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Java的类和对象

作者：从前慢现在也慢 | 2024-06-04 19:30:35

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Java的类和对象

Java的类和对象

前言

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Java的类和对象是面向对象编程的核心概念。类是对象的模板，定义对象的属性和方法；对象是类的实例，具有类定义的属性和方法，并能进行交互。通过类和对象，Java实现代码重用和模块化。

一、面向过程和面向对象初步认识

在这里插入图片描述

当我们开始接触编程时，首先遇到的两个核心概念便是面向过程（Procedural Programming）和面向对象（Object-Oriented Programming，简称OOP）。这两种编程范式各有其特点，并且在不同的应用场景中发挥着各自的优势。

面向过程编程，顾名思义，是以一系列按照特定顺序执行的过程或函数为核心来构建程序的。在这种编程范式中，程序员会定义一系列函数，每个函数负责完成特定的任务，然后通过一个主程序来调用这些函数，以实现特定的功能。面向过程编程的优点在于其直观性和简单性，特别适用于小规模、逻辑清晰的程序。然而，随着程序规模的扩大和复杂度的提升，面向过程编程的缺点也逐渐暴露出来，如代码重复、难以维护、可扩展性差等。

与面向过程编程不同，面向对象编程将现实世界中的事物抽象为对象，每个对象都拥有属性和方法。对象之间可以通过消息传递进行交互，从而实现复杂的功能。面向对象编程的核心概念包括类（Class）、对象（Object）、继承（Inheritance）、封装（Encapsulation）和多态（Polymorphism）。通过这些概念，面向对象编程能够更好地模拟现实世界，提高代码的可重用性、可维护性和可扩展性。

在实际应用中，面向过程和面向对象编程往往不是孤立的，而是相互补充的。对于某些特定的任务或模块，使用面向过程编程可能更加合适；而对于整个系统或大型项目，采用面向对象编程则能够更好地组织和管理代码。因此，作为程序员，我们需要根据具体的需求和场景来选择合适的编程范式，以达到最佳的开发效果。

C语言

C语言是面向过程的，关注的是过程，分析出求解问题的步骤，通过函数调用逐步解决问题。
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

Java

Java是基于面向对象的，关注的是对象，将一件事情拆分成不同的对象，靠对象之间的交互完成。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

二、类和类的实例化

类就是一类对象的统称。对象就是这一类具体化的一个实例。

简单的例子：我们做月饼的模子就是一个类，而通过这个模子可以做出月饼，那么在这个例子当中，类就是那个模子，而月饼就是那个对象,所以月饼就是一个实体。一个模子可以实例化无数个对象。

总的来说：类相当于一个模板，对象是由模板产生的样本。一个类，可以产生无数的对象。

声明一个类就是创建一个新的数据类型，而类在 Java 中属于引用类型， Java 使用关键字 class 来声明类。

我们来看以下简单的声明一个类。

基本语法

// 创建类
class <class_name>{  
    field;//成员属性
    method;//成员方法
}
// 实例化对象
<class_name> <对象名> = new <class_name>();

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class为定义类的关键字，ClassName为类的名字，{}中为类的主体。

类中的元素称为：成员属性。

类中的函数称为：成员方法。

示例

class Person {
    public int age;//成员属性 实例变量
    public String name;
    public String sex;
    public void eat() {//成员方法
       System.out.println("吃饭!");  
   }
    public void sleep() {
       System.out.println("睡觉!");  
   }
}

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注意事项

和之前写的方法不同, 此处写的方法不带 static 关键字

类的实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化

  1. 类只是一个模型一样的东西，限定了类有哪些成员.
  2. 一个类可以实例化出多个对象，实例化出的对象 占用实际的物理空间，存储类成员变量
  3. 做个比方。类实例化出对象就像现实中使用建筑设计图建造出房子，类就像是设计图，只设计出需要什么东西，但是并没有实体的建筑存在，同样类也只是一个设计，实例化出的对象才能实际存储数据，占用物理空间
    在这里插入图片描述
class Person {
    public int age;//成员属性 实例变量
    public String name;
    public String sex;
    public void eat() {//成员方法
       System.out.println("吃饭!");  
   }
    public void sleep() {
       System.out.println("睡觉!");  
   }
}
public class Main{
 public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();//通过new实例化对象
        person.eat();//成员方法调用需要通过对象的引用调用
        person.sleep();
        //产生对象     实例化对象
        Person person2 = new Person();
        Person person3 = new Person();
 }
}

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输出结果为：

吃饭!
睡觉!

