Java学习之旅：类和对象

一、前言

Java是一种广泛应用于各个领域的编程语言，它的面向对象编程范式使得它成为了当今软件开发的主要选择之一。通过面向对象编程，Java使程序员能够将代码组织成易于理解和维护的结构，并且在开发大型复杂的应用程序时提供了许多便利。

与传统的过程式编程不同，面向对象编程将程序组织成一系列相互独立的对象，每个对象都有自己的属性和行为，它们可以通过消息传递来与其他对象交互。这种编程范式使得代码更易于重用、扩展和测试，并且有助于提高代码的可维护性和可读性。

在本博客中，我们将一起探讨Java面向对象编程的基础概念。

1、什么是面向过程

C语言就算一门面向过程的语言，面向过程编程（Procedural Programming）是一种计算机编程方法，其核心思想是将程序视为一系列的过程或函数，每个过程或函数都是完成一个特定的任务。面向过程编程强调步骤与逻辑的过程管理，需要手动编写代码实现每一步骤。在面向过程编程中，数据和方法是分离的，通常使用全局变量进行数据传递。因此，面向过程编程通常被认为是较低级别的编程方式，其主要用途是解决简单或特定的问题。

2、什么是面向对象

Java是一门纯面向对象的语言(Object Oriented Program，简称OOP)，在面向对象的世界里，一切皆为对象。面向对象是解决问题的一种思想，主要依靠对象之间的交互完成一件事情。用面向对象的思想来涉及程序，更符合人们对事物的认知，对于大型程序的设计、扩展以及维护都非常友好。

3、两者的区别

以洗衣服为例：

面向过程编程就像手洗衣服一样。你需要了解每个步骤，例如：湿润衣服、涂上洗涤剂、用刷子刷洗、用水冲洗、拧干等等。你需要自己决定每个步骤，并进行大量的手动操作。而面向对象编程就像使用洗衣机一样。你只需要将脏衣服放进洗衣机，按下按钮，然后洗衣机会自动完成一系列步骤，包括添加水、调节温度、旋转等操作。你不必关心每个步骤，只需要掌握使用洗衣机的方法，就能完成整个洗衣服的过程。

在面向过程编程中，我们需要手动实现每个步骤，而在面向对象编程中，我们只需要使用已经编写好的对象来完成任务。这就是两者的区别。

在面向对象编程中，对象是一个封装了方法和属性的实体，我们可以通过使用这些对象来完成一系列的操作，无需手动实现每个步骤，这也减轻了开发工作的繁琐程度。但是要注意：面向过程和面相对象并不是一门语言，而是解决问题的方法，没有那个好坏之分，都有其专门的应用场景。

三、类

1、类的定义

在面向对象编程中，类（Class）是一种定义对象的模板。类描述了一个对象具有的属性和方法，它是创建对象的基础，所有具有相同属性和方法的对象都属于同一个类。类通常包含数据成员（属性）和函数成员（方法）。属性是类中的变量，描述了对象的基本信息，而方法是类中的函数，用于实现对象的各种行为。

举个简单例子，假设我们要创建一个汽车类，那么我们可以定义该类的属性包括汽车的品牌、型号、颜色等等，方法包括发动、刹车、加速等等。当我们使用该类创建一个具体的对象时，这个对象就会具有该类描述的所有属性和方法。

在Java中定义类时需要用到class关键字，具体语法如下：

// 创建类
class ClassName{
    field; // 字段(属性) 或者 成员变量（定义在类中，但是在方法的外面）
    method; // 行为 或者 成员方法
}

• class是Java语言中用于定义类的关键字；
• ClassName是要定义的类的名称，命名规则和Java语言的标识符命名规则相同，采用大驼峰命名法；
• {}中是类的主体，包含了类的所有属性和方法。
• 类中包含的内容称为类的成员。属性主要是用来描述类的，称之为类的成员属性或者类成员变量。方法主要说明类具有哪些功能，称为类的成员方法。

2、举点例子

Ⅰ、定义一个汽车类

public class Car {
    //定义汽车属性
    private String brand;   //品牌
    private String model;   //型号
    private String color;   //颜色
    private double speed;   //车速
    private double fuel;    //燃油量
    
    //定义汽车方法
    public void start() {
        System.out.println("汽车启动！");
    }
    public void brake() {
        System.out.println("汽车刹车！");
    }
    public void accelerate() {
        System.out.println("汽车加速！");
    }
    public void decelerate() {
        System.out.println("汽车减速！");
    }
}

Ⅱ、定义一个学生类

public class Student{
	public String name;
	public String gender;
	public short age;
	public double score;
	public void DoClass(){}
	public void DoHomework(){}
	public void Exam(){}
}

注意事项：

• 一般一个文件当中只定义一个类

• main方法所在的类一般要使用public修饰(注意：Eclipse默认会在public修饰的类中找main方法)

• public修饰的类必须要和文件名相同

3、类的实例化

类的实例化是指根据一个类创建一个具体的对象，这个对象就是该类的一个实例。在面向对象编程中，类是一种抽象的概念，而对象则是具体的实体。通过类的实例化，我们可以创建多个不同的对象，每个对象都有自己独立的属性和方法。

