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\begin_layout Chapter
面向对象编程基础
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LatexCommand label
name "chap:面向对象的基本概念"
\end_inset
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\begin_inset Graphics
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width 100col%
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Section
再说C语言的struct
\end_layout
\begin_layout Standard
C语言以简练、灵活、高效著称，但是C语言本身提供的基本数据类型有限，描述现实世界的能力自然也有限。比如要求输入班级同学的英语和数学成绩并按照平均成绩排序
\begin_inset Note Note
status open
\begin_layout Plain Layout
这个例子不恰当，排序任务脱离了对象本身，是否换成画图 or animal，涉及到各种图形和图形的操作？
\end_layout
\end_inset
，如果我们仅使用C的基本数据类型来设计的话，大概能想到的策略有如下几种：
\end_layout
\begin_layout Enumerate
每个同学都用三个变量来表示：zhangsan_name, zhangsan_english, zhangsan_math, wangwu_name,
wangwu_english, wangwu_english......。如果班级有40位同学，这需要120个变量来表达，不仅容易写错，还不胜其烦！这个思路显然值得商榷，
为下策。
\end_layout
\begin_layout Enumerate
使用数组来分别存储同学的名字、英语成绩和数学成绩，比如下面的代码片段：
\begin_inset listings
inline false
status open
\begin_layout Plain Layout
char* name[40];
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
float english_score[40];
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
float math_score[40];
\end_layout
\end_inset
使用数组极大减少了变量的数量，但是也存在一个问题，我们其实隐含了这样一条规则：name数组的第i个元素（同学）的英语成绩是english_score数组的第i个
元素，数学成绩是math_score数组的第i个元素。也就是说，这三个数组的对应元素有一一映射的关系。这个一一映射的关系是需要我们程序员自己维护的，也就是说，如
果我们破坏了这一隐含的规则，无论有意还是无意，编译器并不能帮助我们发现这个“破坏”，因为从语法上，不符合这个隐含规则也是允许的，这即为程序员带来了负担，也为程序
埋下了隐患。可以看出，带来这些问题的关键原因是三个数组的一一映射关系不是
\begin_inset Flex Strong
status open
\begin_layout Plain Layout
语法级别的映射
\end_layout
\end_inset
，编译器无法
\begin_inset Flex Strong
status open
\begin_layout Plain Layout
从语法上保证和检查
\end_layout
\end_inset
这三个数组是否遵循了一一映射的关系，这就是C语言引入struct概念的原因：将变量之间的映射关系语法化，我们看使用struct如何解决这个问题。
\end_layout
\begin_layout Enumerate
使用
\begin_inset Index idx
status open
\begin_layout Plain Layout
struct
\end_layout
\end_inset
struct描述同学们的英语和数学成绩，代码片段如下：
\begin_inset listings
inline false
status open
\begin_layout Plain Layout
struct score{
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
char* name;
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
float english_score;
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
float math_score;
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
float avg_score;/*平均成绩*/
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
};
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
struct score stu_scores[40];
\end_layout
\end_inset
struct在语法上保证了name、english_score、math_score这三个变量是一一映射的，是score结构体的“成员分量
\begin_inset Index idx
status open
\begin_layout Plain Layout
成员分量
\end_layout
\end_inset
”，因此struct在语法上保证了名字和成绩不可能张冠李戴，杜绝了可能存在的隐患，也减轻了程序员的思想负担（不需要时刻提醒自己要维护姓名和成绩的映射关系）。所以
，struct是C语言的重要组成部分，是C语言描述现实世界的重武器，在大型项目中大量使用struct来表达同类事物的共同特征（属性）。比如打开Linux内核源代
码的头文件目录，我们随处可见大量的struct定义：
\begin_inset listings
inline false
status open
\begin_layout Plain Layout
struct font_desc {
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
int idx;
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
const char *name;
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
int width, height;
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
