◇本章工作任务

Ø    用类图描述电子宠物系统的设计

Ø    编写代码实现领养宠物功能

◇本章技能目标

Ø    使用类图描述设计

Ø    掌握面向对象设计的基本步骤

Ø    掌握类和对象的概念

Ø    掌握构造方法及其重载

Ø    掌握封装的概念及其使用

本章单词

请在预习时学会下列单词的含义和发音，并填写在横线处。

1. class:_____________________________
2. object:____________________________
3. static:_____________________________
4. final:______________________________
5. private:____________________________
6. public:_____________________________
7. protect:____________________________
8. overloading:________________________
9. constructor:________________________
10. encapsulation:______________________

相关课程回顾

在学习《使用Java实现面向对象编程》这门课程之前，我们先一起来回顾与这门课程密切相关的课程：《使用Java语言理解程序逻辑》和《深入.ENT平台和C#编程》。

在《使用Java语言理解程序逻辑》中我们学习了一下内容。

Ø    Java的基本数据类型以及各种运算符。

Ø    各种程序逻辑控制语句。

Ø    对象和类的区别与联系。

Ø    定义类的方法。

Ø    Java中的数组和字符串。

在《深入.ENT平台和C#编程》中我们学习了以下内容。

Ø    类和对象的定义、区别和联系。

Ø    使用集合组织相关数据。

Ø    面向对象的三个特征：封装、继承和多态。

Ø    文件读写和XML。

Ø    序列化和反序列化。

在《使用Java语言理解程序逻辑》中我们掌握了Java语言的一些基础知识，并且掌握了如何运用Java语言实现各种程序逻辑控制，这为本门课程的学习打下了良好的基础。在《深入.ENT平台和C#编程》中我们学习了面向对象的基本思想、基本概念、集合与文件的操作等，与我们这门课的许多内容都是对应的，学习过程中要特别注意C#与Java中同一技能在概念和语法上的不同，通过对比可以更牢固地掌握。

就业技能结构图

本门课程对应的就业技能结构图如图1.1所示。

图1.1  Java面向对象技术就业技能结构图

图1.1展示了本门课程要学习的主要技能。通过学习不但需要掌握面向对象的封装性、继承性和多态性在Java中的体现，掌握面向对象中另一重要概念——接口。还需要进一步提高灵活运用面向对象技术解决问题的能力，有了扎实的面向对象基础后，我们将继续学习Java的集合类型、异常、使用JDBC操作数据库、XML和文件操作，这些内容的学习将为进一步的JSP技术和框架技术学习做好准备。

本章简介

学习面向对象，理解其中的概念只是前提，灵活应用才是目的。在本门课程中，我们将通过一个电子宠物系统的设计和开发来展示面向对象的魅力。该案例贯穿书中大多数章节，让我们在完成案例的过程中轻松学会技能，深刻体会技能的应用场合，切实提高开发水平，缩短从技能到应用转化的时间。

本章是本门课程的第1章，首先学习面向对象设计的过程，也就是从现实世界中抽象出程序开发中的类，实现从现实到虚拟的转化；然后对抽象出的类进行操作，实现对现实世界中行为的模拟；第三部分对抽象出的类进行优化，通过封装隐藏类内部的信息以提高安全性；最后通过综合练习来巩固所学的技能。

现实世界就是”面向对象的”。现实世界中的任何事物都可以看作是”对象”，比如人、建筑、交通工具、学习用品等。而事物都有自己的属性和行为。比如人，它具有各种属性：姓名、性别、身高、体重、籍贯等，还可以做很多事情：吃饭、睡觉、劳动、锻炼等。各个事物之间还会发生各种联系，人用木材可以做成一套家具，人用笔可以写出文章等。

面向对象就是采用”现实模拟”的方法设计和开发程序。计算机软件开发规模越来越大，解决的问题也越来越复杂，导致软件开发时间、软件开发成本、软件维护费用甚至软件开发质量等日益难以控制。而面向对象技术利用”面向对象的思想”去描述”面向对象的世界”，实现了虚拟世界和现实世界的一致性，符合人们的思维习惯，使得客户和软件设计开发人员之间，软件设计开发人员内部交流更加顺畅，同时还带来了代码重用性高、可靠性高等优点，大大提高了软件尤其是大型软件的设计和开发效率。