在Java中，我们通过使用new关键字来创建一个类的实例，例如：

Car myCar = new Car();

上面的代码就创建了一个Car类的实例，并将其赋给一个变量myCar。通过该变量，我们可以访问这个具体的Car对象的属性和方法，这个myCar变量是一个引用变量，它包含了指向实际Car对象的内存地址。

在Java中，对象是存储在堆内存中的，而变量是存储在栈内存中的。当使用new关键字创建一个对象时，Java会在堆内存中分配一块新的内存空间，并返回该对象的引用。这个引用可以被存储在一个变量中，以便在程序中引用该对象。

上面的这段Java代码，其实就是创建了一个名为myCar的引用变量，并使用new关键字在堆内存中创建了一个新的Car对象，然后将该对象的引用赋值给了myCar变量。

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

4、类和对象的说明

类只是一个模型一样的东西，用来对一个实体进行描述，限定了类有哪些成员。

类是一种自定义的类型，可以用来定义变量。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。

类定义了对象的结构和行为，而对象是类的一个具体实例，具有自己独立的属性和方法。

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。

四、this引用

1、为什么要有this引用

public class Date {
	public int year;
	public int month;
	public int day;
    public void setDay(int y, int m, int d){
        year = y;
        month = m;
        day = d;
	}
	public void printDate(){
	    System.out.println(year + "/" + month + "/" + day);
	}
    public static void main(String[] args) {
    // 构造三个日期类型的对象 d1 d2 d3
        Date d1 = new Date();
        Date d2 = new Date();
        Date d3 = new Date();
        // 对d1，d2，d3的日期设置
        d1.setDay(2020,9,15);
        d2.setDay(2020,9,16);
        d3.setDay(2020,9,17);
        // 打印日期中的内容
        d1.printDate();
        d2.printDate();
        d3.printDate();
    }
  }

以上代码定义了一个日期类，然后main方法中创建了三个对象，并通过Date类中的成员方法对对象进行设置和打印，代码整体逻辑非常简单，没有任何问题。

但是细思之下有以下两个疑问：

1、形参名不小心与成员变量名相同：

public void setDay(int year, int month, int day){
	year = year;
	month = month;
	day = day;
}

那函数体中到底是谁给谁赋值？成员变量给成员变量？参数给参数？参数给成员变量？成员变量参数？。

2、三个对象都在调用setDate和printDate函数，但是这两个函数中没有任何有关对象的说明，setDate和printDate函数如何知道打印的是那个对象的数据呢？

2、什么是this引用

this引用指向当前对象(成员方法运行时调用该成员方法的对象)，在成员方法中所有成员变量的操作，都是通过该引用去访问。只不过所有的操作对用户是透明的，即用户不需要来传递，编译器自动完成。

this引用的作用就是区分成员变量和局部变量：当一个方法的参数名和对象的成员变量名相同时，使用this关键字可以指明是使用对象的成员变量，还是方法的局部变量。

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;
    public void setDay(int year, int month, int day){
    this.year = year;
    this.month = month;
    this.day = day;
    }
    public void printDate(){
    System.out.println(this.year + "/" + this.month + "/" + this.day);
    }
  }

注意：this引用的是调用成员方法的对象。

public static void main(String[] args) {
    Date d = new Date();
    d.setDay(2020,9,15);
    d.printDate();
}

3、 this引用的特性

1、 this的类型：对应类类型引用，即哪个对象调用就是哪个对象的引用类型

2、this只能在”成员方法”中使用

3、在”成员方法”中，this只能引用当前对象，不能再引用其他对象

4、this是“成员方法”第一个隐藏的参数，编译器会自动传递，在成员方法执行时，编译器会负责将调用成员方法对象的引用传递给该成员方法，this负责来接收。

在代码层面来简单演示—>注意：下图右侧中的Date类也是可以通过编译的：

五、对象构造及初始化

1、如何初始化对象

通过前面知识点的学习知道，在Java方法内部定义一个局部变量时，必须要初始化，否则会编译失败。

比如：

public static void main(String[] args) {
    int a;
    System.out.println(a);
}

这段代码，编译的时候就会出现：Error:(26, 28) java: 可能尚未初始化变量a的报错提醒！

要让上述代码通过编译，非常简单，只需在正式使用a之前，给a设置一个初始值即可。

如果是对象：

public static void main(String[] args) {
    Date d = new Date();
    d.printDate();
    d.setDate(2021,6,9);
    d.printDate();
}

需要调用之前写的SetDate方法才可以将具体的日期设置到对象中。通过上述例子发现两个问题：

1、每次对象创建好后调用SetDate方法设置具体日期，比较麻烦，那对象该如何初始化？

为了避免这种问题，我们可以在对象的构造方法中设置初始值，这样对象一旦创建，就会立即拥有完整的状态。在 Java 中，我们可以使用构造方法来完成对象的初始化工作。

2、局部变量必须要初始化才能使用，为什么字段声明之后没有给值依然可以使用？

在Java中，局部变量必须在使用之前先进行初始化，否则编译器会报错。这是因为局部变量的生命周期只在其所在的方法内部，而且局部变量的值是不可靠的，如果没有初始化就使用它，可能会导致程序出现异常。