const void *data;
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
int pref;
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
};
\end_layout
\end_inset
因此，我们可以这样定义struct：
\end_layout
\begin_layout Definition
\begin_inset Index idx
status open
\begin_layout Plain Layout
struct
\end_layout
\end_inset
struct是对一类事物公共属性的描述。
\end_layout
\begin_layout Subsection
struct的局限性
\begin_inset CommandInset label
LatexCommand label
name "subsec:struct的局限性"
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
C语言通过struct大大扩充了C的数据类型，每一个struct都定义了一种新的数据类型来对应客观世界的某种事物，这样C语言不但描述客观世界的能力大大加强了，C
语言程序的可读性、可维护性也大大提高了。
\end_layout
\begin_layout Standard
C语言能够更好的描述客观世界，可以给struct记大功一件。但是，我们描述客观世界的目的是认识世界并进而改造世界，struct仅仅是方便了描述世界，对于改造世界
并没有多大帮助。比如回到我们本章开头的问题：我们不仅仅要输入同学们的成绩，还要按照平均成绩排序。这里至少包含两个方面的“认识世界”和“改造世界”世界的动作：
\end_layout
\begin_layout Enumerate
计算平均成绩：这是属于进一步认识世界的范畴：根据已有的事物属性，我们可以计算和推断出新的属性。
\end_layout
\begin_layout Enumerate
按照平均成绩排序：这是属于改造世界的范畴：对已有事物重新组合排序。
\end_layout
\begin_layout Standard
struct帮助我们很好的描述了同学们的名字和成绩的对应关系，但是计算平均成绩和按照成绩排序这两个“动作”，在C语言中是通过独立的函数来实现的，比如下面的代码片
段：
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset listings
inline false
status open
\begin_layout Plain Layout
void calculate_avg_score(struct score* score) {
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
/*按照某种权重算法计算平均成绩并保存到score.avg_score中*/
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
}
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
struct score[] sort_score(struct score* scores[]) {
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
/* 将数组scores排序后返回新的struct score数组*/
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
}
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
可以看出，calculate_avg_score函数和sort_score函数虽然都和struct score有关系（作为参数或者返回值），但是这种关系是“弱关
系”，因为calcuate_avg_score、sort_score可以没有定义，可以存在于另外的文件中，可以被定义为另外的名称等等。也就是说，在语法上，str
uct score和这两个函数并没有必然的联系，编译器没有办法帮助程序员检查这两个函数和struct score的映射关系，一切还需要程序员人工的
\begin_inset Quotes erd
\end_inset
细心
\begin_inset Quotes erd
\end_inset
照料。显然，struct一定程度上解决了描述世界的问题，但是没有解决认识世界和改造世界的问题。
\end_layout
\begin_layout Section
类和对象的初步概念
\end_layout
\begin_layout Subsection
类是struct概念的自然延伸
\end_layout
\begin_layout Standard
C中的struct实现了对客观事物属性的分组描述，即同一类型的客观事物的属性可以用一个struct来表达。正如
\begin_inset ERT
status open
\begin_layout Plain Layout
\backslash
sectionname
\end_layout
\end_inset
\begin_inset CommandInset ref
LatexCommand vref
reference "subsec:struct的局限性"
\end_inset
所述，struct有其局限性，只能描述客观事物的属性，不能表达对客观事物的进一步认知动作和改造利用的动作，于是在面向对象的程序设计语言中引入“
\begin_inset Index idx
status open
\begin_layout Plain Layout
类
\end_layout
\end_inset
类”的概念弥补struct的这一缺陷。
\end_layout
\begin_layout Definition
类是对一类客观事物公共
\begin_inset Flex Strong
status open
\begin_layout Plain Layout
属性
\end_layout
\end_inset
和
\begin_inset Flex Strong
status open
\begin_layout Plain Layout
动作
\end_layout
\end_inset
的描述。
\end_layout
\begin_layout Standard
对比struct我们可以看出，类比struct多了“动作”的描述，也就是说，类即可以描述事物的属性，也可以描述我们可以对（用）这类事物“做什么”，是对客观世界的
完整的描述。Java使用
\begin_inset Flex Strong
status open
\begin_layout Plain Layout
class
\end_layout
\end_inset
关键字来定义类，一个简单的只包含属性的类和struct非常相似，比如二维坐标中的“点”，一开始可以这样定义(右边作为对照，列出了C中point结构体的定义)：
