Глава 7 Классы
Базовым элементом объектно-ориентирован-ного программирования в языке Java являет-ся класс. В этой главе Вы научитесь создавать и расширять свои собственные классы, работать с экземплярами этих классов и начнете использовать мощь объектно-ориентированного подхода. Напомним, что классы в Java не обязательно должны содержать метод main. Единственное назначение этого метода _ указать интерпретатору Java, откуда надо начинать выполнение программы. Для того, чтобы создать класс, достаточно иметь исходный файл, в котором будет присутствовать ключевое слово class, и вслед за ним _ допустимый идентификатор и пара фигурных скобок для его тела.
class Point {
}
ЗАМЕЧАНИЕ
Имя исходного файла Java должно соответствовать имени хранящегося в нем класса. Регистр букв важен и в имени класса, и в имени файла.
Как вы помните из главы 2, класс _ это шаблон для создания объекта. Класс определяет структуру объекта и его методы, образующие функциональный интерфейс. В процессе выполнения Java-программы система использует определения классов для создания представителей классов. Представители являются реальными объектами. Термины представитель, экземпляр и объект взаимозаменяемы. Ниже приведена общая форма определения класса.
class имя_класса extends имя_суперкласса { type переменная1_объекта:
type переменная2_объекта:
type переменнаяN_объекта:
type имяметода1(список_параметров) { тело метода;
}
type имяметода2(список_параметров) { тело метода;
}
type имя методаМ(список_параметров) { тело метода;
}
}
Ключевое слово extends указывает на то, что имя_класса _ это подкласс класса имя_суперкласса. Во главе классовой иерархии Java стоит единственный ее встроенный класс _ Object. Если вы хотите создать подкласс непосредственно этого класса, ключевое слово extends и следующее за ним имя суперкласса можно опустить _ транслятор включит их в ваше определение автома-тически. Примером может служить класс Point, приведенный ранее.
Переменные представителей (instance variables)
Данные инкапсулируются в класс путем объявления переменных между открывающей и закрывающей фигурными скобками, выделяющи-ми в определении класса его тело. Эти переменные объявляются точно так же, как объявлялись локальные переменные в предыдущих примерах. Единст-венное отличие состоит в том, что их надо объявлять вне методов, в том числе вне метода main. Ниже приведен фрагмент кода, в котором объявлен класс Point с двумя переменными типа int.
class Point { int х, у;
}
В качестве типа для переменных объектов можно использовать как любой из простых типов, описанных в главе 4, так и классовые типы. Скоро мы добавим к приведенному выше классу метод main, чтобы его можно было запустить из командной строки и создать несколько объек-тов.
Оператор new
Оператор new создает экземпляр указанного класса и возвращает ссылку на вновь созданный объект. Ниже приведен пример создания и присваивание переменной р экземпляра класса Point.
Point р = new Point();
Вы можете создать несколько ссылок на один и тот же объект. Приведенная ниже программа создает два раз-личных объекта класса Point и в каждый из них заносит свои собст-венные значения. Оператор точка используется для доступа к переменным и методам объекта.
class TwoPoints {
public static void main(String args[]) {
Point p1 = new Point();
Point p2 = new Point();
p1.x = 10;
p1.y = 20;
р2.х = 42;
р2.у = 99;
System.out.println("x = " + p1.x + " у = " + p1.y);
System.out.println("x = " + р2.х + " у = " + р2.у);
} }
В этом примере снова использовался класс Point, было создано два объекта этого класса, и их переменным х и у присвоены различные зна-чения. Таким образом мы продемонстрировали, что переменные различ-ных объектов независимы на самом деле. Ниже приведен результат, полученный при выполнении этой программы.