而类成员变量（字段）则不同，它们在类的实例化过程中被分配内存空间并赋予默认值，因此即使没有给字段初始化也可以使用。具体来说，Java会为不同类型的字段设置默认值：

• 对于数值类型（byte、short、int、long、float、double），默认值为0或0.0。
• 对于布尔类型（boolean），默认值为false。
• 对于字符类型（char），默认值为null字符。
• 对于引用类型（类、接口、数组等），默认值为null。

当然，如果我们需要的话，我们也可以在字段声明的时候给它们赋初值。这样做可以保证程序的健壮性，避免不必要的错误。

2、什么是构造方法

构造方法是一种特殊的方法，用于在创建对象时初始化对象的状态。构造方法的名字必须与类名相同，它没有返回值，也不能手动调用。在创建对象时，Java 编译器会自动调用与对象类型相应的构造方法，并执行其中的代码。

public class Date {
    public int year; // 成员变量：年
    public int month; // 成员变量：月
    public int day; // 成员变量：日

    // 构造方法：
    // 名字与类名相同，没有返回值类型，设置为void也不行
    // 一般情况下使用public修饰
    // 在创建对象时由编译器自动调用，并且在对象的生命周期内只调用一次
    public Date(int year, int month, int day){
        this.year = year; // 使用this关键字访问对象的成员变量，并为其赋初值
        this.month = month;
        this.day = day;
        System.out.println("Date(int,int,int)方法被调用了"); // 构造方法执行完毕，输出消息
    }

    // 普通方法：打印当前日期的字符串表示
    public void printDate(){
        System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 此处创建了一个Date类型的对象，并没有显式调用构造方法
        Date d = new Date(2021,6,9); // 调用构造方法，传入三个整数参数
        // 上述代码相当于调用了以下语句：
        // Date d = new Date(); // 创建一个空对象
        // d.year = 2021; // 给成员变量赋值
        // d.month = 6;
        // d.day = 9;
        // 但是，使用构造方法的方式更加简洁和安全，可以保证对象的状态正确初始化
        d.printDate(); // 调用对象的方法，输出对象的状态
    }
}

为什么我没有写构造函数进行初始化，我的代码也没有报错呢？

在Java中，如果你的构造方法一个都没写，编译器则会为你自动生成一个默认的无参构造方法。这个默认构造方法会接受所有类型的参数，并将它们设置为默认值(例如，int类型的参数会被设置为0,布尔类型的参数会被设置为false等)。

3、构造方法的特性

• 名字必须与类名相同
• 没有返回值类型，设置为void也不行
• 创建对象时由编译器自动调用，并且在对象的生命周期内只调用一次(相当于人的出生，每个人只能出生一次)
• 构造方法可以重载(用户根据自己的需求提供不同参数的构造方法)

在Java中，重载是指在同一个类中，有多个方法具有相同的名称但参数列表不同的情况。每个构造方法必须具有唯一的参数列表，因此当我们需要创建多个具有不同参数的构造方法时，就需要进行重载。重载的构造方法可以使用不同的参数数量、类型和顺序，从而在实例化对象时，根据传递的参数来调用不同的构造方法。

public class Date {
    public int year; // 年份
    public int month; // 月份
    public int day; // 日期

    // 无参构造方法，将日期初始化为1900年1月1日
    public Date(){
        this.year = 1900;
        this.month = 1;
        this.day = 1;
    }

    // 带有三个参数的构造方法，根据参数设置日期
    public Date(int year, int month, int day) {
        this.year = year;
        this.month = month;
        this.day = day;
    }

    // 打印日期的方法
    public void printDate(){
        System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Date d = new Date(); // 创建一个日期对象，使用无参构造方法
        d.printDate(); // 调用打印日期的方法
    }
}

上述两个构造方法：名字相同，参数列表不同，因此构成了方法重载。

在构造方法中，可以通过this调用其他构造方法来简化代码：

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;
    // 无参构造方法--内部给各个成员赋值初始值，该部分功能与三个参数的构造方法重复
    // 此处可以在无参构造方法中通过this调用带有三个参数的构造方法
    // 但是this(1900,1,1);必须是构造方法中第一条语句
    public Date(){
        //System.out.println(year); 注释取消掉，编译会失败
        this(1900, 1, 1);
        //this.year = 1900;
        //this.month = 1;
        //this.day = 1;
    }
    // 带有三个参数的构造方法
    public Date(int year, int month, int day) {
        this.year = year;
        this.month = month;
        this.day = day;
     }
}

注意：

• this(…)必须是构造方法中第一条语句

• 不能形成闭环

• 绝大多数情况下使用public来修饰，特殊场景下会被private修饰(单例模式时会遇到)

public Date(){
     this(1900,1,1);
}
public Date(int year, int month, int day) {
     this();
}
/*
无参构造器调用三个参数的构造器，而三个参数构造器有调用无参的构造器，形成构造器的递归调用
编译报错：Error:(19, 12) java: 递归构造器调用
*/

