第 11 章 对象

第 11 章 对象

类实例化可生成对象,实例方法就是对象方法,实例变量就是对象属性。一个对象的生命周期包括三个阶段:创建、使用和销毁。前面章节已经多次用到了对象,本章详细介绍一下对象的创建和销毁等相关知识。

11.1 创建对象

创建对象包括两个步骤:声明和实例化。

  1. 声明

    声明对象与声明普通变量没有区别,语法格式如下:

    type objectName;
    
    

    其中type是引用类型,即类、接口和数组。示例代码如下:

    String name;
    
    

    该语句声明了字符串类型对象name。可以声明并不为对象分配内存空间,而只是分配一个引用。

  2. 实例化

    实例化过程分为两个阶段:为对象分配内存空间和初始化对象,首先使用new运算符为对象分配内存空间,然后再调用构造方法初始化对象。示例代码如下:

    String name;
    name = new String("Hello World");
    
    

    代码中String("Hello World")表达式就是调用String的构造方法。初始化完成之后如图11-1所示。

    {%}

    图11-1 对象实例化

11.2 空对象

一个引用变量没有通过new分配内存空间,这个对象就是空对象,Java使用关键字null表示空对象。示例代码如下:

String name = null;
name = "Hello World";

引用变量默认值是null。当试图调用一个空对象的实例变量或实例方法时,会抛出空指针异常NullPointerException,如下代码所示:

String name = null;
//输出null字符串
System.out.println(name);
//调用length()方法
int len = name.length();         ①

但是代码运行到第①行时,系统会抛出异常。这是因为调用length()方法时,name是空对象。程序员应该避免调用空对象的成员变量和方法,代码如下:

//判断对象是否为null
if (name != null) {
    int len = name.length();
}

提示 产生空对象有两种可能性:第一是程序员自己忘记了实例化,第二是空对象是别人传递过来的。程序员必须防止第一种情况的发生,应该仔细检查自己的代码,为自己创建的所有对象进行实例化并初始化。第二种情况需要通过判断对象非null进行避免。

11.3 构造方法

在11.1节使用了表达式new String("Hello World"),其中String("Hello World")是调用构造方法。构造方法是类中特殊方法,用来初始化类的实例变量,这个就是构造方法,它在创建对象(new运算符)之后自动调用。

Java构造方法的特点:

  1. 构造方法名必须与类名相同。

  2. 构造方法没有任何返回值,包括void。

  3. 构造方法只能与new运算符结合使用。

构造方法示例代码如下:

//Rectangle.java文件
package com.a51work6;

// 矩形类
public class Rectangle {

    // 矩形宽度
    int width;
    // 矩形高度
    int height;
    // 矩形面积
    int area;

    // 构造方法
    public Rectangle(int w, int h) {        ①
        width = w;
        height = h;
        area = getArea(w, h);
    }
    ...
}

代码第①行是声明了一个构造方法,其中有两个参数w和h,用来初始化Rectangle对象的两个成员变量width和height,注意前面没有任何的返回值。

11.3.1 默认构造方法

有时在类中根本看不到任何的构造方法。例如本节中User类代码如下:

//User.java文件
package com.a51work6;

public class User {

    // 用户名
    private String username;

    // 用户密码
    private String password;

}

从上述User类代码,只有两个成员变量,看不到任何的构造方法,但是还是可以调用无参数的构造方法创建User对象,见如下代码。

//HelloWorld.java文件
...
User user = new User();

Java虚拟机为没有构造方法的类,提供一个无参数的默认构造方法,默认构造方法其方法体内无任何语句,默认构造方法相当于如下代码:

//默认构造方法
public User() {
}

默认构造方法的方法体内无任何语句,也就不能够初始化成员变量了,那么这些成员变量就会使用默认值,成员变量默认值是与数据类型有关,具体内容可以参考9.1.2节中的表9-1所示。这里不再赘述。

11.3.2 构造方法重载

在一个类中可以有多个构造方法,它们具体有相同的名字(与类名相同),参数列表不同,所以它们之间一定是重载关系。

构造方法重载示例代码如下:

//Person.java文件
package com.a51work6;

import java.util.Date;

public class Person {

    // 名字
    private String name;
    // 年龄
    private int age;
    // 出生日期
    private Date birthDate;

    public Person(String n, int a, Date d) {        ①
        name = n;
        age = a;
        birthDate = d;
    }

    public Person(String n, int a) {                ②
        name = n;
        age = a;
    }

    public Person(String n, Date d) {               ③
        name = n;
        age = 30;
        birthDate = d;
    }

    public Person(String n) {                       ④
        name = n;
        age = 30;
    }

    public String getInfo() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("名字: ").append(name).append('\n');
        sb.append("年龄: ").append(age).append('\n');
        sb.append("出生日期: ").append(birthDate).append('\n');
        return  sb.toString();
    }
}