С:\> Java TwoPoints
х = 10 у = 20
х = 42 у = 99
замечание
Поскольку при запуске интерпретатора мы указали в командной строке не класс Point, а класс TwoPoints, метод main класса Point был полностью проигнорирован. Добавим в класс Point метод main и, тем самым, получим закончен-ную программу.
class Point { int х, у;
public static void main(String args[]) {
Point p = new Point();
р.х = 10;
p.у = 20;
System.out.println("x = " + р.х + " у = " + p.y);
} }
Объявление методов
Методы - это подпрограммы, присоединенные к кон-кретным определениям классов. Они описываются внутри определения класса на том же уровне, что и переменные объектов. При объявлении метода задаются тип возвращаемого им результата и список параметров. Общая форма объявления метода такова:
тип имя_метода (список формальных параметров) {
тело метода:
}
Тип результата, который должен возвращать метод может быть любым, в том числе и типом void - в тех случаях, когда возвращать результат не требуется. Список формальных параметров - это последова-тельность пар тип-идентификатор, разделенных запятыми. Если у метода параметры отсутствуют, то после имени метода должны стоять пустые круглые скобки.
class Point { int х, у;
void init(int a, int b) {
х = а;
У = b;
} }
В Java отсутствует возможность передачи параметров по ссылке на примитивный тип. В Java все пара-метры примитивных типов передаются по значению, а это означает, что у метода нет доступа к исходной переменной, использованной в качестве параметра. Заметим, что все объекты передаются по ссылке, можно изменять содержимое того объекта, на который ссыла-ется данная переменная. В главе 12 Вы узнаете, как предать переменные примитивных типов по ссылке (через обрамляющие классы-оболочки).
Скрытие переменных представителей
В языке Java не допускается использование в одной или во вложен-ных областях видимости двух локальных переменных с одинаковыми именами. Интересно отметить, что при этом не запрещается объявлять формальные параметры методов, чьи имена совпадают с именами переменных представителей. Давайте рассмотрим в качестве примера иную версию метода init, в которой формальным пара-метрам даны имена х и у, а для доступа к одноименным переменным текущего объекта используется ссылка this.
class Point { int х, у;
void init(int х, int у) {
this.x = х;
this.у = у } }
class TwoPointsInit {
public static void main(String args[]) {
Point p1 = new Point();
Point p2 = new Point();
p1.init(10,20);
p2.init(42,99);
System.out.println("x = " + p1.x + " у = ∙∙ + p-l.y);
System.out.printlnC'x = " + p2.x + " у = ∙∙ + p2.y);
} }
Конструкторы
Инициализировать все переменные класса всякий раз, когда создается его очередной представитель _ довольно утомительное дело даже в том случае, когда в классе имеются функции, подобные методу init. Для этого в Java предусмотрены специальные методы, называемые конструкторами. Конструктор _ это метод класса, который инициали-зирует новый объект после его создания. Имя конструктора всегда со-впадает с именем класса, в котором он расположен (также, как и в C++). У конструкторов нет типа возвращаемого результата - никакого, даже void. Заменим метод init из предыду-щего примера конструктором.
class Point { int х, у;
Point(int х, int у) {
this.x = х;
this.у = у;
} }
class PointCreate {
public static void main(String args[]) {
Point p = new Point(10,20);
System.out.println("x = " + p.x + " у = " + p.у);
} }
Программисты на Pascal (Delphi) для обозначения конструктора используют ключевое слово constructor.
Совмещение методов
Язык Java позволяет создавать несколько методов с одинаковыми именами, но с разными списками параметров. Такая техника называется совмещением методов (method overloading). В качестве примера при-ведена версия класса Point, в которой совмещение методов использовано для определения альтернативного конструктора, который инициализиру-ет координаты х и у значениями по умолчанию (-1).
class Point { int х, у;
Point(int х, int у) {
this.x = х;
this.у = у;
}
Point() {
х = -1;
у = -1;
} }
class PointCreateAlt {
public static void main(String args[]) {
Point p = new Point();
System.out.println("x = " + p.x + " у = " + p.y);
} }
В этом примере объект класса Point создается не при вызове первого конструктора, как это было раньше, а с помощью второго конструктора без параметров. Вот результат работы этой программы:
С:\> java PointCreateAlt
х = -1 у = -1
ЗАМЕЧАНИЕ
Решение о том, какой конструктор нужно вызвать в том или ином случае, принимается в соответствии с количеством и типом параметров, указанных в операторе new. Недопустимо объявлять в классе методы с одинаковыми именами и сигнатурами. В сигнатуре метода не учитываются имена формальных параметров учитываются лишь их типы и количество.