每一个构造方法都需要我们自己写嘛？

我们可以自己写，也可以用idea生成构造方法。

这样我们就能生成一个构造函数了！

4、默认初始化

局部变量必须要初始化才能使用，为什么字段声明之后没有给值依然可以使用？

在Java中，局部变量必须在使用之前先进行初始化，否则编译器会报错。这是因为局部变量的生命周期只在其所在的方法内部，而且局部变量的值是不可靠的，如果没有初始化就使用它，可能会导致程序出现异常。

而类成员变量（字段）则不同，它们在类的实例化过程中被分配内存空间并赋予默认值，因此即使没有给字段初始化也可以使用。具体来说，Java会为不同类型的字段设置默认值：

• 对于数值类型（byte、short、int、long、float、double），默认值为0或0.0。
• 对于布尔类型（boolean），默认值为false。
• 对于字符类型（char），默认值为null字符（’\u0000’）。
• 对于引用类型（类、接口、数组等），默认值为null。

当然，要想搞彻底清楚这个过程，就需要知道 new 关键字背后所发生的一些事情：

public class Date {
    public int year;
    public int month;
    public int day;
    public Date(int year, int month, int day) {
    // 成员变量在定义时，并没有给初始值, 为什么就可以使用呢？
        System.out.println(this.year);
        System.out.println(this.month);
        System.out.println(this.day);
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 此处a没有初始化，编译时报错：
        // Error:(24, 28) java: 可能尚未初始化变量a
        // int a;
        // System.out.println(a);
        Date d = new Date(2021,6,9);
    }
}

在程序层面只是简单的一条语句，在JVM层面需要做好多事情，下面简单介绍下：

• 检测对象对应的类是否加载了，如果没有加载则加载

• 为对象分配内存空间

• 处理并发安全问题

• 初始化所分配的空间：对象空间被申请好之后，对象中包含的成员已经设置好了初始值

• 设置对象头信息

• 调用构造方法，给对象中各个成员赋值

5、就地初始化

在声明成员变量时，就直接给出了初始值。

public class Date {
    public int year = 1900;
    public int month = 1;
    public int day = 1;
    public Date(){
    }
    public Date(int year, int month, int day) {
    }
public static void main(String[] args) {
    Date d1 = new Date(2021,6,9);
    Date d2 = new Date();
    }
}

注意：代码编译完成后，编译器会将所有给成员初始化的这些语句添加到各个构造函数中

六、封装

1、封装的概念

面向对象程序三大特性：封装、继承、多态。而类和对象阶段，主要研究的就是封装特性。何为封装呢？简单来说就是套壳屏蔽细节。

比如：对于电脑这样一个复杂的设备，提供给用户的就只是：开关机、通过键盘输入，显示器，USB 插孔等，让用户来和计算机进行交互，完成日常事务。但实际上：电脑真正工作的却是CPU、显卡、内存等一些硬件元件。

对于计算机使用者而言，不用关心内部核心部件，比如主板上线路是如何布局的，CPU内部是如何设计的等，用户只需要知道，怎么开机、怎么通过键盘和鼠标与计算机进行交互即可。因此计算机厂商在出厂时，在外部套上壳子，将内部实现细节隐藏起来，仅仅对外提供开关机、鼠标以及键盘插孔等，让用户可以与计算机进行交互即可。

封装：将数据和操作数据的方法进行有机结合，隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口来和对象进行交互。

在Java中，从语法层次上来看，使用关键字private就可以做到。

被private修饰的属性，只能在当前类中使用。

2、访问限定符

在Java中，封装是通过访问控制符（public、private、protected）来实现的。通常情况下，类的属性都应该使用private修饰符来限制外部访问，而方法则可以使用public修饰符来允许外部访问，从而实现对内部状态的保护和控制。

public：可以理解为一个人的外貌特征，谁都可以看得到

default: 对于自己家族中(同一个包中)不是什么秘密，对于其他人来说就是隐私了

private: 只有自己知道，其他人都不知道

【说明】

• protected主要是在继承中使用

• default权限指：什么都不写时的默认权限

• 访问权限除了可以限定类中成员的可见性，也可以控制类的可见性

public class Computer {
    private String cpu; // cpu
    private String memory; // 内存
    public String screen; // 屏幕
    String brand; // 品牌---->default属性
    public Computer(String brand, String cpu, String memory, String screen) {
    this.brand = brand;
    this.cpu = cpu;
    this.memory = memory;
    this.screen = screen;
 }
    public void Boot(){
        System.out.println("开机~~~");
     }
    public void PowerOff(){
    	System.out.println("关机~~~");
    }
    public void SurfInternet(){
    	System.out.println("上网~~~");
    }
    }
public class TestComputer {
 	public static void main(String[] args) {
        Computer p = new Computer("HW", "i7", "8G", "13*14");
        System.out.println(p.brand); // default属性：只能被本包中类访问
        System.out.println(p.screen); // public属性： 可以任何其他类访问
        // System.out.println(p.cpu); // private属性：只能在Computer类中访问，不能被其他类访问
        }
}

