【类与对象】你真的知道Java中的类和对象吗？

前言

本篇文章主要是深入讲一讲类和对象，包括他们的关系，内存分配，如何使用等等。其实如果对类和对象有过了解的读者应该会看起来更加舒服，我接下来讲的只要理解就好了，不一定说要特意去背啊这种，你可以收藏起来，有事没事多看看，看他个十几次，你对类和对象的理解应该会越来越透彻。

1.面向对象简述

面向对象是一种现在最为流行的程序设计方法，几乎现在的所有应用都以面向对象为主了，最早的面向对象的概念实际上是由IBM提出的，在70年代的Smaltalk语言之中进行了应用，后来根据面向对象的设计思路，才形成C++，而由C++产生了Java这门面向对象的编程语言。

但是在面向对象设计之前，广泛采用的是面向过程，面向过程只是针对于自己来解决问题。面向过程的操作是以程序的基本功能实现为主，实现之后就完成了，也不考虑修改的可能性，面向对象，更多的是要进行子模块化的设计，每一个模块都需要单独存在，并且可以被重复利用，所以，面向对象的开发更像是一个具备标准的开发模式。

在面向对象定义之中，也规定了一些基本的特征：
（1）封装：保护内部的操作不被破坏；
（2）继承：在原本的基础之上继续进行扩充；
（3）多态：在一个指定的范围之内进行概念的转换。

对于面向对象的开发来讲也分为三个过程：OOA（面向对象分析）、OOD（面向对象设计）、OOP（面向对象编程）。

2.类与对象的关系

类是对象的抽象，而对象是类的具体实例。类与对象的关系：抽象(该抽象是名词)与类的实例化就是对象，对象的共性特征抽象(该抽象是动词)出来就是类。

比如你要买一台PC，你在订单上列出了这台PC的CPU和显卡型号、显示屏的大小、键盘是104还是87位、主机的颜色等等，这所有信息组成在一起就是一个电脑的类，但你只有它的参数并没有一个符合这个要求的实物对象，而当服务员拿出了一台符合这个订单的具体PC时，这个PC就是那个类的具体对象。

我曾经看过一篇文章，那篇文章是描述作者找工作遇到的印象较深的基础面试问题，我觉得这个问题很有意思，问题大概是这样的：
面试官：男人和女人是同一个类吗？
我：是同一类。
面试官：钢笔和铅笔是同一个类吗？
我：是同一类。
面试官：男人和钢笔是同一个类吗？
我犹豫了3秒钟，
我：不是同一类
面试官：看来你对基础概念理解的还不到位啊。

这里，首先你要懂得万物皆对象，对象都是类的实例，而类是对象的抽象。那么我在JAVA中就可以定义男人和钢笔都是A类，而这个类可以是描述都是看的见或摸的着的特征，亦或是什么都不描述的但就是用来实例化男人和钢笔的类(类可以是你随性定义的)，即男人和钢笔是同一类。同理，时间和水是一类吗？思维和手是一类吗？都是的。
其实面试官在这也埋了一个坑----没有交代问题的前提条件。我认为完美的答案应该是：
“从生活角度讲，男人和女人是同一类，钢笔和铅笔是同一类，但男人和钢笔不是同一类。
从Java中类与对象的关系来说，男人和女人是同一类，钢笔和铅笔是同一类，男人和钢笔也是同一类。”

面试官还问过他一个对象问题：
面试官：若我是一个完全不懂IT和编程的人，你能给我解释一下什么是对象吗？
我：在JAVA中，对象就是一类数据的实例化，他们有着一种或几种的相同特征。
面试官：你认为一个普通人听得懂这个吗？你只需要说万物皆对象就好，再举几个生活中的例子，没必要去背概念。

3.类与对象的定义和使用

范例：定义一个Person类：

class Person {     // 类名称首字母大写
    String name ;
    int age ;
    public void tell() {        // 没有static
          System.out.println("姓名：" + name + "，年龄：" + age) ;
         }
}

类定义完成之后，肯定无法直接使用。如果要使用，必须依靠对象，那么由于类属于引用数据类型，所以对象的产生格式如下（类的实例化）：

类名称 对象名称 = new 类名称 () ;