this в конструкторах
Очередной вариант класса Point показывает, как, используя this и со-вмещение методов, можно строить одни конструкторы на основе других.
class Point { int х, у;
Point(int х, int у) {
this.x = х;
this.у = у;
}
Point() {
this(-1, -1);
} }
В этом примере второй конструктор для завершения инициализации объекта обращается к первому конструктору.
Методы, использующие совмещение имен, не обязательно должны быть конструкторами. В следующем примере в класс Point добавлены два метода distance. Функция distance возвращает расстояние между двумя точками. Одному из совмещенных методов в качестве параметров передаются координаты точки х и у, другому же эта информация пере-дается в виде параметра-объекта Point.
class Point { int х, у;
Point(int х, int у) {
this.x = х;
this. y = y;
}
double distance(int х, int у) {
int dx = this.x - х;
int dy = this.у - у;
return Math.sqrt(dx*dx + dy*dy);
}
double distance(Point p) {
return distance(p.x, p.y);
} }
class PointDist {
public static void main(String args[]) {
Point p1 = new Point(0, 0);
Point p2 = new Point(30, 40);
System.out.println("p1 = " + pi.x + ", " + p1.y);
System.out.println("p2 = " + p2.x + ", " + p2.y);
System.out.println("p1.distance(p2) = " + p1.distance(p2));
System.out.println("p1.distance(60, 80) = " + p1.distance(60, 80));
} }
Обратите внимание на то как во второй фороме метода distance для получения результата вызывается его первая форма. Ниже приведен результат работы этой программы:
С:\> java PointDist
р1 = 0, 0
р2 = 30, 40
р1.distance(p2) = 50.0
p1.distance(60, 80) = 100.0
Наследование
Вторым фундаментальным свойством объектно-ориентированного под-хода является наследование (первый _ инкапсуляция). Классы-потомки имеют возможность не только создавать свои собственные переменные и методы, но и наследовать переменные и методы классов-предков. Классы-потомки принято называть подклассами. Непосредственного предка данного класса называют его суперклассом. В очередном примере показано, как расширить класс Point таким образом, чтобы включить в него третью координату z.
class Point3D extends Point { int z;
Point3D(int x, int y, int z) {
this.x = x;
this.у = у;
this.z = z; }
Point3D() {
this(-1,-1,-1);
} }
В этом примере ключевое слово extends используется для того, чтобы сообщить транслятору о намерении создать подкласс класса Point. Как видите, в этом классе не понадобилось объявлять переменные х и у, по-скольку Point3D унаследовал их от своего суперкласса Point.
ВНИМАНИЕ
Вероятно, программисты, знакомые с C++, очевидно ожидают, что сей-час мы начнем обсуждать концепцию множественного наследования. Под множественным наследованием понимается создание класса, имеющего несколько суперклассов. Однако в языке Java ради обеспечения высокой производительности и большей ясности исходного кода множественное наследование реализовано не было. В большинстве случаев, когда требуется множественное наследование, проблему можно решить с помощью имеющегося в Java механизма интерфейсов, описанного в следующей главе.
super
В примере с классом Point3D частично повторялся код, уже имев-шийся в суперклассе. Вспомните, как во втором конструк-торе мы использовали this для вызова первого конструктора того же класса. Аналогичным образом ключевое слово super позволяет обратить-ся непосредственно к конструктору суперкласса (в Delphi / С++ для этого используется ключевое слово inherited).