注意：一般情况下成员变量设置为private，成员方法设置为public。

3、封装拓展：包

Ⅰ、包的概念

在面向对象体系中，提出了一个软件包的概念，即：为了更好的管理类，把多个类收集在一起成为一组，称为软件包。有点类似于目录。比如：为了更好的管理电脑中的歌曲，一种好的方式就是将相同属性的歌曲放在相同文件下，也可以对某个文件夹下的音乐进行更详细的分类。

在Java中也引入了包，包是对类、接口等的封装机制的体现，是一种对类或者接口等的很好的组织方式。

比如：一个包中的类不想被其他包中的类使用。

包还有一个重要的作用：在同一个工程中允许存在相同名称的类，只要处在不同的包中即可。

Ⅱ、导入包中的类

Java 中已经提供了很多现成的类供我们使用.

例如Date类：可以使用 java.util.Date 导入 java.util 这个包中的 Date类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
    java.util.Date date = new java.util.Date();
    // 得到一个毫秒级别的时间戳
    System.out.println(date.getTime());
	}
}

但是这种写法比较麻烦一些, 可以使用 import语句导入包

import java.util.Date;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
    Date date = new Date();
    // 得到一个毫秒级别的时间戳
    System.out.println(date.getTime());
    }
}

如果需要使用 java.util 中的其他类, 可以使用 import java.util.*

import java.util.*;		// .*相当于一个通配符，可以充当任何类
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
    Date date = new Date();
    // 得到一个毫秒级别的时间戳
    System.out.println(date.getTime());
    }
}

但是更建议显式的指定要导入的类名，否则还是容易出现冲突的情况

import java.util.*;
import java.sql.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
    // util 和 sql 中都存在一个 Date 这样的类, 此时就会出现歧义, 编译出错
    Date date = new Date();
    System.out.println(date.getTime());
    }
    }
// 编译出错
Error:(5, 9) java: 对Date的引用不明确
java.sql 中的类 java.sql.Date 和 java.util 中的类 java.util.Date 都匹配

在上面这种情况下，则需要使用完整的类名

import java.util.*;
import java.sql.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
    java.util.Date date = new java.util.Date();
    System.out.println(date.getTime());
    }
}

可以使用import static导入包中静态的方法和字段。

import static java.lang.Math.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
    double x = 30;
    double y = 40;
    // 静态导入的方式写起来更方便一些.
    // double result = Math.sqrt(Math.pow(x, 2) + Math.pow(y, 2));
    double result = sqrt(pow(x, 2) + pow(y, 2));
    System.out.println(result);
    }
}

注意事项:

• import 和 C++ 的 #include 差别很大, C++ 必须 #include 来引入其他文件内容, 但是 Java 不需要

• import 只是为了写代码的时候更方便, import 更类似于 C++ 的 namespace 和 using

Ⅲ、常见的包

• java.lang：系统常用基础类(String、Object),此包从JDK1.1后自动导入。

• java.lang.reflflect：java 反射编程包;

• java.net：进行网络编程开发包。

• java.sql：进行数据库开发的支持包。

• java.util：是java提供的工具程序包。(集合类等) 非常重要

• java.io：I/O编程开发包。

七、static成员

使用前文中介绍的学生类实例化三个对象s1、s2、s3，每个对象都有自己特有的名字、性别，年龄，学分绩点等成员信息，这些信息就是对不同学生来进行描述的，如下所示：

public class Student{
// ...
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("Li leilei", "男", 18, 3.8);
        Student s2 = new Student("Han MeiMei", "女", 19, 4.0);
        Student s3 = new Student("Jim", "男", 18, 2.6);
    }
}

假设三个同学是同一个班的，那么他们上课肯定是在同一个教室，那既然在同一个教室，那能否给类中再加一个成员变量，来保存同学上课时的教室呢？

答案是不行的，之前在Student类中定义的成员变量，每个对象中都会包含一份 (称之为实例变量)，因为需要使用这些信息来描述具体的学生。

而现在要表示学生上课的教室，这个教室的属性并不需要每个学生对象中都存储一份，而是需要让所有的学生来共享。

在Java中，被static修饰的成员，称之为静态成员，也可以称为类成员，其不属于某个具体的对象，是所有对象所共享的。

1、static修饰成员变量

static修饰的成员变量，称为静态成员变量，静态成员变量最大的特性：不属于某个具体的对象，是所有对象所共享的 。

普通成员变量：在类的内部，方法的外部

静态成员变量：在类的内部，方法的外部，被static修饰了

局部变量：方法内部定义的变量

【静态成员变量特性】

• 静态成员不属于某个具体的对象，是类的属性，所有对象共享的，不存储在某个对象的空间中
• 既可以通过对象访问，也可以通过类名访问，但一般更推荐使用类名访问
• 类变量存储在方法区当中
• 生命周期伴随类的一生(即：随类的加载而创建，随类的卸载而销毁)