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注意事项

  • new 关键字用于创建一个对象的实例.
  • 使用 . 来访问对象中的属性和方法.
  • 同一个类可以创建对个实例.

三、类的成员

类的成员可以包含以下：字段、方法、代码块、内部类和接口等

字段/属性/成员变量

在类中, 但是方法外部定义的变量. 这样的变量我们称为 “字段” 或 “属性” 或 “成员变量”(三种称呼都可以, 一般不会严格区分).

用于描述一个类中包含哪些数据.

class Person {
    public String name;   // 字段
    public int age;
}
class Test {
    public static void main(String[] args) {
    Person person = new Person();
        System.out.println(person.name);
        System.out.println(person.age);
   }
}

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注意事项

  • 使用 . 访问对象的字段.
  • “访问” 既包含读, 也包含写.
  • 对于一个对象的字段如果没有显式设置初始值, 那么会被设置一个默认的初值.

默认值规则

对于各种数字类型, 默认值为 0.
对于 boolean 类型, 默认值为 false.
对于引用类型(String, Array, 以及自定制类), 默认值为 null

字段就地初始化

很多时候我们不希望字段使用默认值, 而是需要我们显式设定初值. 可以这样写:

class Person {
    public String name = "张三";
    public int age = 18;
}
class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        System.out.println(person.name);
        System.out.println(person.age);
   }
}

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// 执行结果
张三
18

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方法

用于描述一个对象的行为

class Person {
    public int age = 18;
    public String name = "张三";
    
    public void show() {
   System.out.println("我叫" + name + ", 今年" + age + "岁");
   }
}
class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        person.show();
   }
}

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// 执行结果
我叫张三, 今年18岁

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此处的 show 方法, 表示 Person 这个对象具有一个 “展示自我” 的行为.

这样的 show 方法是和 person 实例相关联的. 如果创建了其他实例, 那么 show 的行为就会发生变化

Person person2 = new Person();
person2.name = "李四";
person2.age = 20;
person2.show()

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// 执行结果
我叫李四, 今年20岁

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方法中还有一种特殊的方法称为 构造方法 (construction method)

在实例化对象的时候会被自动调用到的方法, 方法名字和类名相同, 用于对象的初始化.

虽然我们前面已经能将属性就地初始化, 但是有些时候可能需要进行一些更复杂的初始化逻辑, 那么就可以使用构造方法.

static 关键字

  • 修饰属性
  • 修饰方法
  • 代码块
  • 修饰类

修饰属性

Java静态属性和类相关, 和具体的实例无关.

换句话说, 同一个类的不同实例共用同一个静态属性.

class TestDemo{
    public int a;
    public static int count;
}
public class Main{
    
 public static void main(String[] args) {
        TestDemo t1 = new TestDemo();
        t1.a++;
        TestDemo.count++;
        System.out.println(t1.a);
        System.out.println(TestDemo.count);
        System.out.println("============");
        TestDemo t2 = new TestDemo();
        t2.a++;
        TestDemo.count++;
        System.out.println(t2.a);
        System.out.println(TestDemo.count);
   }
}

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输出结果为

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============
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2

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代码内存解析

count被static所修饰，所有类共享，且不属于对象

访问方式为：类名 . 属性

在这里插入图片描述

修饰方法

如果在任何方法上应用 static 关键字，此方法称为静态方法。

  • 静态方法属于类，而不属于类的对象。
  • 可以直接调用静态方法，而无需创建类的实例。
  • 静态方法可以访问静态数据成员，并可以更改静态数据成员的值。
class TestDemo{
    public int a;
    public static int count;
    
    public static void change() {
        count = 100;
        //a = 10; error 不可以访问非静态数据成员
   }
}
public class Main{
public static void main(String[] args) {
        TestDemo.change()；//无需创建实例对象 就可以调用
        System.out.println(TestDemo.count);   
   }
}

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输出结果

100

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注意事项
静态方法和实例无关, 而是和类相关
  • 静态方法不能直接使用非静态数据成员或调用非静态方法(非静态数据成员和方法都是和实例相关的).
  • this和super两个关键字不能在静态上下文中使用(this 是当前实例的引用, super是当前实例父类实例的引用, 也是和当前实例相关).
关于需不需要带static
  • 我们曾经写的方法为了简单, 都统一加上了 static.
    但实际上一个方法具体要不要带 static, 都需要是情形而定.
  • main 方法为 static 方法

