构造函数或块执行结束后被销毁，局部变量在声明时需要初始化，否则会导致编译错误。

• 实例变量（Instance Variables）：实例变量是在类中声明，但在方法、构造函数或块之外，它们属于类的实例，每个类的实例都有自己的副本，如果不明确初始化，实例变量会被赋予默认值（数值类型为 0，boolean 类型为 false，对象引用类型为 null）。

• 静态变量或类变量（Class Variables）：类变量是在类中用 static 关键字声明的变量，它们属于类而不是实例，所有该类的实例共享同一个类变量的值，类变量在类加载时被初始化，而且只初始化一次。

• 参数变量（Parameters）：参数是方法或构造函数声明中的变量，用于接收调用该方法或构造函数时传递的值，参数变量的作用域只限于方法内部。

局部变量

• 作用域：局部变量的作用域限于它被声明的方法、构造方法或代码块内。一旦代码执行流程离开这个作用域，局部变量就不再可访问。

• 生命周期：局部变量的生命周期从声明时开始，到方法、构造方法或代码块执行结束时终止。之后，局部变量将被垃圾回收。

• 初始化：局部变量在使用前必须被初始化。如果不进行初始化，编译器会报错，因为 Java 不会为局部变量提供默认值。

• 声明：局部变量的声明必须在方法或代码块的开始处进行。声明时可以指定数据类型，后面跟着变量名，例如：int count;。

• 赋值：局部变量在声明后必须被赋值，才能在方法内使用。赋值可以是直接赋值，也可以是通过方法调用或表达式。

• 限制：局部变量不能被类的其他方法直接访问，它们只为声明它们的方法或代码块所私有。

• 内存管理：局部变量存储在 Java 虚拟机（JVM）的栈上，与存储在堆上的实例变量或对象不同。

• 垃圾回收：由于局部变量的生命周期严格限于方法或代码块的执行，它们在方法或代码块执行完毕后不再被引用，因此 JVM 的垃圾回收器会自动回收它们占用的内存。

• 重用：局部变量的名称可以在不同的方法或代码块中重复使用，因为它们的作用域是局部的，不会引起命名冲突。

• 参数和返回值：方法的参数可以视为一种特殊的局部变量，它们在方法被调用时初始化，并在方法返回后生命周期结束。

实例变量（成员变量）

• 成员变量声明在一个类中，但在方法、构造方法和语句块之外。

• 当一个对象被实例化之后，每个成员变量的值就跟着确定。

• 成员变量在对象创建的时候创建，在对象被销毁的时候销毁。

• 成员变量的值应该至少被一个方法、构造方法或者语句块引用，使得外部能够通过这些方式获取实例变量信息。

• 成员变量可以声明在使用前或者使用后。

• 访问修饰符可以修饰成员变量。

• 成员变量对于类中的方法、构造方法或者语句块是可见的。一般情况下应该把成员变量设为私有。通过使用访问修饰符可以使成员变量对子类可见。

• 成员变量具有默认值。数值型变量的默认值是0，布尔型变量的默认值是 false，引用类型变量的默认值是 null。变量的值可以在声明时指定，也可以在构造方法中指定；

• 成员变量可以直接通过变量名访问。但在静态方法以及其他类中，就应该使用完全限定名：ObjectReference.VariableName。

• 可以通过对象访问成员变量，也可以通过类名访问静态成员变量。

PS: 报错 Cannot make a static reference to the non-static field ...， 是因为在静态方法中，不能直接访问非静态成员（包括方法和变量）。因为，非静态的变量是依赖于对象存在的，对象必须实例化之后，它的变量才会在内存中存在。

类变量（静态变量）

Java 中的静态变量是指在类中定义的一个变量，它与类相关而不是与实例相关，即无论创建多少个类实例，静态变量在内存中只有一份拷贝，被所有实例共享。

• 由于静态变量是与类相关的，因此可以通过类名来访问静态变量，也可以通过实例名来访问静态变量。

• 常量也是与类相关的，但它是用 final 关键字修饰的变量，一旦被赋值就不能再修改。与静态变量不同的是，常量在编译时就已经确定了它的值，而静态变量的值可以在运行时改变。

• 当多个线程同时访问一个包含静态变量的类时，需要考虑其线程安全性。静态变量在内存中只有一份拷贝，被所有实例共享。

参数变量

Java 中的参数变量是指在方法或构造函数中声明的变量，用于接收传递给方法或构造函数的值。参数变量与局部变量类似，但它们只在方法或构造函数被调用时存在，并且只能在方法或构造函数内部使用。

• 值传递：在方法调用时，传递的是实际参数的值的副本。当参数变量被赋予新的值时，只会修改副本的值，不会影响原始值。Java 中的基本数据类型都采用值传递方式传递参数变量的值。

• 引用传递：在方法调用时，传递的是实际参数的引用（即内存地址）。当参数变量被赋予新的值时，会修改原始值的内容。Java 中的对象类型采用引用传递方式传递参数变量的值。