【静态成员的访问方式】

• 不建议通过对象的引用访问
• 建议通过类名.的方式进行访问

public class Student{
    public String name;		//普通成员变量
    public String gender;	//普通成员变量
    public int age;			//普通成员变量
    public double score;	//普通成员变量
    public static String classRoom = "401"; //静态成员变量
    // ...
public static void main(String[] args) {
    // 静态成员变量可以直接通过类名访问（说明静态成员变量并不属于对象！）
    System.out.println(Student.classRoom);
    Student s1 = new Student("Li leilei", "男", 18, 3.8);
    Student s2 = new Student("Han MeiMei", "女", 19, 4.0);
    Student s3 = new Student("Jim", "男", 18, 2.6);
    // 也可以通过对象访问：但是classRoom是三个对象共享的，但是不建议这样去写。
    System.out.println(s1.classRoom);
    System.out.println(s2.classRoom);
    System.out.println(s3.classRoom);
    }
}

2、static修饰成员方法

在Java中，static关键字也可以用来修饰方法，使得这些方法与类本身关联，而不是与类的具体对象关联。

这意味着你可以在不创建类的对象的情况下调用这些方法。以下是static修饰成员方法的一些关键点：

1. 不需要创建对象：static方法不需要创建类的对象就可以调用。你可以直接使用类名来调用它们，如MyClass.staticMethod()。

2. 只能访问静态成员：static方法不能直接访问类中的非静态成员（变量和方法）。它们只能访问静态成员。

3. 常用于工具类：static方法通常用于实现那些与类的状态无关的功能，例如工具类和帮助方法。

下面是一个简单的例子来说明static修饰成员方法的使用：

public class Student {
    // ... 其他成员变量和方法 ...
    // 使用 static 关键字修饰一个名为 classRoom 的成员变量，并赋值为 "301"
    private static String classRoom = "301";
    // ... 其他成员变量和方法 ...
    // 定义一个名为 getClassRoom 的 static 方法，用于获取 classRoom 变量的值
    public static String getClassRoom() {
        return classRoom;
    }
}
public class TestStudent {
    public static void main(String[] args) {
        // 直接通过Student类名调用 getClassRoom 方法
        System.out.println(Student.getClassRoom());
    }
}

我们直接使用类名Student调用getClassRoom()方法，而不需要创建类的对象。

【静态方法特性】

• 不属于某个具体的对象，是类方法

• 可以通过对象调用，也可以通过类名.静态方法名(...)方式调用，更推荐使用后者

• 不能在静态方法中访问任何非静态成员变量

public static String getClassRoom(){
    System.out.println(this);
    return classRoom;
}
// 编译失败：Error:(35, 28) java: 无法从静态上下文中引用非静态 变量 this
public static String getClassRoom(){
    age += 1;
    return classRoom;
}
// 编译失败：Error:(35, 9) java: 无法从静态上下文中引用非静态 变量 age

• 静态方法中不能调用任何非静态方法，因为非静态方法有this参数，在静态方法中调用时候无法传递this引用

public static String getClassRoom(){
    doClass();
    return classRoom;
}
// 编译报错：Error:(35, 9) java: 无法从静态上下文中引用非静态 方法 doClass()

3、static成员变量初始化

注意：静态成员变量一般不会放在构造方法中来初始化，构造方法中初始化的是与对象相关的实例属性

静态成员变量的初始化分为两种：就地初始化 和 静态代码块初始化。

就地初始化：在定义时直接给出初始值

public class Student{
    private String name;
    private String gender;
    private int age;
    private double score;
    private static String classRoom = "301"; 
    // ...
}

静态代码块初始化：静态代码块是一种特殊的代码结构，用于在类加载时初始化静态成员变量。它在类中使用static关键字定义，并由一对大括号（{}）包围。静态代码块在类加载时自动执行，且仅执行一次。

八、代码块

1、普通代码块

普通代码块：定义在方法中的代码块。这种用法较少见

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);
    }
}
// 执行结果
x1 = 10
x2 = 100

2、构造代码块

构造代码块：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。

public class Student{
    //实例成员变量
    private String name;
    private String gender;
    private int age;
    private double score;
    public Student() {
    System.out.println("I am Student init()!");
}
//实例代码块
{
    this.name = "123";
    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 Main {
    public static void main(String[] args) {
        Student stu = new Student();
        stu.show();
    }
}
// 运行结果
I am instance init()!
I am Student init()!
name: bit age: 12 sex: man

3、静态代码块

使用static定义的代码块称为静态代码块。一般用于初始化静态成员变量

public class Student {
    // 声明一些实例变量
    private String name;
    private String gender;
    private int age;
    private double score;
    // 声明一个静态变量
    private static String classRoom;

    // 实例代码块，用于初始化实例变量
    {
        this.name = "bit";
        this.age = 12;
        this.gender = "man";
        System.out.println("I am instance init()!");
    }

    // 静态代码块，用于初始化静态变量
    static {
        classRoom = "bit306";
        System.out.println("I am static init()!");
    }
    