class Point3D extends Point { int z;
Point3D(int x, int у, int z) {
super(x, y); // Здесь мы вызываем конструктор суперкласса this.z=z;
public static void main(String args[]) {
Point3D p = new Point3D(10, 20, 30);
System.out.println( " x = " + p.x + " y = " + p.y +
" z = " + p.z);
} }
Вот результат работы этой программы:
С:\> java Point3D
x = 10 у = 20 z = 30
Замещение методов
Новый подкласс Point3D класса Point наследует реализацию метода distance своего суперкласса (пример PointDist.java). Проблема заключается в том, что в классе Point уже определена версия метода distance(mt х, int у), которая возвращает обычное расстояние между точ-ками на плоскости. Мы должны заместить (override) это определение метода новым, пригодным для случая трехмерного пространства. В сле-дующем примере проиллюстрировано и совмещение (overloading), и за-мещение (overriding) метода distance.
class Point { int х, у;
Point(int х, int у) {
this.x = х;
this.у = у;
}
double distance(int х, int у) {
int dx = this.x - х;
int dy = this.у - у:
return Math,sqrt(dx*dx + dy*dy);
}
double distance(Point p) {
return distance(p.х, p.y);
}
}
class Point3D extends Point { int z;
Point3D(int х, int y, int z) {
super(x, y);
this.z = z;
(
double distance(int х, int y, int z) {
int dx = this.x - х;
int dy = this.y - y;
int dz = this.z - z;
return Math.sqrt(dx*dx + dy*dy + dz*dz);
}
double distance(Point3D other) {
return distance(other.х, other.y, other.z);
}
double distance(int х, int y) {
double dx = (this.x / z) - х;
double dy = (this.у / z) - y;
return Math.sqrt(dx*dx + dy*dy);
}
}
class Point3DDist {
public static void main(String args[]) {
Point3D p1 = new Point3D(30, 40, 10);
Point3D p2 = new Point3D(0, 0, 0);
Point p = new Point(4, 6);
System.out.println("p1 = " + p1.x + ", " + p1.y + ", " + p1.z);
System.out.println("p2 = " + p2.x + ", " + p2.y + ", " + p2.z);
System.out.println("p = " + p.x + ", " + p.y);
System.out.println("p1.distance(p2) = " + p1.distance(p2));
System.out.println("p1.distance(4, 6) = " + p1.distance(4, 6));
System.out.println("p1.distance(p) = " + p1.distance(p));
} }
Ниже приводится результат работы этой программы:
С:\> Java Point3DDist
p1 = 30, 40, 10
р2 = 0, 0, 0
р = 4, 6
p1.distance(p2) = 50.9902
p1.distance(4, 6) = 2.23607
p1.distance(p) = 2.23607
Обратите внимание _ мы получили ожидаемое расстояние между трехмерными точками и между парой двумерных точек. В примере используется механизм, который называется динамическим назначением методов (dynamic method dispatch).
Динамическое назначение методов
Давайте в качестве примера рассмотрим два класса, у которых имеют простое родство подкласс / суперкласс, причем единственный метод суперкласса замещен в подклассе.
class A { void callme() {
System.out.println("Inside A's callrne method");
class В extends A { void callme() {
System.out.println("Inside B's callme method");
} }
class Dispatch {
public static void main(String args[]) {
A a = new B();
a.callme();
} }
Обратите внимание _ внутри метода main мы объявили переменную а класса А, а проинициализировали ее ссылкой на объект класса В. В следующей строке мы вызвали метод callme. При этом транслятор про-верил наличие метода callme у класса А, а исполняющая система, уви-дев, что на самом деле в переменной хранится представитель класса В, вызвала не метод класса А, а callme класса В. Ниже приведен результат работы этой программы:
С:\> Java Dispatch
СОВЕТ
Программистам Delphi / C++ следует отметить, что все Java по умолчанию являются виртуальными функциями (ключевое слово virtual).