示例

class Person {
    public int age;//实例变量   存放在对象内
    public String name;//实例变量
    public String sex;//实例变量
    public static int count;//类变量也叫静态变量，编译时已经产生，属于类本身，且只有一份。存放在方法区
    public final int SIZE = 10;//被final修饰的叫常量，也属于对象。 被final修饰，后续不可更改
    public static final int  COUNT = 99;//静态的常量，属于类本身，只有一份 被final修饰，后续不可更改
    //实例成员函数
    public void eat() {
       int a = 10;//局部变量 
       System.out.println("eat()!");  
   }
    //实例成员函数 
    public void sleep() {
       System.out.println("sleep()!");  
   }
    //静态成员函数
     public static void staticTest(){
         //不能访问非静态成员
        //sex = "man"; error
        System.out.println("StaticTest()");
     }
}
public class Main{
 public static void main(String[] args) {
 //产生对象 实例化对象
        Person person = new Person();//person为对象的引用
        System.out.println(person.age);//默认值为0
        System.out.println(person.name);//默认值为null
        //System.out.println(person.count);//会有警告!
        //正确访问方式：
        System.out.println(Person.count);
        System.out.println(Person.COUNT);
        Person.staticTest();
        //总结：所有被static所修饰的方法或者属性，全部不依赖于对象。
        person.eat();
        person.sleep();
 }
}

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输出结果为

0
null
0
99
StaticTest()
eat()!
sleep()!

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数据属性的内存布局

在这里插入图片描述

四、封装

private实现封装

private/ public 这两个关键字表示 “访问权限控制” .

  • 被 public 修饰的成员变量或者成员方法, 可以直接被类的调用者使用.
  • 被 private 修饰的成员变量或者成员方法, 不能被类的调用者使用.

换句话说, 类的使用者根本不需要知道, 也不需要关注一个类都有哪些 private 的成员. 从而让类调用者以更低的成本来使用类.

直接使用 public

class Person {
 public String name = "张三";
 public int age = 18;
}
class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        System.out.println("我叫" + person.name + ", 今年" + person.age + "岁");
   }
}

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// 执行结果
我叫张三, 今年18岁

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  • 这样的代码导致类的使用者(main方法的代码)必须要了解 Person 类内部的实现, 才能够使用这个类. 学习成本较高
  • 一旦类的实现者修改了代码(例如把 name 改成 myName), 那么类的使用者就需要大规模的修改自己的代码, 维护成本较高.

示例

使用 private 封装属性, 并提供 public 方法供类的调用者使用

class Person { 
 private String name = "张三"; 
 private int age = 18; 
 
 public void show() { 
 System.out.println("我叫" + name + ", 今年" + age + "岁"); 
 } 
} 
 
class Test { 
 public static void main(String[] args) { 
 Person person = new Person(); 
 person.show(); 
 } 
} 

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// 执行结果 
我叫张三, 今年18岁

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  • 此时字段已经使用 private 来修饰. 类的调用者(main方法中)不能直接使用. 而需要借助 show 方法. 此时类的使用者就不必了解 Person 类的实现细节.
  • 同时如果类的实现者修改了字段的名字, 类的调用者不需要做出任何修改(类的调用者根本访问不到 name, age这样的字段).

问题

万一修改了 public 方法 show 的名字, 岂不是类的调用者仍然需要大量修改代码嘛?

这件事情确实如此, 但是一般很少会发生.

一般类的设计都要求类提供的 public 方法能比较稳定, 不应该频繁发生大的改变. 尤其是对于一些基础库中的类, 更是如此. 每次接口的变动都要仔细考虑兼容性问题.

注意事项

  • private 不光能修饰字段, 也能修饰方法
  • 通常情况下我们会把字段设为 private 属性, 但是方法是否需要设为 public, 就需要视具体情形而定.

一般我们希望一个类只提供 “必要的” public 方法, 而不应该是把所有的方法都无脑设为 public.

getter和setter方法

当我们使用 private 来修饰字段的时候, 就无法直接使用这个字段了.

