Java课程实验报告实验五——面向对象—多态

一、实验目的
1.理解多态性和动态绑定
2.存储、提取和操作ArrayList中的对象

二、实验内容
1.【Person、Student、Employee类】（注：此题在书上原题基础上有修改）设计一个名为Person的类和它的两个名为Student和Employee子类。

每个人都有姓名和电话号码。学生有年级状态（大一、大二、大三或大四）。将这些状态定义为常量。一个雇员有工资和受聘日期。定义一个名为MyDate的类，包含数据域：year（年）、month（月）和day（日）。将各个类的数据域进行封装，并设置合理的读写访问器。
覆盖每个类中的toString方法，返回类名及相应的类中可以获取的所有信息构成的字符串，如Person类的toString方法返回“Person类：姓名为*** 电话为*** ”；Student类的toString方法返回“Student类： 姓名为*** 电话为*** 年级为***”。

在Student和Employee两个类中分别加入displayObject()方法，可以打印出对学生和雇员的提示消息，提示学生“to ***（学生姓名）：请按时交实验报告”，提示雇员“ to ***（雇员姓名）：请按时上班”。

目标输出任务：
画出这些类的UML图。
实现这些类。
编写一个测试类，1）创建方法public static void m1(Person p)，显示p的姓名；2）创建方法public static void m2(Person p)，打印p的toString方法返回的字符串；3）创建方法public static void m3(Person p)，如果p是Student类或者Employee类的实例，分别调用它们的displayObject()；4）在主函数中创建Person、Student、Employee的对象实例，将它们均声明为Person类对象。将它们分别传入m1、m2和m3，体会多态。

2. 【课程类Course】改写程序清单10-6中的Course类。 使用ArrayList代替数组来存储学生。不应该改变Course类的原始合约（即不要改变构造方法和方法的方法头定义，包括返回类型、方法名及参数列表，但私有的成员可以改变）。

程序清单10-6
public class Course {
  private String courseName;
  private String[] students = new String[100];
  private int numberOfStudents;
    
  public Course(String courseName) {
    this.courseName = courseName;
  }
  
  public void addStudent(String student) {
    students[numberOfStudents] = student;
    numberOfStudents++;
  }
  
  public String[] getStudents() {
    return students;
  }

  public int getNumberOfStudents() {
    return numberOfStudents;
  }  

  public String getCourseName() {
    return courseName;
  }  
  
  public void dropStudent(String student) {
    // Left as an exercise in Exercise 9.9
  }
}

程序清单10-5
【注意：请参考以下程序来测试Course类，同时注意在此段程序基础上，增加必要的代码，以完整地测试Course类中定义的所有方法】
public class TestCourse {
  public static void main(String[] args) {
    Course course1 = new Course("Data Structures");
    Course course2 = new Course("Database Systems");

    course1.addStudent("Peter Jones");
    course1.addStudent("Brian Smith");
    course1.addStudent("Anne Kennedy");

    course2.addStudent("Peter Jones");
    course2.addStudent("Steve Smith");

    System.out.println("Number of students in course1: "
      + course1.getNumberOfStudents());
    String[] students = course1.getStudents();
    for (int i = 0; i < course1.getNumberOfStudents(); i++)
      System.out.print(students[i] + ", ");
    
    System.out.println();
    System.out.print("Number of students in course2: "
      + course2.getNumberOfStudents());
  }
}

3. 附加题（可选做）（利用继承实现MyStack）在程序清单11-10中，MyStack是用组合实现的。扩展ArrayList创建一个新的栈类。实现MyStack类。编写一个测试程序，提示用户输入5个字符串，然后以逆序显示这些字符串。

三、实验要求：
要求每个学生独立完成实验任务。

四、实验报告
1. 实验结果与分析
（1） Person、Student、Employee类
A) UML类图

B) 实验运行过程

C) 结果分析
本题分成五个类：
Person类中含最起初name和telenum的属性，设置其get和set方法，定义toString函数；
Student类继承Person类，同时加入Grade属性，设置其get和set方法，定义toString函数和displayObject函数；
Employee类继承Person类，同时加入salary和MyDate类型的date属性，设置其get和set方法，定义toString函数和displayObject函数；
MyDate类是date的类型定义，其中包括year，month，day属性，设置其get和set方法，在有参构造方法中设置属性的值（利于主函数的参数设置）；
Test类是主函数的定义类，其中首先定义年级信息的常量，便于主函数的引用，然后定义m1,m2,m3函数，其中m3函数需要判断实例类型，需要使用强制转换才能调用Student类或Employee类中的displayObject方法，判断实例类型时选择使用instanceof关键词。
主函数中首先定义三个不同类型的实例，并引用给都是Person类型的变量，然后定义其name和telenum，其中Student实例需要强制转换后定义其Grade值，Employee实例需要强制转换后定义其salary值和date值，date是一个新创建的MyDate类型的对象。
接着调用三个实例的m1,m2,m3方法即可输出结果。