范例：使用对象操作类：

class Person { 
    String name ;
    int age ;
    public void get() {
        System.out.println("姓名：" + name + "，年龄：" + age);
    }
}

public class TestDemo {
        public static void main(String args[]) {
            Person per = new Person() ;// 声明并实例化对象
            per.name = "张三" ;//操作属性内容
            per.age = 30 ;//操作属性内容
            per.get() ;//调用类中的get()方法
        }
}

运行结果：

姓名：张三，年龄：30

以上完成了一个类和对象的操作关系，下面换另外一个操作来观察一下：


class Person { 
    String name ;
    int age ;
    public void get() {
        System.out.println("姓名：" + name + "，年龄：" + age);
    }
}

public class TestDemo {
        public static void main(String args[]) {
            Person per = null;//声明对象
            per = new Person() ;//实例化对象
            per.name = "张三" ;//操作属性内容
            per.age = 30 ;//操作属性内容
            per.get() ;//调用类中的get()方法
        }
}

运行结果：

姓名：张三，年龄：30

那么，问题来了，以上两种不同的实例化方式有什么区别呢？
我们从内存的角度分析。首先，给出两种内存空间的概念：
（1）堆内存：保存对象的属性内容。堆内存需要用new关键字来分配空间；
（2）栈内存：保存的是堆内存的地址（在这里为了分析方便，可以简单理解为栈内存保存的是对象的名字）。

任何情况下，只要看见关键字new，都表示要分配新的堆内存空间，一旦堆内存空间分配了，里面就会有类中定义的属性，并且属性内容都是其对应数据类型的默认值。

于是，上面两种对象实例化对象方式内存表示如下：

两种方式的区别在于①②，第一种声明并实例化的方式实际就是①②组合在一起，而第二种先声明然后实例化是把①和②分步骤来。

另外，如果使用了没有实例化的对象，结果如何？

class Person { 
    String name ;
    int age ;
    public void get() {
        System.out.println("姓名：" + name + "，年龄：" + age);
    }
}

public class TestDemo {
        public static void main(String args[]) {
            Person per = null;//声明对象
            //per = new Person() ;//实例化对象
            per.name = "张三" ;//操作属性内容
            per.age = 30 ;//操作属性内容
            per.get() ;//调用类中的get()方法
        }
}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
    at com.wz.classandobj.TestDemo.main(TestDemo.java:15)

此时，程序只声明了Person对象，但并没有实例化Person对象（只有了栈内存，并没有对应的堆内存空间），则程序在编译的时候不会出现任何的错误，但是在执行的时候出现了上面的错误信息。这个错误信息表示的是“NullPointerException（空指向异常）”。

4.对象引用传递初步分析

引用传递的精髓：同一块堆内存空间，可以同时被多个栈内存所指向，不同的栈可以修改同一块堆内存的内容。

下面通过若干个程序，以及程序的内存分配图，来进行代码的讲解。

我们来看一个范例：

class Person {     
         String name ;
         int age ;
         public void tell() {        
                   System.out.println("姓名：" + name + "，年龄：" + age) ;
         }
}
public class TestDemo {
         public static void main(String args[]) {
                   Person per1 = new Person() ;         // 声明并实例化对象
                   per1.name = "张三" ;
                   per1.age = 20 ;
                   Person per2 = per1 ;  // 引用传递
                   per2.name = "李四" ;
                   per1.tell() ;
         }
}

对应的内存分配图如下：

再来看另外一个：

class Person {
         String name ;
         int age ;
         public void tell() {
                   System.out.println("姓名：" + name + "，年龄：" + age) ;
         }
}
public class TestDemo {
         public static void main(String args[]) {
                   Person per1 = new Person() ;         // 声明并实例化对象
                   Person per2 = new Person() ;
                   per1.name = "张三" ;
                   per1.age = 20 ;
                   per2.name = "李四" ;
                   per2.age = 30 ;
                   per2 = per1 ;// 引用传递
                   per2.name = "王五" ;
                   per1.tell() ;
         }
}