    // 构造函数，用于创建 Student 类的对象
    public Student() {
        System.out.println("I am Student init()!");
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建两个 Student 类的对象
        Student s1 = new Student();
        Student s2 = new Student();
    }
}

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
• 静态成员变量是类的属性，因此是在JVM加载类时开辟空间并初始化的
• 如果一个类中包含多个静态代码块，在编译代码时，编译器会按照定义的先后次序依次执行(合并)
• 实例代码块只有在创建对象时才会执行

4、执行顺序

在Java中，代码块、构造函数和静态代码块的执行顺序如下：

1. 静态代码块：在类加载时执行，且仅执行一次。静态代码块优先于其他成员的初始化执行，即使没有创建实例，也会执行静态代码块。

2. 实例代码块：每次创建实例时都会执行。在实例化之前，实例代码块会在构造函数之前执行。

3. 构造函数：构造函数会在实例代码块执行完毕后执行。

示例代码：

public class Example {
    static {
        System.out.println("执行静态代码块");
    }

    {
        System.out.println("执行实例代码块");
    }

    public Example() {
        System.out.println("执行构造函数");
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Example();
        new Example();
    }
}

输出结果：

执行静态代码块
执行实例代码块
执行构造函数
执行实例代码块
执行构造函数

从输出结果可以看出，静态代码块在类加载时只会执行一次；实例代码块和构造函数在每次创建实例时都会执行。

九、对象的打印

在Java中，如果你想打印一个对象的信息，可以使用System.out.println()方法，并将对象传递给它。当你这样做时，Java将自动调用对象的toString()方法，将其转换为一个字符串并打印出来。

在Java中，每个对象都有一个默认的toString()方法，它返回一个包含类名和对象的内存地址的字符串。

// 定义一个名为 Person 的类
public class Person {
    // 声明一些实例变量
    String name;
    String gender;
    int age;

    // 构造函数，用于创建 Person 类的对象
    public Person(String name, String gender, int age) {
        this.name = name;
        this.gender = gender;
        this.age = age;
    }

    // 主函数
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 Person 类的对象
        Person person = new Person("Jim", "男", 18);
        // 打印该对象，Java将自动调用对象的 toString() 方法
        System.out.println(person);
    }
}
// 打印结果：day20210829.Person@1b6d3586 

如果想要默认打印对象中的属性该如何处理呢？

答案：重写toString方法，并在其中返回你想要的字符串。

// 定义一个名为 Person 的类
public class Person {
    // 声明一些实例变量
    String name;
    String gender;
    int age;

    // 构造函数，用于创建 Person 类的对象
    public Person(String name, String gender, int age) {
        this.name = name;
        this.gender = gender;
        this.age = age;
    }

    // 重写 toString() 方法，返回一个包含对象属性的字符串
    @Override
    public String toString() {
        return "[" + name + "," + gender + "," + age + "]";
    }

    // 主函数
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 Person 类的对象
        Person person = new Person("Jim", "男", 18);
        // 打印该对象，Java将自动调用对象的 toString() 方法
        System.out.println(person);
    }
}
// 输出结果：[Jim,男,18]

【总结】

如果我们没有覆盖toString()方法，Java将使用默认的toString()方法生成一个字符串，该字符串由类名、@符号和对象的内存地址组成。

例如，对于一个名为Person的类，它的默认toString()方法生成的字符串可能是Person@1b6d3586。

这并不是我们所期望的输出结果，因为它没有显示对象的属性。

为了让对象的属性默认被打印出来，我们可以覆盖toString()方法，并在其中返回一个包含对象属性的字符串。例如，假设我们有一个名为Person的类，其中包含了一些实例变量name、gender和age，那么我们可以在Person类中添加以下toString()方法来返回一个包含对象属性的字符串：

@Override
public String toString() {
    return "[" + name + "," + gender + "," + age + "]";
}

当我们调用System.out.println()方法并将一个Person对象传递给它时，Java将自动调用该对象的toString()方法，并打印出返回的字符串。例如：

Person person = new Person("Jim", "男", 18);
System.out.println(person);

输出结果将是[Jim,男,18]，它显示了person对象的属性。

需要注意的是，重写toString()方法是可选的，它不影响对象本身的行为，只是为了方便调试和输出。在编写代码时，我们可以根据需要决定是否要覆盖toString()方法。

十、一些练习

1、下面代码的运行结果是（）

public static void main(String[] args){
  String s;
  System.out.println("s="+s);
}

A.代码编程成功，并输出”s=”

B.代码编译成功，并输出”s=null”

C.由于String s没有初始化，代码不能编译通过。

D.代码编译成功，但捕获到Null Point Exception异常

答案：C

本题中的代码不能编译通过，因为在Java当中局部变量必须先初始化，后使用。所以此处编译不能通过！

2、阅读如下代码。 请问，对语句行 test.hello()描述正确的有（）

package NowCoder;
class Test {
	public static void hello() {
	    System.out.println("hello");
	}
}
public class MyApplication {
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		Test test=null;
		test.hello();
	}
}

