Объектно-ориентированное программирование в Java
Вся полувековая история программирования компьютеров, а может быть, и история всей науки — это попытка совладать со сложностью окружающего мира. Задачи, встающие перед программистами, становятся все более громоздкими, информация, которую надо обработать, растет как снежный ком. Еще недавно обычными единицами измерения информации были килобайты и мегабайты, а сейчас уже говорят только о гигабайтах и терабайтах. Как только программисты предлагают более-менее удовлетворительное решение предложенных задач, тут же возникают новые, еще более сложные задачи. Программисты придумывают новые методы, создают новые языки. За полвека появилось несколько сотен языков, предложено множество методов и стилей. Некоторые методы и стили становятся общепринятыми и образуют на некоторое время так называемую парадигму программирования.
Первые, даже самые простые программы, написанные в машинных кодах, составляли сотни строк совершенно непонятного текста. Для упрощения и ускорения программирования придумали языки высокого уровня: FORTRAN, Algol и сотни других, возложив рутинные операции по созданию машинного кода на компилятор. Те же программы, переписанные на языках высокого уровня, стали гораздо понятнее и короче. Но жизнь потребовала решения более сложных задач, и программы снова увеличились в размерах, стали необозримыми.
Возникла идея: оформить программу в виде нескольких, по возможности простых, процедур или функций, каждая из которых решает свой определенную задачу. Написать, откомпилировать и отладить небольшую процедуру можно легко и быстро. Затем остается только собрать все процедуры в нужном порядке в одну программу. Кроме того, один раз написанные процедуры можно затем использовать в других программах как строительные кирпичики. Процедурное программирование быстро стало парадигмой. Во все языки высокого уровня включили средства написания процедур и функций. Появилось множество библиотек процедур и функций на все случаи жизни.
Встал вопрос о том, как выявить структуру программы, разбить программу на процедуры, какую часть кода выделить в отдельную процедуру, как сделать алгоритм решения задачи простым и наглядным, как удобнее связать процедуры между собой. Опытные программисты предложили свои рекомендации, названные структурным программированием. Структурное программирование оказалось удобным и стало парадигмой. Появились языки программирования, например Pascal, на которых удобно писать структурные программы. Более того, на них очень трудно написать неструктурные программы.
Сложность стоящих леред программистами задач проявилась и тут: программу стали содержать сотни процедур, и опять оказались необозримыми. "Кирпичики" стали слишком маленькими. Потребовался новый стиль программирования,
В это же время обнаружилось, что удачная или неудачная структура исходных данных может сильно облегчить или усложнить их обработку. Одни исходные данные удобнее объединить в массив, для других больше подходит структура дерева или стека. Никлаус Вирт даже назвал свою книгу "Алгоритмы + структуры данных = программы".
Возникла идея объединить исходные данные и все процедуры их обработки в один модуль. Эта идея модульного программирования быстро завоевала умы и на некоторое время стала парадигмой. Программы составлялись из отдельных модулей, содержащих десяток-другой процедур и функций. Эффективность таких программ тем выше, чем меньше модули зависят друг от друга. Автономность модулей позволяет создавать и библиотеки модулей, чтобы потом использовать их в качестве строительных блоков для программы.
Для того чтобы обеспечить максимальную независимость модулей друг от друга, надо четко отделить процедуры, которые будут вызываться другими модулями,— открытые (public) процедуры, от вспомогательных, которые обрабатывают данные, заключенные в этот модуль, —закрытых (private) процедур. Первые перечисляются в отдельной части модуля — интерфейсе (interface), вторые участвуют только в реализации(implementation) модуля. Данные, занесенные в модуль, тоже делятся на открытые, указанные в интерфейсе и доступные для других модулей, и закрытые, доступные только для процедур того же модуля. В разных языках программирования это деление производится по-разному. В языке Turbo Pascal модуль специально делится на интерфейс и реализацию в.языке С интерфейс выносится в отдельные "головные" (header) файлы. В даыке C++, кроме того, для описания интерфейса можно воспользоваться абстрактными классами. В языке Java есть специальная конструкция для описания интерфейсов, которая так и называется — interface, но можно написать и абстрактные классы.
