Java官方教程（一）面向对象编程概念（2020.12.15）

前言

本文是橙子出于兴趣爱好对Java官方教程的尝试翻译，几乎每日更新，感兴趣的朋友可以关注一下橙子；翻译过程中尽可能多的对一些关键词保留了英文原文，如果你想看最纯正的英文原版教材却又看不懂，可以试着来看一下橙子的翻译版啊，欢迎大家留言讨论，冲鸭！
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面向对象编程概念

对象 object

An object是具有相关state和behavior的软件。Software objects通常用于对你在日常生活中发现的现实世界对象的建模。本课程将说明state和behavior如何在对象中表示，并说明这样设计软件的好处。

Object是理解面向对象技术的关键。现在环顾四周，你会发现许多现实世界中object的示例：你的狗，书桌，电视机和自行车。

现实世界中的object有两个特征：它们都有state和behavior。狗具有state（name, color, breed, hungry）和behavior（braking, fetching, wagging tail）。自行车也具有state（current gear, current pedal cadence, current speed）和behavior（changing gear， changing pedal， applying breaks）。识别现实世界的state和behavior是深入理解面向对象的好方法。

现在花一分钟时间观察你附近区域的真实对象。对于你看到的每一个对象，问自己两个问题：”该对象可能处于什么状态？“和”该对象可以执行什么行为？“ 写下你的观察结果。在执行操作的过程中你会发现真实对象的复杂度各不相同。你的台灯只有两种可能的state（on and off）,和两种可能的behavior（turn on and turn off）。但是你的收音机可能有其他的state（on, off, current volume, current station）和behavior（turn on, turn off, increase volume, decrease volume, seek, scan, and tune）。你可能还会注意到，某些objects又将包含其他objects。这些真实的观察结果都将转化为面向对象编程的世界。

Software objects在概念上与现实世界中的objects相似。它们也有state和related behavior 。An object 将其state储存在fields中（一些编程语言中的variables），并通过methods（一些编程语言中的functions）暴露其behavior。Methords在对象的内部状态上运行，并作为objects间通信的主要机制。隐藏内部state并要求通过objects间的methods执行所有的交互被称为encapsulation（封装） — 一个面向对象编程的基本概念。

通过把state（current speed， current pedal， and current gear）分类和提供改变state的methords，the object 可以控制外部如何使用它。例如，如果自行车有6个挡位，则更改挡位的方法可能会拒绝小于1或大于6的其它值。

将代码绑定到独立的software objects可带来许多好处，包括

1. 模块化：可以独立于其它object的源代码编写和维护该object的源代码。创建object后，可以轻松地在系统内部传递object。
2. 信息隐藏：仅通过methods与object进行交互，其内部实现的细节仍对外部隐藏。
3. 如果某个object已经存在（或许由其他开发人员编写），你可以在你的程序中使用该object。这使得可以由专员实现/测试/调试特定的复杂对象，然后你可以放心地使用它们。
4. 可插拔性和调试简便性：如果一个特定的object有问题，则只需将其从应用程序中移除，然后替换为另一个即可。这类似于现实世界中的机械问题，如果螺栓断裂，仅需替换螺栓即可。

类 class

A class 是创建对象的蓝图或者原型。本节定义了 a class 用于对实际对象的state和behavior进行建模。它特意注重基础知识，展示一个简单的class是怎样清晰地建模state和behavior。

在现实世界中，你经常会发现许多同类的object。可能有成千上万的自行车，都有相同的品牌和型号。每辆自行车都是根据相同的蓝图制造的，所以包含相同的组件。在面向对象的术语中，我们把你的自行车称为自行车类的一个实例（instance ）。A class 是创建individual objects的蓝图。

以下Bicycle class 是自行车的一种可能的实现：

class Bicycle {
    
    

    int cadence = 0;    //踏频
    int speed = 0;    //速度
    int gear = 1;     //挡位

    void changeCadence(int newValue) {
    
    
         cadence = newValue;
    }

    void changeGear(int newValue) {
    
    
         gear = newValue;
    }

    void speedUp(int increment) {
    
    
         speed = speed + increment;   
    }

    void applyBrakes(int decrement) {
    
    
         speed = speed - decrement;
    }

    void printStates() {
    
    
         System.out.println("cadence:" +
             cadence + " speed:" + 
             speed + " gear:" + gear);
    }
}

Java语法对你来说可能很新，但是这个class的设计是基于之前对自行车对象的讨论。The fields cadence, speed, and gear 代表对象的state， the methods(changeCadence, changeGear, speedUp etc.)定义了对象与外界的交互。

你可能注意到Bicycle class不包含mian 方法。那是因为它不是一个完整的application， 它只是application中可能用到的bicycle的蓝图。创建和使用Bicycle objects是application中其它class的责任。

这是一个BicycleDemo class，它创建了两个单独的Bicycle objects并调用它们的方法。

class BicycleDemo {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    

        // Create two different 
        // Bicycle objects
        Bicycle bike1 = new Bicycle();
        Bicycle bike2 = new Bicycle();

        // Invoke methods on 
        // those objects
        bike1.changeCadence(50);
        bike1.speedUp(10);
        bike1.changeGear(2);
        bike1.printStates();

        bike2.changeCadence(50);
        bike2.speedUp(10);
        bike2.changeGear(2);
        bike2.changeCadence(40);
        bike2.speedUp(10);
        bike2.changeGear(3);
        bike2.printStates();
    }
}