——问答———————————————————————————————————

问题：面向过程和面向对象有什么区别？

解答：我们要举办一次南京的联欢晚会。如果采用面向过程实现的话，就是全体人员合唱某某之歌→主持人宣布晚会开始→领导讲话→主持人过场→演员一表演→主持人过场→演员二表演······→最后一位演员表演→主持人宣布晚会结束，即从头至尾、自上而下的实现功能。而如果采用面向对象实现的话，首先分析晚会需要

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——问答———————————————————————————————————

哪些类：领导、主持人和演员。然后分析各种类的行为：主持人有宣布晚会开始、过场、宣布晚会结束，当然也有唱某某之歌。领导有讲话、唱某某之歌。演员主要就是表演节目，也有唱某某之歌。然后就利用设计好的类创建对应对象，调用相应方法（行为）来逐步进行晚会。

面向过程的核心概念是函数，以功能为中心，实现了函数级别的代码重用。面向对象的核心概念是封装了属性和方法（行为）的类，以数据为中心，实现了类级别的代码重用。面向对象因为采用了类，具有继承和多态特性，可以进一步重用代码和简化编程，而面向过程中没有继承和多态特性。

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下面就开始电子宠物系统的设计和开发之路吧，这一章的任务是用类来描述宠物，然后实现领养宠物功能。首先需要根据需求进行面向对象的设计。

——问答———————————————————————————————————

我们要设计一个电子宠物系统，其中领养宠物功能的详细需求如下。

Ø    根据控制台提示，输入领养宠物的昵称。

Ø    根据控制台提示，选择领养宠物的类型，有两种选择：狗狗和企鹅。

Ø    如果类型选择狗狗，要选择狗狗的品种，有两种选择：”聪明的拉布拉多犬”或者”酷酷的雪娜瑞”。

Ø    如果类型选择企鹅，要选择企鹅的性别：”Q仔”或”Q妹”。

Ø    所领养宠物的健康值默认是100，表示非常健康。

Ø    所领养宠物和主任的亲密度默认是0，表示和主人还不熟悉。

Ø    在控制台打印出宠物信息，包括昵称、健康值、亲密度、品种或性别，表示领养成功。

如何依据需求，使用面向对象思想来设计我们的电子宠物系统呢？

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——分析———————————————————————————————————

面向对象设计的过程就是抽象的过程，我们分三步来完成。

第一步：发现类。

第二步：发现来的属性。

第三步：发现类的方法。

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面向对象设计的过程就是抽象的过程，根据业务需求，关注与业务相关的属性和行为，忽略不必要的属性和行为，由现实世界中”对象”抽象出软件开发中的”对象”，如图1.2所示。

图1.2  面向对象设计的过程就是抽象的过程

接下来我们就按照发现类、发现类的属性和发现类的方法的步骤完成设计。

我们可以通过在需求中找出名词的方式确定类和属性，找出动词的方式确定方法。并根据需要实现业务的相关程度进行筛选。

第一步：发现类。

需求中名词有控制台、宠物、昵称、狗狗、企鹅、类型、品种、聪明的拉布拉多犬、酷酷的雪娜瑞、性别、Q仔、Q妹、健康值、亲密度和主人等。

根据仔细筛选，发现可以作为类的名词有宠物、狗狗、企鹅和主人。本章要实现领养宠物功能，主要用到两个类：狗狗（Dog）和企鹅（Penguin）。宠物和主人在完善设计和增加功能时再使用。

第二步：发现类的属性

需求中动词主要有输入、选择、领养、打印等。某些明显与设计无关、不重要的词语可以直接忽略。

通过仔细筛选，发现可作为属性的名词有昵称、健康值、亲密度、品种和性别，还有一些名词是作为属性值存在的，例如聪明的拉布拉多犬、酷酷的雪娜瑞是品种的属性值，Q仔和Q妹是性别的属性值。

根据需求，定义狗狗类的属性有昵称（name）、健康值（health）、亲密度（love）和品种（strain）。企鹅类的属性有昵称（name）、健康值（health）、亲密度（love）和性别（sex）。狗狗和企鹅的某些属性，例如年龄、体重、颜色等与领养业务需求无关，不予设置。

第三步：发现类的方法。

通过仔细筛选，发现类的方法主要是打印宠物信息。狗狗和企鹅的方法主要就是打印出自己的信息，取名为print()。至于狗狗睡觉、洗澡等行为，企鹅吃饭、游泳等行为，与领养业务需求无关，现在先不为其设定方法，在后续业务中若有需求再添加。