Так возникла идея о скрытии, инкапсуляции (incapsulation) данных и методов их обработки. Подобные идеи периодически возникают в дизайне бытовой техники. То телевизоры испещряются кнопками и топорщатся ручками и движками на радость любознательному телезрителю, господствует "приборный" стиль, то вдруг все куда-то пропадает, а на панели остаются только кнопка включения и ручка громкости. Любознательный телезритель берется за отвертку.
Инкапсуляция, конечно, производится не для того, чтобы спрятать от другого модуля что-то любопытное. Здесь преследуются две основные цели. Первая — обеспечить безопасность использования модуля, вынести в интерфейс, сделать общедоступными только те методы обработки информации, которые не могут испортить или удалить исходные данные. Вторая цель — уменьшить сложность, скрыв от внешнего мира ненужные детали реализации.
Опять возник вопрос, каким образом разбить программу на модули? Тут кстати оказались методы решения старой задачи программирования — моделирования действий искусственных и природных объектов: роботов, станков с программным управлением, беспилотных самолетов, людей, животных, растений, систем обеспечения жизнедеятельности, систем управления технологическими процессами.
В самом деле, каждый объект — робот, автомобиль, человек — обладает определенными характеристиками. Ими могут служить: вес, рост, максимальная скорость, угол поворота, грузоподъемность, фамилия, возраст. Объект может производить какие-то действия: перемещаться в пространстве, поворачиваться, поднимать, копать, расти или уменьшаться, есть, пить, рождаться и умирать, изменяя свои первоначальные характеристики. Удобно смоделировать объект в виде модуля. Его характеристики будут данными, постоянными или переменными, а действия — процедурами.
Оказалось удобным сделать и обратное — разбить программу на модули так, чтобы она превратилась в совокупность взаимодействующих объектов. Так возникло объектно-ориентированное программирование (object-oriented programming), сокращенно ООП (OOP) — современная парадигма программирования.
В виде объектов можно представить совсем неожиданные понятия. Например, окно на экране дисплея — это объект, имеющий ширину width и высоту height , расположение на экране, описываемое обычно координатами (х, у) левого верхнего угла окна, а также шрифт, которым в окно выводится текст, скажем, Times New Roman, цвет фона color , несколько кнопок, линейки прокрутки и другие характеристики. Окно может перемещаться по экрану методом move() , увеличиваться или уменьшаться в размерах методом size() , сворачиваться в ярлык методом iconify() , как-то реагировать на действия мыши и нажатия клавиш. Это полноценный объект! Кнопки, полосы прокрутки и прочие элементы окна — это тоже объекты со своими размерами, шрифтами, перемещениями.
Разумеется, считать, что окно само "умеет" выполнять действия, а мы только даем ему поручения: "Свернись, развернись, передвинься", — это несколько неожиданный взгляд на вещи, но ведь сейчас можно подавать команды не только мышью и клавишами, но и голосом!
Идея объектно-ориентированного программирования оказалась очень плодотворной и стала активно развиваться. Выяснилось, что удобно ставить задачу сразу в виде совокупности действующих объектов — возник объектно-ориентированный анализ, ООА. Решили проектировать сложные системы в виде объектов — появилось объектно-ориентированное проектирование, ООП (OOD, object-oriented design).
Рассмотрим подробнее принципы объектно-ориентированного программирования.
Абстракция
Описывая поведение какого-либо объекта, например автомобиля, мы строим его модель. Модель, как правило, не может описать объект полностью, реальные объекты слишком сложны. Приходится отбирать только те характеристики объекта, которые важны для решения поставленной перед нами задачи. Для описания грузоперевозок важной характеристикой будет грузоподъемность автомобиля, а для описания автомобильных гонок она не существенна. Но для моделирования гонок обязательно надо описать метод набора скорости данным автомобилем, а для грузоперевозок это не столь важно.Мы должны абстрагироваться от некоторых конкретных деталей объекта. Очень важно выбрать правильную степень абстракции. Слишком высокая степень даст только приблизительное описание объекта, не позволит правильно моделировать его поведение. Слишком низкая степень абстракции сделает модель очень сложной, перегруженной деталями, и потому непригодной.
Например, можно совершенно точно предсказать погоду на завтра в определенном месте, но расчеты по такой модели продлятся трое суток даже на самом мощном компьютере. Зачем нужна модель, опаздывающая на два дня? Ну а точность модели, используемой синоптиками, мы все знаем сами. Зато расчеты по этой модели занимают всего несколько часов.