代码示例

class Person { 
 private String name = "张三"; 
 private int age = 18; 
 
 public void show() { 
 System.out.println("我叫" + name + ", 今年" + age + "岁"); 
 } 
} 
class Test { 
 public static void main(String[] args) { 
 Person person = new Person(); 
 person.age = 20; 
 person.show(); 
 } 
} 

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Test.java:13: 错误: age可以在Person中访问private 
 person.age = 20; 
 ^ 
1 个错误 

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此时如果需要获取或者修改这个 private 属性, 就需要使用 getter / setter 方法.

class Person { 
 private String name;//实例成员变量 
 private int age; 
 
 public void setName(String name){ 
 //name = name;//不能这样写 
 this.name = name;//this引用，表示调用该方法的对象 
 } 
 public String getName(){ 
 return name; 
 } 
 
 public void show(){ 
 System.out.println("name: "+name+" age: "+age); 
 } 
} 
public static void main(String[] args) { 
 Person person = new Person(); 
 person.setName("caocao"); 
 String name = person.getName(); 
 System.out.println(name); 
 person.show(); 
} 

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// 运行结果 
caocao 
name: caocao age: 0 

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注意事项

  • getName 即为 getter 方法, 表示获取这个成员的值.

  • setName 即为 setter 方法, 表示设置这个成员的值.

  • 当set方法的形参名字和类中的成员属性的名字一样的时候，如果不使用this, 相当于自赋值. this 表示当前实例的引用.

  • 不是所有的字段都一定要提供 setter / getter 方法, 而是要根据实际情况决定提供哪种方法.

  • 在 IDEA 中可以使用 alt + insert (或者 alt + F12) 快速生成 setter / getter 方法.

  • 在 VSCode 中可以使用鼠标右键菜单 -> 源代码操作 中自动生成 setter / getter 方法.

五、构造方法

基本语法

构造方法是一种特殊方法, 使用关键字new实例化新对象时会被自动调用, 用于完成初始化操作.

new 执行过程

  • 为对象分配内存空间
  • 调用对象的构造方法

语法规则

  • 方法名称必须与类名称相同
  • 构造方法没有返回值类型声明
  • 每一个类中一定至少存在一个构造方法（没有明确定义，则系统自动生成一个无参构造）

注意事项

  • 如果类中没有提供任何的构造函数，那么编译器会默认生成一个不带有参数的构造函数
  • 若类中定义了构造方法，则默认的无参构造将不再生成.
  • 构造方法支持重载. 规则和普通方法的重载一致.

代码示例

class Person { 
 
 private String name;//实例成员变量 
 private int age; 
 private String sex; 
 //默认构造函数 构造对象 
 public Person() { 
 this.name = "caocao"; 
 this.age = 10; 
 this.sex = "男"; 
 } 
 //带有3个参数的构造函数 
 public Person(String name,int age,String sex) { 
 this.name = name; 
 this.age = age; 
 this.sex = sex;
 } 
 
 public void show(){ 
 System.out.println("name: "+name+" age: "+age+" sex: "+sex); 
 } 
 
} 
public class Main{ 
 public static void main(String[] args) { 
 Person p1 = new Person();//调用不带参数的构造函数 如果程序没有提供会调用不带参数的构造函数 
 p1.show(); 
 Person p2 = new Person("zhangfei",80,"男");//调用带有3个参数的构造函数 
 p2.show(); 
 } 
} 

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// 执行结果 
name: caocao age: 10 sex: 男 
name: zhangfei age: 80 sex: 男 

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this关键字

this表示当前对象引用(注意不是当前对象). 可以借助 this 来访问对象的字段和方法

class Person {
    private String name;//实例成员变量 
    private int age;
    private String sex;

    //默认构造函数 构造对象 
    public Person() {
        //this调用构造函数 
        this("bit", 12, "man");//必须放在第一行进行显示 
    }

    //这两个构造函数之间的关系为重载。 
    public Person(String name,int age,String sex) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.sex = sex;
    }

    public void show() {
        System.out.println("name: "+name+" age: "+age+" sex: "+sex);
    }
}
public class test{
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();//调用不带参数的构造函数 
        person.show();
    }
} 

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// 执行结果 
name: bit age: 12 sex: man 

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我们会发现在构造函数的内部，我们可以使用this关键字，构造函数是用来构造对象的，对象还没有构造好，我们就使用了this，那this还代表当前对象吗？当然不是，this代表的是当前对象的引用

六、代码块

字段的初始化方式有：

  1. 就地初始化
  2. 使用构造方法初始化
  3. 使用代码块初始化

使用代码块初始化.

什么是代码块

使用 {} 定义的一段代码.