设计是一个逐步调整、完善的过程，类图是面向对象设计的”图纸”、使用”图纸”进行设计方便沟通和修改。将设计的结果通过类图来表示，如图1.3和图1.4所示。

图1.3  Dog类图                               图1.4  Penguin类图

——小结———————————————————————————————————

抽象时遵循的原则。

Ø    属性、方法的设置是为了解决业务问题的。

Ø    关注主要属性、方法。

Ø    如果有必要，勿增加额外的类、属性与方法。

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已经设计出了类及其属性和方法，下面需要把类图表示的内容转变为Java的类代码。

狗狗类的代码如示例1所示。

示例1

/**

 * 宠物狗狗类。

 * @author 南京

 */

public class Dog {

    String name = "无名氏"; // 昵称，默认值是"无名氏"

    int health = 100; // 健康值，，默认值是100

    int love = 0; // 亲密度

    String strain = "聪明的拉布拉多犬"; // 品种

    /**

     * 输出狗狗的信息。

     */

    public void print() {

        System.out.println("宠物的自白：\n我的名字叫" + this.name +

                "，健康值是"    + this.health + "，和主人的亲密度是"

                + this.love + "，我是一只 " + this.strain + "。");

    }

}

企鹅类的代码如示例2所示。

示例2

/**

 * 宠物企鹅。

 * @author 南京

 */

public class Penguin {

    String name = "无名氏"; // 昵称

    int health = 100; // 健康值

    int love = 0; // 亲密度

    String sex = "Q仔"; // 性别

    /**

     * 输出企鹅的信息。

     */

    public void print() {

        System.out.println("宠物的自白：\n我的名字叫" + this.name +

                "，健康值是"    + this.health + "，和主人的亲密度是"

                + this.love + "，性别是 " + this.sex + "。");

    }

}

从示例1和示例2中我们学习了类的基本结构，其主要由属性和行为组成，称为类的成员变量（或者成员属性）和成员方法，统称为类的成员（除此之外，类的成员还包括构造方法、代码块等）。

——问题———————————————————————————————————

已经有了狗狗和企鹅的类，如何领养宠物呢？

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——分析———————————————————————————————————

领养宠物的步骤如下。

Ø    根据控制台提示输入宠物的类型、昵称等内容。

Ø    根据输入内容创建相应的宠物对象。

Ø    打印出宠物信息表，示领养成功。

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通过测试类来创建具体的宠物对象并输出信息，如示例3所示。

示例3

import java.util.Scanner;

/**

 * 领养宠物。

 * @author 南京

 */

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        Scanner input = new Scanner(System.in);

        System.out.println("欢迎您来到宠物店！");

        // 1、 输入宠物名称

        System.out.print("请输入要领养宠物的名字：");

        String name = input.next();

        // 2、 选择宠物类型

        System.out.print("请选择要领养的宠物类型：（1、狗狗 2、企鹅）");

        switch (input.nextInt()) {

        case 1:

            // 2.1、如果是狗狗

            // 2.1.1、选择狗狗品种

            System.out.print("请选择狗狗的品种:(1、聪明的拉布拉多犬" +

                    " 2、酷酷的雪娜瑞)");

            String strain = null;

            if (input.nextInt() == 1) {

                strain = "聪明的拉布拉多犬";

            } else {

                strain = "酷酷的雪娜瑞";

            }

            // 2.1.2、创建狗狗对象并赋值

            Dog dog = new Dog();

            dog.name = name;

            dog.strain = strain;

            // 2.1.3、输出狗狗信息

            dog.print();

            break;

        case 2:

            // 2.2、如果是企鹅

            // 2.2.1、选择企鹅性别

            System.out.print("请选择企鹅的性别：（1、Q仔 2、Q妹）");

            String sex = null;

            if (input.nextInt() == 1)

                sex = "Q仔";

            else

                sex = "Q妹";

            // 2.2.2、创建企鹅对象并赋值

            Penguin pgn = new Penguin();

            pgn.name = name;

            pgn.sex = sex;

            // 2.2.3、输出企鹅信息

            pgn.print();

        }

    }

}

运行结果如图1.5和图1.6所示。

图1.5  领养狗狗运行结果

图1.6  领养企鹅运行结果

从示例3中我们学习了Java中对象的创建和成员的调用方法，语法和C#中是相同的。

Ø    通过构造方法来创建对象，例如”Penguin  p=new  Penguin();”。

Ø    通过对象名、属性名的方式调用属性，例如”p.name=“qq”;”。

Ø    通过对象名、方法名的方式调用方法，例如”p.print();”。

类(Class)和对象(Object)是面向对象中的两个核心概念。类是对某一类事物的描述，是抽象的、概念上的定义。对象是实际存在的该事物的个体，是具体的、现实的。类和对象就好比模具和铸件的关系，建筑物图纸和建筑物实物的关系。我们可以由一个类创建多个对象。