Описание каждой модели производится в виде одного или нескольких классов (classes). Класс можно считать проектом, слепком, чертежом, по которому затем будут создаваться конкретные объекты. Класс содержит описание переменных и констант, характеризующих объект. Они называются полями класса (class fields). Процедуры, описывающие поведение объекта, называются методами класса (class methods). Внутри класса можно описать и вложенные классы (nested classes) и вложенные интерфейсы. Поля, методы и вложенные классы первого уровня являются членами класса (class members). Разные школы объектно-ориентированного программирования предлагают разные термины, мы используем терминологию, принятую в технологии Java.
Вот набросок описания автомобиля:
class Automobile{
int maxVelocity; // Поле, содержащее наибольшую скорость автомобиля
int speed; // Поле, содержащее текущую скорость автомобиля
int weight; // Поле, содержащее вес автомобиля
// Прочие поля...
void moveTo(int x, int у){ // Метод, моделирующий перемещение
// автомобиля. Параметры х и у — не поля
int а = 1; // Локальная переменная — не поле
// Тело метода. Здесь описывается закон
// перемещения автомобиля в точку (х, у)
}
// Прочие методы. . .
}
Знатокам Pascal
В Java нет вложенных процедур и функций, в теле метода нельзя описать другой метод.После того как описание класса закончено, можно создавать конкретные объекты, экземпляры (instances) описанного класса. Создание экземпляров производится в три этапа, подобно описанию массивов. Сначала объявляются ссылки на объекты: записывается имя класса, и через пробел перечисляются экземпляры класса, точнее, ссылки на них.
Automobile Iada2110, fordScorpio, oka;
Затем операцией new определяются сами объекты, под них выделяется оперативная память, ссылка получает адрес этого участка в качестве своего значения.
lada2110 = new Automobile();
fordScorpio = new Automobile();
oka = new Automobile();
На третьем этапе происходит инициализация объектов, задаются начальные значения. Этот этап, как правило, совмещается со вторым, именно для этого в операции new повторяется имя класса со скобками Automobile () . Это так называемый конструктор (constructor) класса, но о нем поговорим попозже.
Поскольку имена полей, методов и вложенных классов у всех объектов одинаковы, они заданы в описании класса, их надо уточнять именем ссылки на объект:
lada2110.maxVelocity = 150;
fordScorpio.maxVelocity = 180;
oka.maxVelocity = 350; // Почему бы и нет?
oka.moveTo(35, 120);
Напомним, что текстовая строка в кавычках понимается в Java как объект класса String . Поэтому можно написать
int strlen = "Это объект класса String".length();
Объект "строка" выполняет метод length() , один из методов своего класса string , подсчитывающий число символов в строке. В результате получаем значение strlen , равное 24. Подобная странная запись встречается в программах на Java на каждом шагу.
Во многих ситуациях строят несколько моделей с разной степенью детализации. Скажем, для конструирования пальто и шубы нужна менее точная модель контуров человеческого тела и его движений, а для конструирования фрака или вечернего платья — уже гораздо более точная. При этом более точная модель, с меньшей степенью абстракции, будет использовать уже имеющиеся методы менее точной модели.
Не кажется ли вам, что класс Automobile сильно перегружен? Действительно, в мире выпущены миллионы автомобилей разных марок и видов. Что между ними общего, кроме четырех колес? Да и колес может быть больше или меньше. Не лучше ли написать отдельные классы для легковых и грузовых автомобилей, для гоночных автомобилей и вездеходов? Как организовать все это множество классов? На этот вопрос объектно-ориентированное программирование отвечает так: надо организовать иерархию классов.
Иерархия объектов давно используете для их классификации. Особенно детально она проработана в биологии. Все знакомы с семействами, родами и видами. Мы можем сделать описание своих домашних животных (pets): кошек (cats), собак (dogs), коров (cows) и прочих следующим образом:
class Pet{ // Здесь описываем общие свойства всех домашних любимцев
Master person; // Хозяин животного
int weight, age, eatTimel]; // Вес, возраст, время кормления
int eat(int food, int drink, int time){ // Процесс кормления
// Начальные действия...
if (time == eatTimefi]) person.getFood(food, drink);
// Метод потребления пищи
}
void voice(); // Звуки, издаваемые животным
// Прочее...