Рассмотренная форма динамического полиморфизма времени выполнения представляет собой один из наиболее мощных механизмов объектно-ориентированного программирования, позволяющих писать надеж-ный, многократно используемый код.
final
Все методы и переменные объектов могут быть замещены по умолча-нию. Если же вы хотите объявить, что подклассы не имеют права за-мещать какие-либо переменные и методы вашего класса, вам нужно объ-явить их как final (в Delphi / C++ не писать слово virtual).
final int FILE_NEW = 1;
По общепринятому соглашению при выборе имен переменных типа final _ используются только символы верхнего регистра (т.е. используются как аналог препроцерных констант C++). Использование final-методов порой приводит к выигрышу в скорости выполнения кода _ поскольку они не могут быть замещены, транслятору ничто не мешает заменять их вызовы встроенным (in-line) кодом (байт-код копируется непосредственно в код вызывающего метода).
finalize
В Java существует возможность объявлять методы с именем finalize. Методы finalize аналогичны деструкторам в C++ (ключевой знак ~) и Delphi (ключевое слово destructor). Исполняющая среда Java будет вызывать его каждый раз, когда сборщик мусора соберется уничтожить объект этого класса.
static
Иногда требуется создать метод, который можно было бы использо-вать вне контекста какого-либо объекта его класса. Так же, как в случае main, все, что требуется для создания такого метода _ указать при его объ-явлении модификатор типа static. Статические методы могут непосред-ственно обращаться только к другим статическим методам, в них ни в каком виде не допускается использование ссылок this и super. Перемен-ные также могут иметь тип static, они подобны глобальным перемен-ным, то есть доступны из любого места кода. Внутри статических методов недопустимы ссылки на переменные представителей. Ниже приведен пример класса, у которого есть статические переменные, статический метод и статический блок инициализации.
class Static {
static int a = 3;
static int b;
static void method(int x) {
System.out.println("x = " + x);
System.out.println("a = " + a);
System.out.println("b = " + b);
}
static {
System.out.println("static block initialized");
b = a * 4;
}
public static void main(String args[]) {
method(42);
} }
Ниже приведен результат запуска этой программы.
С:\> java Static static block initialized
Х = 42
А = 3
B = 12
В следующем примере мы создали класс со статическим методом и несколькими статическими переменными. Второй класс может вызывать статический метод по имени и ссылаться на статические переменные непосредственно через имя класса.
class StaticClass {
static int a = 42;
static int b = 99;
static void callme() {
System.out.println("a = " + a);
} }
class StaticByName {
public static void main(String args[]) {
StaticClass.callme();
System.out.println("b = " + StaticClass.b);
} }
А вот и результат запуска этой программы:
С:\> Java StaticByName
а = 42 b = 99
abstract
Бывают ситуации, когда нужно определить класс, в котором задана структура какой-либо абстракции, но полная реализация всех методов от-сутствует. В таких случаях вы можете с помощью модификатора типа ab-stract объявить, что некоторые из методов обязательно должны быть заме-щены в подклассах. Любой класс, содержащий методы abstract, также должен быть объявлен, как abstract. Поскольку у таких классов отсутствует полная реализация, их представи-телей нельзя создавать с помощью оператора new. Кроме того, нельзя объ-являть абстрактными конструкторы и статические методы. Любой под-класс абстрактного класса либо обязан предоставить реализацию всех абстрактных методов своего суперкласса, либо сам должен быть объявлен абстрактным.
abstract class A {
abstract void callme();
void metoo() {
System.out.println("Inside A's metoo method");
} }
class B extends A {
void callme() {
System.out.println("Inside B's callme method");
} }
class Abstract {
public static void main(String args[]) {
A a = new B():
a.callme():
a.metoo():
} }
В нашем примере для вызова реализованного в под-классе класса А метода callme и реализованного в классе А метода metoo используется динамическое назначение методов, которое мы обсуждали раньше.
С:\> Java Abstract
Классическое заключение
В этой главе вы научились создавать классы, конструкторы и методы. Вы осознали разницу между совмещением (overloading) и замещением (overriding) методов. Специальные переменные this и super помогут вам сослаться на текущий объект и на его суперкласс. В ходе эволюции языка Java стало ясно, что в язык нужно ввести еще несколько организационных механизмов - возможности более динамич-ного назначения методов и возможности более тонкого управления про-странством имен класса и уровнями доступа к переменным и методам объектов. Оба этих механизма - интерфейсы и пакеты, описаны в сле-дующей главе.