示例1是一个Dog类的代码，示例2是一个Penguin类的代码。但是如果要实现我们的需求，只有类是不行的，还需要创建对应类的示例，也就是对象。在示例3中我们根据输入的数据创建了宠物对象并输出宠物信息。

——规范———————————————————————————————————

类名、属性名、方法名以及常量名的命名规范如下。

Ø    类名由一个或几个单词组成，每个单词的第一个字母大写，如Dog、StringBuffer。

Ø    属性名和方法名由一个或几个单词组成，第一个单词首字母小写，其他单词首字母大写，例如health、stuName、println()、getMessage()。

Ø    常量名由一个或几个单词组成，所有字母大写，如PI、SEX_MALE。

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——问题———————————————————————————————————

如果我们创建了很多企鹅对象，它们的性别分别取值为”Q仔”或”Q妹”，但是后来要求变化，规定企鹅的性别只能取值”雄”或”雌”，此时已创建的每个企鹅对象的性别都要做相应修改，修改量很大，且代码可能分散在多个文件，不易查找，有没有更好地解决办法呢？

———————————————————————————————————————

——分析———————————————————————————————————

可以定义两个常量SEX_MALE和SEX_FEMALE，分别取值为”Q仔”和”Q妹”，在给企鹅赋值时直接将常量名SEX_MALE或SEX_FEMALE赋给sex属性。

如果以后要修改sex为”雄”或”雌”时，不管已创建了多少个对象，只需要修改两个常量的值就可以了，这样就方便了很多。

Ø    final  String  SEX_MALE=“Q仔”： SEX_MALE是常量，值只能是”Q仔”，但是必须在创建对象后，通过对象名，SEX_MALE方式使用，很不方便。

Ø    static  final  String  SEX_MALE=“Q仔”： SEX_MALE是常量，值只能是”Q仔”，可以再创建对象后，通过对象名，SEX_MALE方式，也可以直接通过类名. SEX_MALE方式使用，建议采用此种方式。

———————————————————————————————————————

给企鹅添加两个静态常量SEX_MALE和SEX_FEMALE，如示例4所示。

示例4

/**

 * 宠物企鹅类，使用静态常量。

 */

public class Penguin {

    String name = "无名氏"; // 昵称

    int health = 100; // 健康值

    int love = 0; // 亲密度

    static final String SEX_MALE ="Q仔";

    static final String SEX_FEMALE="Q妹";

    //static final String SEX_MALE = "雄";

    //static final String SEX_FEMALE = "雌";

    String sex = SEX_MALE; // 性别

    /**

     * 输出企鹅的信息。

     */

    public void print() {

        System.out.println("宠物的自白：\n我的名字叫" + this.name

                + "，健康值是" + this.health + "，和主人的亲密度是"

                + this.love + "，性别是 " + this.sex + "。");

    }

}

编写测试类，创建三个企鹅对象并对其性别赋值，如示例5所示。

示例5

/**

 * 测试静态常量的使用。

 * @author 南京

 */

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        Penguin pgn = null;

        pgn = new Penguin();

        System.out.println("第一个企鹅的性别是" + pgn.sex + "。");

        pgn = new Penguin();

        pgn.sex = Penguin.SEX_FEMALE;

        System.out.println("第二个企鹅的性别是" + pgn.sex + "。");

        pgn = new Penguin();

        pgn.sex = Penguin.SEX_MALE;

        System.out.println("第三个企鹅的性别是" + pgn.sex + "。");

    }

}

运行结果如图1.7所示。

图1.7  输出企鹅的性别

如图要改变企鹅的性别取值为”雄”和”雌”，只需要修改Penguin类中两个常量的值即可，如示例6所示，而创建对象的类如示例5所示，不用做任何修改。

示例6

/**

 * 宠物企鹅类，使用静态常量。

 */

public class Penguin {

    String name = "无名氏"; // 昵称

    int health = 100; // 健康值

    int love = 0; // 亲密度

//  static final String SEX_MALE ="Q仔";

//  static final String SEX_FEMALE="Q妹";

    static final String SEX_MALE = "雄";

    static final String SEX_FEMALE = "雌";

    String sex = SEX_MALE; // 性别

    /**

     * 输出企鹅的信息。

     */