}
Затем создаем классы, описывающие более конкретные объекты, связывая их с общим классом:
class Cat extends Pet{ // Описываются свойства, присущие только кошкам:
int mouseCatched; // число пойманных мышей
void toMouse(); // процесс ловли мышей
// Прочие свойства
}
class Dog extends Pet{ // Свойства собак:
void preserve(); // охранять
}
Заметьте, что мы не повторяем общие свойства, описанные в классе Pet . Они наследуются автоматически. Мы можем определить объект классаDog и использовать в нем все свойства класса Pet так, как будто они описаны в классе Dog :
Dog tuzik = new Dog(), sharik = new Dog();
После этого определения можно будет написать
tuzik.age = 3;
int p = sharik.eat (30, 10, 12);
А классификацию продолжить так:
class Pointer extends Dog{ ... } // Свойства породы Пойнтер
class Setter extends Dog{ ... } // Свойства сеттеров
Заметьте, что на каждом следующем уровне иерархии в класс добавляются новые свойства, но ни одно свойство не пропадает. Поэтому и употребляется слово extends — "расширяет" и говорят, что класс Dog — расширение (extension) класса Pet . С другой стороны, количество объектов при этом уменьшается: собак меньше, чем всех домашних животных. Поэтому часто говорят, что класс Dog — подкласс (subclass) класса Pet , а класс Pet — суперкласс (superclass) или надкласс класса Dog .
Часто используют генеалогическую терминологию: родительский класс, дочерний класс, класс-потомок, класс-предок, возникают племянники и внуки, вся беспокойная семейка вступает в отношения, достойные мексиканского сериала.
В этой терминологии говорят о наследовании (inheritance) классов, в нашем примере класс Dog наследует класс Pet .
Мы еще не определили счастливого владельца нашего домашнего зоопарка. Опишем его в классе Master. Делаем набросок:
class Master{ // Хозяин животного
String name; // Фамилия, имя
// Другие сведения
void getFood(int food, int drink); // Кормление
// Прочее
}
Хозяин и его домашние животные постоянно соприкасаются в жизни. Их взаимодействие выражается глаголами "гулять", "кормить", "охранять", "чистить", "ласкаться", "проситься" и прочими. Для описания взаимодействия объектов применяется третий принцип объектно-ориентированного программирования — обязанность или ответственность.
Как описать класс и подкласс
Итак, описание класса начинается со слова class, после которого записывается имя класса. Соглашения "Code Conventions" рекомендуют начинать имя класса с заглавной буквы.Перед словом class можно записать модификаторы класса (class modifiers). Это одно из слов public, abstract, final, strictfp . Перед именем вложенного класса можно поставить, кроме того, модификаторы protected, private, static . Модификаторы мы будем вводить по мере изучения языка.
Тело класса, в котором в любом порядке перечисляются поля, методы, вложенные классы и интерфейсы, заключается в фигурные скобки.
При описании поля указывается его тип, затем, через пробел, имя и, может быть, начальное значение после знака равенства, которое можно записать константным выражением. Все это уже описано в главе 1.
Описание поля может начинаться с одного или нескольких необязательных модификаторов public, protected, private, static, final, transient, volatile . Если надо поставить несколько модификаторов, то перечислять их JLS рекомендует в указанном порядке, поскольку некоторые компиляторы требуют определенного порядка записи модификаторов. С модификаторами мы будем знакомиться по мере необходимости.
При описании метода указывается тип возвращаемого им значения или слово void , затем, через пробел, имя метода, потом, в скобках, список параметров. После этого в фигурных скобках расписывается выполняемый метод.
Описание метода может начинаться с модификаторов public, protected, private, abstract, static, final, synchronized, native, strictfp . Мы будем вводить их по необходимости.
В списке параметров через запятую перечисляются тип и имя каждого параметра. Перед типом какого-либо параметра может стоять модификатор final . Такой параметр нельзя изменять внутри метода. Список параметров может отсутствовать, но скобки сохраняются.
Перед началом работы метода для каждого параметра выделяется ячейка оперативной памяти, в которую копируется значение параметра, заданное при обращении к методу. Такой способ называется передачей параметров по значению.
В листинге 2.1 показано, как можно оформить метод деления пополам для нахождения корня нелинейного уравнения из листинга 1.5.