根据代码块定义的位置以及关键字，又可分为以下四种：

  • 普通代码块
  • 构造块
  • 静态块
  • 同步代码块

普通代码块

普通代码块：定义在方法中的代码块.

public class Main{ 
 public static void main(String[] args) { 
 { //直接使用{}定义，普通方法块 
 int x = 10 ; 
 System.out.println("x1 = " +x); 
 } 
 int x = 100 ; 
 System.out.println("x2 = " +x); 
 } 
} 

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// 执行结果 
x1 = 10 
x2 = 100 

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这种用法较少见

构造代码块

构造块：定义在类中的代码块(不加修饰符)。

也叫：实例代码块。

构造代码块一般用于初始化实例成员变量

class Person{
    private String name;//实例成员变量
    private int age;
    private String sex;

    public Person() {
        System.out.println("I am Person init()!");
    }

    //实例代码块
    {
        this.name = "bit";
        this.age = 12;
        this.sex = "man";
        System.out.println("I am instance init()!");
    }

    public void show(){
        System.out.println("name: "+name+" age: "+age+" sex: "+sex);
    }

}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person();
        p1.show();
    }
}

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// 运行结果 
I am instance init()! 
I am Person init()! 
name: bit age: 12 sex: man

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注意事项: 实例代码块优先于构造函数执行。

静态代码块

使用static定义的代码块。一般用于初始化静态成员属性。

class Person{
    private String name;//实例成员变量 
    private int age;
    private String sex;
    private static int count = 0;//静态成员变量 由类共享数据 方法区 

    public Person(){
        System.out.println("I am Person init()!");
    }

    //实例代码块 
    {
        this.name = "bit";
        this.age = 12;
        this.sex = "man";
        System.out.println("I am instance init()!");
    }

    //静态代码块 
    static {
        count = 10;//只能访问静态数据成员 
        System.out.println("I am static init()!");
    }

    public void show(){
        System.out.println("name: "+name+" age: "+age+" sex: "+sex);
    }

}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person();
        Person p2 = new Person();//静态代码块是否还会被执行？ 
    }
} 

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注意事项

  • 静态代码块不管生成多少个对象，其只会执行一次，且是最先执行的。
  • 静态代码块执行完毕后, 实例代码块（构造块）执行，再然后是构造函数执行

七、拓展

toString方法

我们刚刚注意到，我们在把对象的属性进行打印的时候，都自己实现了show函数比如：示例8代码，其实，我们大可不必。接下来我们看一些示例代码

代码示例

class Person {
    private String name;
    private int age;
    public Person(String name,int age) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }
    public void show() {
        System.out.println("name:"+name+" " + "age:"+age);
    }
}

public class test {

    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("caocao",19);
        person.show();
        //我们发现这里打印的是一个地址的哈希值 原因：调用的是Object的toString方法
        System.out.println(person);
    }
}

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// 执行结果 
name：caocao age：19 
Person@1c168e5

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可以使用 toString 这样的方法来将对象自动转成字符串

代码示例

class Person {
    private String name;
    private int age;
    public Person(String name,int age) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }
    public void show() {
        System.out.println("name:"+name+" " + "age:"+age);
    }
    //重写Object的toString方法
    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

public class test
{
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("caocao",19);
        person.show();
        System.out.println(person);
    }
}

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// 执行结果 
name：caocao age：19 
Person{name='caocao', age=19} 

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注意事项

  • toString 方法会在 println 的时候被自动调用.
  • 将对象转成字符串这样的操作我们称为 序列化.
  • toString 是 Object 类提供的方法, 我们自己创建的 Person 类默认继承自 Object 类, 可以重写 toString 方法实现我们自己版本的转换字符串方法.
  • @Override 在 Java 中称为 “注解”, 此处的 @Override 表示下面实现的 toString 方法是重写了父类的方法.
  • IDEA快速生成Object的toString方法快捷键：alt+f12(insert)

匿名对象

匿名只是表示没有名字的对象.

  • 没有引用的对象称为匿名对象.
  • 匿名对象只能在创建对象时使用.
  • 如果一个对象只是用一次, 后面不需要用了, 可以考虑使用匿名对象.

代码示例

class Person {
    private String name;
    private int age;
    public Person(String name,int age) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }
    public void show() {
        System.out.println("name:"+name+" " + "age:"+age);
    }
}

public class test {

    public static void main(String[] args) {
        new Person("caocao",19).show();//通过匿名对象调用方法
    }
}

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// 执行结果 
name：caocao age：19

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总结

  • 一个类可以产生无数的对象，类就是模板，对象就是具体的实例。
  • 类中定义的属性，大概分为几类：类属性，对象属性。其中被static所修饰的数据属性称为类属性, static修饰的方法称为类方法，特点是不依赖于对象，我们只需要通过类名就可以调用其属性或者方法。
  • 静态代码块优先实例代码块执行，实例代码块优先构造函数执行。
  • this关键字代表的是当前对象的引用。并不是当前对象。
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