StringBuilder

当对字符串进行修改的时候，需要使用 StringBuffer 和 StringBuilder 类。

和 String 类不同的是，StringBuffer 和 StringBuilder 类的对象能够被多次的修改，并且不产生新的未使用对象。

StringBuilder 类在 Java 5 中被提出，它和 StringBuffer 之间的最大不同在于 StringBuilder 的方法不是线程安全的。在应用程序要求线程安全的情况下，则必须使用 StringBuffer 类。

public class RunoobTest{
    public static void main(String args[]){
        StringBuilder sb = new StringBuilder(10);
        sb.append("Runoob..");
        System.out.println(sb);  
        sb.append("!");
        System.out.println(sb); 
        sb.insert(8, "Java");
        System.out.println(sb); 
        sb.delete(5,8);
        System.out.println(sb);  
    }
}

方法重载

有两个同名函数：

public static int max(int num1, int num2) {
   int result;
   if (num1 > num2)
      result = num1;
   else
      result = num2;
 
   return result; 
}

public static double max(double num1, double num2) {
  if (num1 > num2)
    return num1;
  else
    return num2;
}

如果你调用 max 方法时传递的是 int 型参数，则 int 型参数的 max 方法就会被调用；如果传递的是 double 型参数，则 double 类型的 max 方法体会被调用，这叫做方法重载；就是说一个类的两个方法拥有相同的名字，但是有不同的参数列表。

重载的方法必须拥有不同的参数列表，不能仅仅依据修饰符或者返回类型的不同来重载方法。

构造方法

当一个对象被创建时候，构造方法用来初始化该对象。构造方法和它所在类的名字相同，但构造方法没有返回值。

通常会使用构造方法给一个类的实例变量赋初值，或者执行其它必要的步骤来创建一个完整的对象。

不管你是否自定义构造方法，所有的类都有构造方法，因为 Java 自动提供了一个默认构造方法，默认构造方法的访问修饰符和类的访问修饰符相同（类为 public，构造函数也为 public；类改为 protected，构造函数也改为 protected）。

一旦你定义了自己的构造方法，默认构造方法就会失效。

面向对象

继承

• 子类拥有父类非 private 的属性、方法。

• 子类可以拥有自己的属性和方法，即子类可以对父类进行扩展。

• 子类可以用自己的方式实现父类的方法。

• 提高了类之间的耦合性（继承的缺点，耦合度高就会造成代码之间的联系越紧密，代码独立性越差）。

继承可以使用 extends 和 implements 这两个关键字来实现继承，而且所有的类都是继承于 java.lang.Object，当一个类没有继承的两个关键字，则默认继承 Object（这个类在 java.lang 包中，所以不需要 import）祖先类。

在 Java 中，类的继承是单一继承，也就是说，一个子类只能拥有一个父类，所以 extends 只能继承一个类。

public class Animal { 
    private String name;   
    private int id; 
    public Animal(String myName, int myid) { 
        //初始化属性值
    } 
    public void eat() {} 
    public void sleep() {} 
} 
 
public class Penguin  extends  Animal{
    ...
}

使用 implements 关键字可以变相的使 java 具有多继承的特性，使用范围为类继承接口的情况，可以同时继承多个接口（接口跟接口之间采用逗号分隔）。

public interface A {
    public void eat();
    public void sleep();
}
 
public interface B {
    public void show();
}
 
public class C implements A,B {
}

• super 关键字：我们可以通过super关键字来实现对父类成员的访问，用来引用当前对象的父类。

• this 关键字：指向自己的引用。

子类是不继承父类的构造器（构造方法或者构造函数）的，它只是调用（隐式或显式）。如果父类的构造器带有参数，则必须在子类的构造器中显式地通过 super 关键字调用父类的构造器并配以适当的参数列表。

重写与重载

• 重写（Override）是指子类定义了一个与其父类中具有相同名称、参数列表和返回类型的方法，并且子类方法的实现覆盖了父类方法的实现。 即外壳不变，核心重写。重写的好处在于子类可以根据需要，定义特定于自己的行为。也就是说子类能够根据需要实现父类的方法。这样，在使用子类对象调用该方法时，将执行子类中的方法而不是父类中的方法。

  • 参数列表与被重写方法的参数列表必须完全相同。

  • 返回类型与被重写方法的返回类型可以不相同，但是必须是父类返回值的派生类（java5 及更早版本返回类型要一样，java7 及更高版本可以不同）。

  • 访问权限不能比父类中被重写的方法的访问权限更低。例如：如果父类的一个方法被声明为 public，那么在子类中重写该方法就不能声明为 protected。

  • 父类的成员方法只能被它的子类重写。

  • 声明为 final 的方法不能被重写。

  • 声明为 static 的方法不能被重写，但是能够被再次声明。

  • 子类和父类在同一个包中，那么子类可以重写父类所有方法，除了声明为 private 和 final 的方法。

  • 子类和父类不在同一个包中，那么子类只能够重写父类的声明为 public 和 protected 的非 final 方法。

  • 重写的方法能够抛出任何非强制异常，无论被重写的方法是否抛出异常。但是，重写的方法不能抛出新的强制性异常，或者比被重写方法声明的更广泛的强制性异常，反之则可以。