Листинг 2.1. Нахождение корня нелинейного уравнения методом бисекцйи
class Bisection2{private static double final EPS = le-8; // Константа
private double a = 0.0, b = 1.5, root; // Закрытые поля
public double getRoot(}{return root;} // Метод доступа
private double f(double x)
{
return x*x*x — 3*x*x + 3; // Или что-то другое
}
private void bisect(){ // Параметров нет —
// метод работает с полями экземпляра
double у = 0.0; // Локальная переменная — не поле
do{
root = 0.5 *(а + b); у = f(root);
if (Math.abs(y) < EPS) break;
// Корень найден. Выходим из цикла
// Если на концах отрезка [a; root]
// функция имеет разные знаки:
if (f(а) * у < 0.0} b = root;
// значит, корень здесь
// Переносим точку b в точку root
//В противном случае:
else a = root;
// переносим точку а в точку root
// Продолжаем, пока [а; Ь] не станет мал
} while(Math.abs(b-a) >= EPS);
}
public static void main(String[] args){
Bisection2 b2 = new Bisection2();
b2.bisect();
System.out.println("x = " +
b2.getRoot() + // Обращаемся к корню через метод доступа
", f() = " +b2.f(b2.getRoot()));
}
}
В описании метода f() сохранен старый, процедурный стиль: метод получает аргумент, обрабатывает его и возвращает результат. Описание метода bisect о выполнено в духе ООП: метод активен, он сам обращается к полям экземпляра b2 и сам заносит результат в нужное поле. Методbisect () — это внутренний механизм класса Bisection2, поэтому он закрыт (private).
Имя метода, число и типы параметров образуют сигнатуру (signature) метода. Компилятор различает методы не по их именам, а по сигнатурам. Это позволяет записывать разные методы с одинаковыми именами, различающиеся числом и/или типами параметров.
Замечание
Тип возвращаемого значения не входит в сигнатуру метода, значит, методы не могут различаться только типом результата их работы.Например, в классе Automobile мы записали метод moveTo(int x, int у) , обозначив пункт назначения его географическими координатами. Можно определить еще метод moveTo (string destination) для указания географического названия пункта назначения и обращаться к нему так:
oka.moveTo("Москва") ;
Такое дублирование методов называется перегрузкой (overloading). Перегрузка методов очень удобна в использовании. Вспомните, в главе 1 мы выводили данные любого типа на экран методом printin() не заботясь о том, данные какого именно типа мы выводим. На самом деле мы использовали разные методы t одним и тем же именем printin , даже не задумываясь об этом. Конечно, все эти методы надо тщательно спланировать и заранее описать в классе. Это и сделано в классе Printstream, где представлено около двадцати методов print() и println() .
Если же записать метод с тем же именем в подклассе, например:
class Truck extends Automobile{
void moveTo(int x, int y){
// Какие-то действия
}
// Что-то еще
}
то он перекроет метод суперкласса. Определив экземпляр класса Truck , например:
Truck gazel = new Truck();
и записав gazei.moveTo(25, 150) , мы обратимся к методу класса Truck . Произойдет переопределение (overriding) метода.
При переопределении права доступа к методу можно только расширить. Открытый метод public должен остаться открытым, защищенный protectedможет стать открытым.
Можно ли внутри подкласса обратиться к методу суперкласса? Да, можно, если уточнить имя метода, словом super , например, super.moveTo(30, 40) . Можно уточнить и имя метода, записанного в этом же классе, словом this , например, this.moveTo (50, 70) , но в данном случае это уже излишне. Таким же образом можно уточнять и совпадающие имена полей, а не только методов.
Данные уточнения подобны тому, как мы говорим про себя "я", а не "Иван Петрович", и говорим "отец", а не "Петр Сидорович".
Переопределение методов приводит к интересным результатам. В классе Pet мы описали метод voice() . Переопределим его в подклассах и используем в классе chorus , как показано в листинге 2.2.
Листинг 2.2. Пример полиморфного метода
abstract class Pet{
abstract void voice();
}
class Dog extends Pet{
int k = 10;
void voice(){
System.out.println("Gav-gav!");
}
}
class Cat extends Pet{
void voice () {
System.out.println("Miaou!");
}
}
class Cow extends Pet{
void voice(){
System.out.println("Mu-u-u!");
}
}
public class Chorus{
public static void main(String[] args){
Pet[] singer = new Pet[3];
singer[0] = new Dog();
singer[1] = new Cat();
singer[2] = new Cow();
for (int i = 0; i < singer.length; i++)
singer[i].voice();
}
}
На рис. 2.1 показан вывод этой программы. Животные поют своими голосами!