A.能编译通过，并正确运行

B.因为使用了未初始化的变量，所以不能编译通过

C.以错误的方式访问了静态方法

D.能编译通过，但因变量为null，不能正常运行

答案：A

hello方法被static修饰，是一个静态方法，调用静态方法不需要创建实例对象。

此时的Test test=null; 表示test这个引用不指向任何对象。所以此处可以正常访问。

如果hello方法没有加static修饰，那么这段代码必然会报错。

但是我们需要牢记，静态方法的正确访问方式应该是用过类型来访问。即：Test.hello();

3、如下代码的输出结果是什么？

public class Test { 
    public int aMethod(){
        static int i = 0;
        i++; 
        return i;
    } 
public static void main(String args[]){
    Test test = new Test(); 
    test.aMethod(); 
    int j = test.aMethod();
    System.out.println(j);
    } 
}

A. 0

B. 1

C. 2

D.编译失败

答案：D

static int i = 0;这段代码语句错了，因为他是在方法当中定义的变量。

在方法当中定义的变量是局部变量，而静态的变量属于类的变量。

静态变量随着类的加载而被创建，而局部变量是调用该方法的时候，才创建的。所以，此时两种变量的性质是冲突的。Java当中不允许定义局部的静态变量。

4、当你编译和运行下面的代码时，会出现下面选项中的哪种情况？

public class Pvf{
    static boolean Paddy;
    public static void main(String args[]){
        System.out.println(Paddy);
    }
}

A.编译时错误

B.编译通过并输出结果false

C.编译通过并输出结果true

D.编译通过并输出结果null

答案：B

在Java当中，成员变量没有赋初值的时候，会有默认的初始值。基本类型是对应的0值。如：int是0，boolean是false,char类型是’\u0000’，引用类型是null，如String。

5、已知如下类说明：

public class Test{

  private float f=1.0f;

  int m=12;

  static int n=1;

  public static void main(String args[]){
      
    Test t=new Test();
      
  }
}

如下哪些在main函数中使用是正确的（）

A. t.f = 3.0

B. this.n

C. Test.m

D. Test.n

答案：D

A：f是私有的（private），不能在类的外部直接访问。并且在Java中浮点数字面量默认被视为double，所以3.0是double类型，不能直接赋值给float类型变量f。应使用类型转换或者float类型字面量。

B：this关键字用于引用当前实例。在静态方法（如main方法）中，没有当前实例，因为静态方法属于类本身而非特定实例。因此，不能在静态方法中使用this关键字。

C：m是一个非静态成员变量，不能通过类名直接访问。要访问非静态成员变量，需要使用类的实例。

D：n是一个静态成员变量，可以通过类名直接访问。在main方法中使用Test.n是正确的。所以这个选项是正确的。

6、关于以下程序代码的说明正确的是()

 public class HasStatic {// 1
	private static int x = 100;// 2
	public static void main(String args[]) {// 3
		HasStatic hsl = new HasStatic();// 4
		hsl.x++;// 5
		HasStatic hs2 = new HasStatic();// 6
		hs2.x++;// 7
		hsl = new HasStatic();// 8
		hsl.x++;// 9
		HasStatic.x--;// 10
		System.out.println(" x=" + x);// 11
	}
}

A. 程序通过编译，输出结果为:x=102

B. 程序通过编译，输出结果为:x=103

C. 10行不能通过编译.因为x星私有静态变量

D. 5行不能通过编译.因为引用了私有静态变量

答案：A

1. 本题中的静态成员变量x，属于类变量，只有一份。所有对x的操作针对的都是同一份。
2. 静态成员变量的访问需要通过类名访问，这是正确的访问方式。本题中虽然使用了对象引用访问，但是不会报错，我们不建议这样访问，但不是错误，所以，不会编译报错。

综合以上2点，得出结论：本题可以正常通过编译和运行，输出结果是102。

7、以下代码在编译和运行过程中会出现什么情况

public class TestDemo{

	private int count;

	public static void main(String[] args) {

		TestDemo test=new TestDemo(88);

		System.out.println(test.count);

	}

	 TestDemo(int a) {

		 count=a;

	}

}

A.编译运行通过，输出结果是88

B.编译时错误，count变量定义的是私有变量

C.编译时错误，System.out.println方法被调用时test没有被初始化

D.编译和执行时没有输出结果

答案：A

TestDemo test = new TestDemo(88);

这段代码会先执行构造方法，将88的值，赋值给count，所以最终输出的值是88

8、在JAVA中，假设A有构造方法A(int a)，则在类A的其他构造方法中调用该构造方法和语句格式应该为（）

A.this.A(x)

B.this(x)

C.super(x)

D. A(x)

答案：B

this共有2种使用方式：

• this.data 访问当前对象的实例成员变量

• this.func() 访问当前对象的实例成员方法

• this(参数列表) 访问当前对象的构造方法

此处在当前类当中，调用构造方法A(int a)，使用this(x);的方式，所以选择B。

A：不能通过点号访问构造方法

C：super(x)，是初始化父类继承过来的那部分成员

D：缺少this