测试的输出显示两辆自行车的pedal cadence, speed, and gear。

cadence:50 speed:10 gear:2
cadence:40 speed:20 gear:3

继承 inheritance

继承为组织和构造软件提供了强大而自然的机制。本节解释了class 如何从其superclass继承state和behavior，并说明了如何使用Java编程语言提供的简单语法从一个class派生（derive）另一个class。

不同种类的objects通常彼此之间有一定数量的共同点。例如，山地自行车，公路自行车和双人自行车都具有自行车的特征（current speed， current pedal cadence， current gear）。然而每一种自行车还定义了使其与众不同的功能：双人自行车有两个座位和把手；公路自行车有下降的车把；一些山地自行车有额外的链条，使它们的变速比更低。

面向对象编程允许classes 从其他classes inherit 常用的state and behavior。在示例中，Bicycle成为MountainBike, RoadBike, TandemBike的superclass。在Java中，每一个class允许有一个 direct superclass；每一个superclass可以有无限的subclass。

创建subclass的语法很简单。在class声明（declaration）的开头，使用extends关键字，后跟要继承的class的名称：

class MountainBike extends Bicycle {
    
    

    // new fields and methods defining 
    // a mountain bike would go here

}

这使MountainBike有了所有Bicycle的feilds and methods，同时允许代码专注于其特殊功能。这使得subclass代码更容易阅读。但是你必须关注每个superclass中定义的state and behavior，因为该代码不会出现在每个subclass的源代码中。

接口 interface

interface是class和外界的契约。当a class实现a interface时，它承诺提供该接口发布的behavior。本节定义了一个简单的interface并且说明了实现该interface的任何class的必要改变。

正如你已经了解的那样，对象通过暴露的methods定义它们与外界的交互。Methods形成objects与外界的interface；例如，电视前面的按钮是你与塑料外壳另一侧电线之间交互的interface。你可以通过“power”键来开关电视。通常，interface是一组没有方法体的related methods。如果为自行车的behavior设计一个interface，可能如下所示：

interface Bicycle {
    
    

    //  wheel revolutions per minute
    void changeCadence(int newValue);

    void changeGear(int newValue);

    void speedUp(int increment);

    void applyBrakes(int decrement);
}

要实现此接口，class的名字必须改变（例如，改为一个特定品牌的bicycle），并在class declaration中使用implements关键字。

class ACMEBicycle implements Bicycle {
    
    

    int cadence = 0;
    int speed = 0;
    int gear = 1;

   // The compiler will now require that methods
   // changeCadence, changeGear, speedUp, and applyBrakes
   // all be implemented. Compilation will fail if those
   // methods are missing from this class.

    void changeCadence(int newValue) {
    
    
         cadence = newValue;
    }

    void changeGear(int newValue) {
    
    
         gear = newValue;
    }

    void speedUp(int increment) {
    
    
         speed = speed + increment;   
    }

    void applyBrakes(int decrement) {
    
    
         speed = speed - decrement;
    }

    void printStates() {
    
    
         System.out.println("cadence:" +
             cadence + " speed:" + 
             speed + " gear:" + gear);
    }
}

Implementing an interface使得class提供的behavior更为正式。Interface在class和外部世界之间形成契约，该契约在编译时由编译器强制执行。如果a class 声称要implement an interface，则要想成功编译，该interface中定义的所有methods必须出现在其源代码中。

Note:要实际编译ACMEBicycle class，你必须在已实现接口方法开头添加public关键字。

包 package

包是逻辑上的组织class和interface的命名空间。将你的代码放入包里使得大型软件项目更易于管理。本节说明了这样做的好处，并向您介绍Java平台提供的应用程序编程接口（API）。

package是一个namespace，用于组织一组related classes and interface。从概念上，你可以把packages类比为计算机上不同的文件夹。你可以将html页面保存在一个文件夹，图片保存在一个，scripts或者application保存在另一个。因为Java project可以由成百上千个独立的class组成，所以将相关的classes和interfaces放入packages是有意义的。

Java平台提供了一组庞大的class library（ a set of packages）去方便使用，该class library 被称为’'Application Programming Interface",简称“API”。它的packages代表了常用的内容。例如，a String object 包含字符串的state和behavior；a File object可以使程序员轻松地创建，删除，检查，比较或修改文件系统上的文件。A Socket object允许创建和使用网络套接字（sockets）；各种GUI objects控制按钮和复选框以及其它与图形用户界面相关的内同。有数千种classes可以选择，这使得程序员可以专注于特定appliaction的设计，而不是使其工作的基础结构。

The Java Platform API Specification包含Java SE平台提供的所有packages, interface, classes, fields, and methods。在浏览器中加载它并添加书签。作为程序员，他将作为你最重要的参考文档。

练一练

1. Real-world objects contain ___ and ___.
2. A software object’s state is stored in ___.
3. A software object’s behavior is exposed through ___.
4. Hiding internal data from the outside world, and accessing it only through publicly exposed methods is known as data ___.
5. A blueprint for a software object is called a ___.
6. Common behavior can be defined in a ___ and inherited into a ___ using the ___ keyword.
7. A collection of methods with no implementation is called an ___.
8. A namespace that organizes classes and interfaces by functionality is called a ___.
9. The term API stands for ___?

答案

年轻人不要不讲武德，进来了点个赞再走啊！