Все дело здесь в определении поля singer[]. Хотя массив ссылок singer [] имеет тип Pet , каждый его элемент ссылается на объект своего типа Dog, Cat, cow . При выполнении программы вызывается метод конкретного объекта, а не метод класса, которым определялось имя ссылки. Так в Java реализуется полиморфизм.
Знатокам C++
В языке Java все методы являются виртуальными функциями.Внимательный читатель заметил в описании класса Pet новое слово abstract . Класс Pet и метод voice() являются абстрактными.
Окончательные члены и классы
Пометив метод модификатором final , можно запретить его переопределение в подклассах. Это удобно в целях безопасности. Вы можете быть уверены, что метод выполняет те действия, которые вы задали. Именно так определены математические функции sin(), cos() и прочие в классе Math. Мы уверены, что метод Math.cos (x) вычисляет именно косинус числа х . Разумеется, такой метод не может быть абстрактным.Для полной безопасности, поля, обрабатываемые окончательными методами, следует сделать закрытыми (private).
Если же пометить модификатором final весь класс, то его вообще нельзя будет расширить. Так определен, например, класс Math :
public final class Math{ . . . }
Для переменных модификатор final имеет совершенно другой смысл. Если пометить модификатором final описание переменной, то ее значение (а оно должно быть обязательно задано или здесь же, или в блоке инициализации или в конструкторе) нельзя изменить ни в подклассах, ни в самом классе. Переменная превращается в константу. Именно так в языке Java определяются константы:
public final int MIN_VALUE = -1, MAX_VALUE = 9999;
По соглашению "Code Conventions" константы записываются прописными буквами, слова в них разделяются знаком подчеркивания.
На самой вершине иерархии классов Java стоит класс Object .
Класс Object
Если при описании класса мы не указываем никакое расширение, т. е. не пишем слово extends и имя класса за ним, как при описании класса Pet , то Java считает этот класс расширением класса object , и компилятор дописывает это за нас:class Pet extends Object{ . . . }
Можно записать это расширение и явно.
Сам же класс object не является ничьим наследником, от него начинается иерархия любых классов Java. В частности, все массивы — прямые наследники класса object .
Поскольку такой класс может содержать только общие свойства всех классов, в него включено лишь несколько самых общих методов, например, метод equals() , сравнивающий данный объект на равенство с объектом, заданным в аргументе, и возвращающий логическое значение. Его можно использовать так:
Object objl = new Dog(), obj 2 = new Cat();
if (obj1.equals(obj2)) ...
Оцените объектно-ориентированный дух этой записи: объект obj1 активен, он сам сравнивает себя с другим объектом. Можно, конечно, записать иobj2.equals (obj1) , сделав активным объект obj2 , с тем же результатом.
Как указывалось в главе 1, ссылки можно сравнивать на равенство и неравенство:
obj1 == obj2; obj1 != obj 2;
В этом случае сопоставляются адреса объектов, мы можем узнать, не указывают ли обе ссылки на один и тот же объект.
Метод equals() же сравнивает содержимое объектов в их текущем состоянии, фактически он реализован в классе object как тождество: объект равен только самому себе. Поэтому его часто переопределяют в подклассах, более того, правильно спроектированные, "хорошо воспитанные", классы должны переопределить методы класса object , если их не устраивает стандартная реализация.
Второй метод класса object , который следует переопределять в подклассах, — метод tostring () . Это метод без параметров, который пытается содержимое объекта преобразовать в строку символов и возвращает объект класса string .
К этому методу исполняющая система Java обращается каждый раз, когда требуется представить объект в виде строки, например, в методе printing.
Конструкторы класса
Вы уже обратили внимание на то, что в операции new, определяющей экземпляры класса, повторяется имя класса со скобками. Это похоже на обращение к методу, но что за "метод", имя которого полностью совпадает с именем класса?Такой "метод" называется конструктором класса (class constructor). Его своет образие заключается не только в имени. Перечислим особенности конструктора.
- Конструктор имеется в любом классе. Даже если вы его не написали, компилятор Java сам создаст конструктор по умолчанию (default constructor), который, впрочем, пуст, он не делает ничего, кроме вызова конструктора суперкласса.
- Конструктор выполняется автоматически при создании экземпляра класса, после распределения памяти и обнуления полей, но до начала использования создаваемого объекта.