上述代码Person类代码提供了4个重载的构造方法,如果有准确的姓名、年龄和出生日期信息,则可以选用代码第①行的构造方法创建Person对象;如果只有姓名和年龄信息则可选用代码第②行的构造方法创建Person对象;如果只有姓名和出生日期信息则可选用代码第③行的构造方法创建Person对象;如果只有姓名信息则可选用代码第④行的构造方法创建Person对象。

11.3.3 构造方法封装

构造方法也可以进行封装,访问级别与普通方法一样,构造方法的访问级别参考表11-1所示。示例代码如下:

//Person.java文件
package com.a51work6;

import java.util.Date;

public class Person {

    // 名字
    private String name;
    // 年龄
    private int age;
    // 出生日期
    private Date birthDate;

    // 公有级别限制
    public Person(String n, int a, Date d) {        ①
        name = n;
        age = a;
        birthDate = d;
    }

    // 默认级别限制
    Person(String n, int a) {                       ②
        name = n;
        age = a;
    }

    // 保护级别限制
    protected Person(String n, Date d) {            ③
        name = n;
        age = 30;
        birthDate = d;
    }

    // 私有级别限制
    private Person(String n) {                      ④
        name = n;
        age = 30;
    }

    ...
}

上述代码第①行是声明公有级别的构造方法。代码第②行是声明默认级别,默认级别只能在同一个包中访问。代码第③行是保护级别的构造方法,该构造方法在同一包中与默认级别相同,在不同包中可以被子类继承。代码第④行是私有级别构造方法,该构造方法只能在当前类中使用,不允许在外边访问,私有构造方法可以应用于单例设计模式1等设计。

1单例模式是一种常用的软件设计模式,单例模式可以保证系统中一个类只有一个实例。

11.4 this关键字

前面章节中使用过this关键字,this指向对象本身,一个类可以通过this来获得一个代表它自身的对象变量。this使用在如下三种情况中:

  • 调用实例变量。

  • 调用实例方法。

  • 调用其他构造方法。

使用this变量的示例代码:

//Person.java文件
package com.a51work6;

import java.util.Date;

public class Person {

    // 名字
    private String name;
    // 年龄
    private int age;
    // 出生日期
    private Date birthDate;

    // 三个参数构造方法
    public Person(String name, int age, Date d) {       ①
        this.name = name;                               ②
        this.age = age;                                 ③
        birthDate = d;
        System.out.println(this.toString());            ④
    }

    public Person(String name, int age) {
        // 调用三个参数构造方法
        this(name, age, null);                          ⑤
    }

    public Person(String name, Date d) {
        // 调用三个参数构造方法
        this(name, 30, d);                              ⑥
    }

    public Person(String name) {
        // System.out.println(this.toString());
        // 调用Person(String name, Date d)构造方法
        this(name, null);                               ⑦
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person [name=" + name                   ⑧
                + ", age=" + age                        ⑨
                + ", birthDate=" + birthDate + "]";
    }
}

上述代码中多次用到了this关键字,下面详细分析一下。代码第①行声明三个参数构造方法,其中参数name和age与实例变量name和age命名冲突,参数是作用域为整个方法的局部变量,为了防止局部变量与成员变量命名发生冲突,可以使用this调用成员变量,见代码第②行和第③行。注意代码第⑧行和第⑨行的name和age变量没有冲突,所以可以不使用this调用。

this也可以调用本对象的方法,见代码第④行的this.toString()语句,在本例中this可以省略。

在多个构造方法重载时,一个构造方法可以调用其他的构造方法,这样可以减少代码量,上述代码第⑤行this(name, age, null)使用this调用其他构造方法。类似调用还有代码第⑥行的this(name, 30, d)和第⑦行的this(name, null)。

注意 使用this调用其他构造方法时,this语句一定是该构造方法的第一条语句。例如在代码第⑦行之前调用toString()方法则会发生错误。

11.5 对象销毁

对象不再使用时应该销毁。C++语言对象是通过delete语句手动释放,Java语言对象是由垃圾回收器(Garbage Collection)收集然后释放,程序员不用关心释放的细节。自动内存管理是现代计算机语言发展趋势,例如:C#语言的垃圾回收,Objective-C和Swift语言的ARC(内存自动引用计数管理)。

垃圾回收器(Garbage Collection)的工作原理是:当一个对象的引用不存在时,认为该对象不再需要,垃圾回收器自动扫描对象的动态内存区,把没有引用的对象作为垃圾收集起来并释放。

本章小结

通过对本章的学习,可以了解如何创建Java对象,理解构造方法的作用。此外,还介绍了this关键字的使用,以及如何销毁对象。