  • 构造方法不能被重写。

  • 如果不能继承一个类，则不能重写该类的方法。

• 重载（Overload）是在一个类里面，方法名字相同，而参数不同。返回类型可以相同也可以不同。每个重载的方法（或者构造函数）都必须有一个独一无二的参数类型列表。最常用的地方就是构造器的重载。

  • 被重载的方法必须改变参数列表（参数个数或类型不一样）；

  • 被重载的方法可以改变返回类型；

  • 被重载的方法可以改变访问修饰符；

  • 被重载的方法可以声明新的或更广的检查异常；

  • 方法能够在同一个类中或者在一个子类中被重载。

  • 无法以返回值类型作为重载函数的区分标准。

多态

多态是同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。多态就是同一个接口，使用不同的实例而执行不同操作。

多态存在的三个必要条件：

• 继承
• 重写
• 父类引用指向子类对象：Parent p = new Child();

当使用多态方式调用方法时，首先检查父类中是否有该方法，如果没有，则编译错误；如果有，再去调用子类的同名方法。

多态的好处：可以使程序有良好的扩展，并可以对所有类的对象进行通用处理。

抽象

在面向对象的概念中，所有的对象都是通过类来描绘的，但是反过来，并不是所有的类都是用来描绘对象的，如果一个类中没有包含足够的信息来描绘一个具体的对象，这样的类就是抽象类。

抽象类除了不能实例化对象之外，类的其它功能依然存在，成员变量、成员方法和构造方法的访问方式和普通类一样。

由于抽象类不能实例化对象，所以抽象类必须被继承，才能被使用。也是因为这个原因，通常在设计阶段决定要不要设计抽象类。

父类包含了子类集合的常见的方法，但是由于父类本身是抽象的，所以不能使用这些方法。

在 Java 中抽象类表示的是一种继承关系，一个类只能继承一个抽象类，而一个类却可以实现多个接口。

封装

在面向对象程式设计方法中，封装（Encapsulation）是指一种将抽象性函式接口的实现细节部分包装、隐藏起来的方法。

封装可以被认为是一个保护屏障，防止该类的代码和数据被外部类定义的代码随机访问。

要访问该类的代码和数据，必须通过严格的接口控制。

封装最主要的功能在于我们能修改自己的实现代码，而不用修改那些调用我们代码的程序片段。

适当的封装可以让程式码更容易理解与维护，也加强了程式码的安全性。

接口

接口（Interface）是一个抽象类型，是抽象方法的集合，接口通常以 interface 来声明。一个类通过继承接口的方式，从而来继承接口的抽象方法。

接口并不是类，编写接口的方式和类很相似，但是它们属于不同的概念。类描述对象的属性和方法。接口则包含类要实现的方法。

除非实现接口的类是抽象类，否则该类要定义接口中的所有方法。

接口无法被实例化，但是可以被实现。一个实现接口的类，必须实现接口内所描述的所有方法，否则就必须声明为抽象类。另外，在 Java 中，接口类型可用来声明一个变量，他们可以成为一个空指针，或是被绑定在一个以此接口实现的对象。

接口与类相似点：

• 一个接口可以有多个方法。
• 接口文件保存在 .java 结尾的文件中，文件名使用接口名。
• 接口的字节码文件保存在 .class 结尾的文件中。
• 接口相应的字节码文件必须在与包名称相匹配的目录结构中。

接口与类的区别：

• 接口不能用于实例化对象。
• 接口没有构造方法。
• 接口中所有的方法必须是抽象方法，Java 8 之后 接口中可以使用 default 关键字修饰的非抽象方法。
• 接口不能包含成员变量，除了 static 和 final 变量。
• 接口不是被类继承了，而是要被类实现。
• 接口支持多继承。

接口特性：

• 接口中每一个方法也是隐式抽象的，接口中的方法会被隐式的指定为 public abstract（只能是 public abstract，其他修饰符都会报错）。
• 接口中可以含有变量，但是接口中的变量会被隐式的指定为 public static final 变量（并且只能是 public，用 private 修饰会报编译错误）。
• 接口中的方法是不能在接口中实现的，只能由实现接口的类来实现接口中的方法。

抽象类和接口的区别：

1. 抽象类中的方法可以有方法体，就是能实现方法的具体功能，但是接口中的方法不行。
2. 抽象类中的成员变量可以是各种类型的，而接口中的成员变量只能是 public static final 类型的。
3. 接口中不能含有静态代码块以及静态方法(用 static 修饰的方法)，而抽象类是可以有静态代码块和静态方法。
4. 一个类只能继承一个抽象类，而一个类却可以实现多个接口。