- Конструктор не возвращает никакого значения. Поэтому в его описании не пишется даже слово void , но можно задать один из трех модификаторов public , protected или private .
- Конструктор не является методом, он даже не считается членом класса. Поэтому его нельзя наследовать или переопределить в подклассе.
- Тело конструктора может начинаться:
- с вызова одного из конструкторов суперкласса, для этого записывается слово super() с параметрами в скобках, если они нужны;
- с вызова другого конструктора того же класса, для этого записывается слово this() с параметрами в скобках, если они нужны.
В классе может быть несколько конструкторов. Поскольку у них одно и то же имя, совпадающее с именем класса, то они должны отличаться типом и/или количеством параметров.
В наших примерах мы ни разу не рассматривали конструкторы классов, поэтому при создании экземпляров наших классов вызывался конструктор класса object .
Статические члены класса
Разные экземпляры одного класса имеют совершенно независимые друг от друга поля-, принимающие разные значения. Изменение поля в одном экземпляре никак не влияет на то же поле в другом экземпляре. В каждом экземпляре для таких полей выделяется своя ячейка памяти. Поэтому такие поля называются переменными экземпляра класса (instance variables) или переменными объекта.Иногда надо определить поле, общее для всего класса, изменение которого в одном экземпляре повлечет изменение того же поля во всех экземплярах. Например, мы хотим в классе Automobile отмечать порядковый заводской номер автомобиля. Такие поля называются переменными класса (class variables). Для переменных класса выделяется только одна ячейка памяти, общая для всех экземпляров. Переменные класса образуются в Java модификатором static . В листинге 2.3 мы записываем этот модификатор при определении переменной number .
Листинг 2.3. Статическая переменная
class Automobile {
private static int number;
Automobile(){
number++;
System.out.println("From Automobile constructor:"+
" number = "+number);
}
}
public class AutomobileTest{
public static void main(String[] args){
Automobile largus = new Automobile(),
fordSFocus = new Automobile(),
granta = new Automobile();
}
}
Получаем результат, показанный на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Изменение статической переменной
Интересно, что к статическим переменным можно обращаться с именем класса, Automobile.number , а не только с именем экземпляра, lada2105.number , причем это можно делать, даже если не создан ни один экземпляр класса.Для работы с такими статическими переменными обычно создаются статические методы, помеченные модификатором static . Для методов слово static имеет совсем другой смысл. Исполняющая система Java всегда создает в памяти только одну копию машинного кода метода, разделяемую всеми экземплярами, независимо от того, статический это метод или нет.
Основная особенность статических методов — они выполняются сразу во всех экземплярах класса. Более того, они могут выполняться, даже если не создан ни один экземпляр класса. Достаточно уточнить имя метода именем класса (а не именем объекта), чтобы метод мог работать. Именно так мы пользовались методами класса Math , не создавая его экземпляры, а просто записывая Math.abs(x), Math.sqrt(x ). Точно так же мы использовали метод System, out. println() . Да и методом main() мы пользуемся, вообще не создавая никаких объектов.
Поэтому статические методы называются методами класса (class methods), в отличие от нестатических методов, называемых методами экземпляра (instance methods).
Отсюда вытекают другие особенности статических методов:
- в статическом методе нельзя использовать ссылки this и super ;
- в статическом методе нельзя прямо, не создавая экземпляров, ссылаться на нестатические поля и методы;
- статические методы не могут быть абстрактными;
- статические методы переопределяются в подклассах только как статические.
Статические переменные инициализируются еще до начала работы конструктора, но при инициализации можно использовать только константные выражения. Если же инициализация требует сложных вычислений, например, циклов для задания значений элементам статических массивов или обращений к методам, то эти вычисления заключают в блок, помеченный словом static , который тоже будет выполнен до запуска конструктора:
static int[] a = new a[10];
static {
for(int k = 0; k < a.length; k++)
a[k] = k * k;
}
Операторы, заключенные в такой блок, выполняются только один раз, при первой загрузке класса, а не при создании каждого экземпляра.
Здесь внимательный читатель, наверное, поймал меня: "А говорил, что все действия выполняются только с помощью методов!" Каюсь: блоки статической инициализации, и блоки инициализации экземпляра записываются вне всяких методов и выполняются до начала выполнения не то что метода, но даже конструктора.
Комментариев нет:
Отправить комментарий