（2）Course类
A) UML类图

B) 实验运行过程

C) 实验结果分析
本题只要求将数组相关语句换成我们需要的ArrayList语句即可
因此我们可以直接将语句替换

public class Course {
  private String courseName;
  private String[] students = new String[100];
//这里更换成
private ArrayList<String> students = new ArrayList<String>(100);
  private int numberOfStudents;
    
  public Course(String courseName) {
    this.courseName = courseName;
  }
  
  public void addStudent(String student) {
students[numberOfStudents] = student;
//这里更换成
students.add(numberOfStudents,student);
其中add(index,o)方法定义是在index下标确定的位置加入o元素
    numberOfStudents++;
  }
  
  public String[] getStudents() {
//这里更换成
public ArrayList<String> getStudents() {
    return students;
  }

  public int getNumberOfStudents() {
    return numberOfStudents;
  }  

  public String getCourseName() {
    return courseName;
  }  
  
  public void dropStudent(String student) {
    // Left as an exercise in Exercise 9.9
  }
}

【注意：请参考以下程序来测试Course类，同时注意在此段程序基础上，增加必要的代码，以完整地测试Course类中定义的所有方法】
public class TestCourse {
  public static void main(String[] args) {
    Course course1 = new Course("Data Structures");
    Course course2 = new Course("Database Systems");

    course1.addStudent("Peter Jones");
    course1.addStudent("Brian Smith");
    course1.addStudent("Anne Kennedy");

    course2.addStudent("Peter Jones");
    course2.addStudent("Steve Smith");

    System.out.println("Number of students in course1: "
      + course1.getNumberOfStudents());
String[] students = course1.getStudents();
//这里更换成
 ArrayList<String>students = course1.getStudents();
    for (int i = 0; i < course1.getNumberOfStudents(); i++)
      System.out.print(students[i] + ", ");
//这里更换成
students.get(i) 
其中get(index)方法返回index下表位置的元素
    System.out.println();
    System.out.print("Number of students in course2: "
      + course2.getNumberOfStudents());
  }
}

（3）MyStack类
A) UML类图

B) 实验运行过程
首先根据提示输入元素个数

再根据提示输入该个数个元素

回车，返回逆序结果

C) 实验结果分析
首先我们分析MyStack和泛类ArrayList的不同：
MyStack需要在栈尾插入，栈尾删除，而ArrayList可以在任意确定位置下进行这样的操作；
调用F3我们可以找到ArrayList类的一些定义

这样就可以想到：我们可以利用ArrayList中已有的add（无参）函数和remove（有参）方法来改写定义，其中add不动，换成push头名，remove的参数设置成this.size()-1来每次删除末尾元素并保存到变量中，这样就实现了本题中必要的入栈出栈操作。
在主函数中，我们首先输入元素个数，再根据元素个数确定循环次数，输入元素，入栈，再循环相同次出栈输出即可

2. 心得体会
本次是练习新学的多态和动态绑定知识点，并对ArrayList列表了解，尤其是第一道题，在进行相关的建构时对MyDate类的实例创建遇到了难处，在一遍遍研究中通过之后，我感觉自己对动态绑定在多态中的理解有了十分显著的提高；而在第二题和第三题过程中对继承相关的应用也进行了巩固
本次实验就我自身而言是不简单的一次，但不简单也代表着有了新的挑战，希望之后的实验能对Java的应用有更显著的提高。

3.源程序

（1）
Person.java
package exp5;

public class Person {
	private String name;
	private String telenum;
	
	public String getName(){
		return this.name;
	}
	public String getTeleNum(){
		return this.telenum;
	}
	public void setName(String name){
		this.name = name;
	}
	public void setTeleNum(String telenum){
		this.telenum = telenum;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Person类：姓名为" + this.getName() + " " + "电话为：" + this.getTeleNum();
	}
}
Student.java
package exp5;

public class Student extends Person{
	private String Grade;
	public String getGrade(){
		return Grade;
	}
	public void setGrade(String Grade){
		this.Grade = Grade;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Student类：姓名为" + this.getName() + " " + "电话为：" + this.getTeleNum() + " 年级为：" + this.getGrade();
	}
	public String displayObject(){
		return "to " + this.getName() + ": 请按时交实验报告";
	}
}
Employee.java
package exp5;

import java.sql.Date;