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset Box Frameless
position "t"
hor_pos "c"
has_inner_box 1
inner_pos "t"
use_parbox 0
use_makebox 0
width "40line%"
special "none"
height "1in"
height_special "totalheight"
thickness "0.4pt"
separation "3pt"
shadowsize "4pt"
framecolor "black"
backgroundcolor "none"
status open
\begin_layout Plain Layout
\begin_inset listings
inline false
status open
\begin_layout Plain Layout
\begin_inset Caption Standard
\begin_layout Plain Layout
Java的Point类定义
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
class Point {
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
int x; // 点的x坐标
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
int y; // 点的y坐标
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
}
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\end_inset
\begin_inset space \hfill{}
\end_inset
\begin_inset Box Frameless
position "t"
hor_pos "c"
has_inner_box 1
inner_pos "t"
use_parbox 0
use_makebox 0
width "45line%"
special "none"
height "1in"
height_special "totalheight"
thickness "0.4pt"
separation "3pt"
shadowsize "4pt"
framecolor "black"
backgroundcolor "none"
status open
\begin_layout Plain Layout
\begin_inset listings
inline false
status open
\begin_layout Plain Layout
\begin_inset Caption Standard
\begin_layout Plain Layout
C的point结构体定义
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
struct point {
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
int x; /*点的x坐标*/
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
int y; /*点的y坐标*/
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
};
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
但是如果只是使用class替换了struct关键字，显然没有发挥类描述客观事物的最大威力，因此一个更合理的Point类如
\begin_inset ERT
status open
\begin_layout Plain Layout
\backslash
lstlistingname
\end_layout
\end_inset
\begin_inset CommandInset ref
LatexCommand ref
reference "Point.java"
\end_inset
所示。
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset CommandInset include
LatexCommand lstinputlisting
filename "code/oopbasic/src/cn/edu/sdut/softlab/oopbasic/sub321/Point.java"
lstparams "caption={Point.java},label={Point.java}"
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
可以看出，在这个版本的Point类定义中，“点”的属性（x，y）和对点的操作moveTo封装在一起了。
\end_layout
\begin_layout Subsection*
定义Java类
\begin_inset CommandInset label
LatexCommand label
name "subsec:定义Java类"
\end_inset
\begin_inset Note Note
status open
\begin_layout Plain Layout
为了满足李震梅老师的审美观，修改为star form section
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
完整的定义Java类的语法是：
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset Flex Strong
status open
\begin_layout Plain Layout
[public] class ClassName { ...}
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
这里有几个要点：
\end_layout
\begin_layout Itemize
大部分情况下需要将类定义为
\begin_inset Index idx
status open
\begin_layout Plain Layout
public
\end_layout
\end_inset
public的，参见
\begin_inset ERT
status open
\begin_layout Plain Layout
\backslash
sectionname
\end_layout
\end_inset
\begin_inset CommandInset ref
LatexCommand vref
reference "subsec:类的访问控制"
\end_inset
。
\end_layout
\begin_layout Itemize
类名的常规命名遵循驼式命名法
\begin_inset Index idx
status open
\begin_layout Plain Layout
驼式命名法
\end_layout