public class Employee extends Person{
	private int salary;
	private MyDate date;
	public int getSalary(){
		return salary;
	}
	public void setSalary(int salary){
		this.salary = salary;
	}
	public String getDate(){
		return date.getYear() + "," + date.getMonth() + "," + date.getDay();
	}
	public void setDate(MyDate date){
		this.date = date;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Employee类：姓名为" + this.getName() + " " + "电话为：" + this.getTeleNum() + " 工资为：" 
	+ this.getSalary() + " 受聘日期为：" + this.date.getDate() ; 
	}
	public String displayObject(){
		return "to " + this.getName() + ": 请按时上班";
	}
}
MyDate.java
package exp5;

public class MyDate {
	public MyDate(String year,String month,String day){
		this.year = year;
		this.month = month;
		this.day = day;
	}
	private String year;
	private String month;
	private String day;
	public String getYear() {
		return year;
	}
	public String getMonth() {
		return month;
	}
	public String getDay() {
		return day;
	}
	public void setYear(String year) {
		this.year = year;
	}
	public void setMonth(String month) {
		this.month = month;
	}
	public void setDay(String day) {
		this.day = day;
	}
	public String getDate(){
		return this.year + this.month + this.day;
	}
}
Test.java
package exp5;

public class Test {
	static final String GradeOne = "One";
	static final String GradeTwo = "Two";
	static final String GradeThree = "Three";
	static final String GradeFour = "Four";
	public static void m1(Person p){
		System.out.println(p.getName());
	}
	public static void m2(Person p){
		System.out.println(p.toString());
	}
	public static void m3(Person p){
		if(p instanceof Student){
			System.out.println(((Student)p).displayObject());
		}
		else if(p instanceof Employee){
			System.out.println(((Employee)p).displayObject());
		}
		else {
			System.out.println("请求有误，请重新尝试！");
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		Person aPerson = new Person();
		aPerson.setName("a");
		aPerson.setTeleNum("12345");
		Person bStudent = new Student();
		bStudent.setName("b");
		bStudent.setTeleNum("67890");
		((Student)bStudent).setGrade(GradeOne);
		Person cEmployee = new Employee();
		cEmployee.setName("c");
		cEmployee.setTeleNum("13579");
		((Employee) cEmployee).setSalary(15000);
		Employee employee = new Employee();
		MyDate date = new MyDate("2011","09","05");
		((Employee) cEmployee).setDate(date);
		m1(aPerson);
		m1(bStudent);
		m1(cEmployee);
		m2(aPerson);
		m2(bStudent);
		m2(cEmployee);
		m3(aPerson);
		m3(bStudent);
		m3(cEmployee);
	}
}
（2）
Course.java
package exp5;

import java.util.ArrayList;

public class Course {
	  private String courseName;
	  private ArrayList<String> students = new ArrayList<String>(100);
	  private int numberOfStudents;
	  
	  public Course(String courseName) {
	    this.courseName = courseName;
	  }
	  
	  public void addStudent(String student) {
	    students.add(numberOfStudents,student);
	    numberOfStudents++;
	  }
	  
	  public ArrayList<String> getStudents() {
	    return students;
	  }

	  public int getNumberOfStudents() {
	    return numberOfStudents;
	  }  

	  public String getCourseName() {
	    return courseName;
	  }  
}
TestCourse.java
package exp5;

import java.util.ArrayList;

public class TestCourse {
	public static void main(String[] args) {
	    Course course1 = new Course("Data Structures");
	    Course course2 = new Course("Database Systems");

	    course1.addStudent("Peter Jones");
	    course1.addStudent("Brian Smith");
	    course1.addStudent("Anne Kennedy");

	    course2.addStudent("Peter Jones");
	    course2.addStudent("Steve Smith");

	    System.out.println("Number of students in course1: "
	      + course1.getNumberOfStudents());
	    
	    ArrayList<String>students = course1.getStudents();
	    
	    for (int i = 0; i < course1.getNumberOfStudents(); i++)
	      System.out.print(students.get(i) + ", ");
	    
	    System.out.println();
	    System.out.print("Number of students in course2: "
	      + course2.getNumberOfStudents());
	  }
	}
（3）
MyStack.java

package exp5;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Scanner;

public class MyStack extends ArrayList{
	public void push(Object o){
		this.add(o);
	}
	public Object pop(){
		Object o = this.get(this.size() - 1);
		this.remove(this.size() - 1);
		return o;

	}
	public static void main(String[] args) {
		Scanner input = new Scanner(System.in);
		int num;
		System.out.println("请输入元素的个数");
		num = input.nextInt();
		System.out.println("请输入元素： ");
		MyStack myStack = new MyStack();
		for(int i = 0; i < num;i++){
			myStack.push(input.next());
		}
		for(int i = 0; i < num;i++){
			System.out.println(myStack.pop());
		}
	}
}