\end_inset
，并且第一个字母是大写的。
\end_layout
\begin_layout Itemize
一个Java源代码文件中只能有一个类是public的，且这个public的类名必须和文件名完全一致，包括大小写。
\end_layout
\begin_layout Itemize
在Java源代码文件中可以定义多个类，只要保证只有一个public类即可。
\end_layout
\begin_layout Subsection
对象的概念
\begin_inset Note Note
status open
\begin_layout Plain Layout
画图说明更清晰
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset Wrap figure
lines 0
placement r
overhang 0in
width "30line%"
status open
\begin_layout Plain Layout
\align center
\begin_inset Graphics
filename imgs/oopbasic/point-monitor.eps
lyxscale 20
width 100line%
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Plain Layout
\begin_inset Caption Standard
\begin_layout Plain Layout
类和实例的关系
\begin_inset CommandInset label
LatexCommand label
name "fig:类和实例的关系"
\end_inset
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\end_inset
类是对一类事物的抽象描述，比如Point类是对二维坐标“点”的抽象描述，它表达了屏幕上的一个点所具有的公共属性：x坐标和y坐标，以及我们可以对“点”的操作，比如
moveTo操作。但是，Point类并没有和屏幕上的实体点绑在一起，屏幕上的每一个实体点，可以看作Point类的一个具体
\begin_inset Flex Strong
status open
\begin_layout Plain Layout
\begin_inset Index idx
status open
\begin_layout Plain Layout
实例
\end_layout
\end_inset
实例
\end_layout
\end_inset
，都具有Point类给出的一些属性，在这里就是屏幕上的每一个实体点都有相应的x、y坐标。我们把实体点叫做类Point的
\begin_inset Flex Strong
status open
\begin_layout Plain Layout
实例（instance）
\end_layout
\end_inset
，或者叫做类Point的
\begin_inset Flex Strong
status open
\begin_layout Plain Layout
\begin_inset Index idx
status open
\begin_layout Plain Layout
对象
\end_layout
\end_inset
对象
\end_layout
\end_inset
。
\begin_inset Flex Strong
status open
\begin_layout Plain Layout
对象就是实例，实例就是对象
\end_layout
\end_inset
。可以看出，一个类可以创建若干实例，所有实例（对象）都具有类中定义的属性，只是属性的值各不相同而已，一般称作对象的状态不同。比如，点(1,2),(3,5),(1
0,50)都是Point的实例。
\end_layout
\begin_layout Standard
在这里有必要进一步澄清一下常见的几种说法：
\end_layout
\begin_layout Itemize
\begin_inset Flex Strong
status open
\begin_layout Plain Layout
类（class）
\end_layout
\end_inset
就是类型的意思，定义了一个类，就是定义了一个新的数据类型，表达某种事物的公共属性和方法，我们可以根据类创建多个实例（对象）。
\end_layout
\begin_layout Itemize
\begin_inset Flex Strong
status open
\begin_layout Plain Layout
对象（object）即类的实例
\end_layout
\end_inset
。如果把类看作数据类型，则对象可以看作变量。
\end_layout
\begin_layout Itemize
\begin_inset Flex Strong
status open
\begin_layout Plain Layout
对象的属性
\begin_inset Index idx
status open
\begin_layout Plain Layout
属性
\end_layout
\end_inset
（property）即为类的“成员分量”
\end_layout
\end_inset
（借用struct的叫法），即类中定义的变量。
\end_layout
\begin_layout Itemize
\begin_inset Flex Strong
status open
\begin_layout Plain Layout
对象的方法
\begin_inset Index idx
status open
\begin_layout Plain Layout
方法
\end_layout
\end_inset
（method）即为类中定义的函数
\begin_inset Index idx
status open
\begin_layout Plain Layout
函数
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\end_inset
。由于这些函数往往是操作类的属性的某种方法，因此大家习惯上称为对象的方法。
\end_layout
\begin_layout Standard
在java中，通过
\begin_inset Index idx
status open
\begin_layout Plain Layout
new
\end_layout
\end_inset
new操作符创建类的实例（对象），比如new Point（）创建了一个“点”的实例（对象）。和C语言中访问struct的成员变量类似，访问Java对象的属性和方
法是通过
\begin_inset Flex Strong
status open
\begin_layout Plain Layout
.
\end_layout
\end_inset
运算符实现的
\begin_inset Foot
status open
\begin_layout Plain Layout
和C语言不同的是，由于Java中没有提供指针，在Java中不存在->运算符。
\end_layout
\end_inset