Java 學習筆記 08 – 類別與物件 Part 2

Part 1 提到過程導向與物件導向比較，及類別、物件之間的關係，這篇會進一步探討：

• 如何定義類別、宣告物件
• 物件導向特性一：封裝
• 修飾子、靜態成員、方法重寫
• 物件在記憶體的配置方法
• 參考型別變數

前面提到，物件導向是一種程式設計方法論，是以定義類別、建立物件的方式，將程式加以組合，降低互相的耦合性，認為物件具有屬性與方法，且屬性的狀態能夠被改變。
當在定義類別名稱，通常採大寫字母字首命名，屬性跟方法也要一起定義進去；由於類別本身就是用來建構物件，Java 有預設的建構子，如果自己想要客製建構程序，就一併定義進去。

class Book {
    // 屬性
    String name;
    int year;
    // 建構子（系統預設定義，也能撰寫自定義屬性與邏輯條件，但一自己定義建構子，Java 就預設不做）
    Book () {
    }
    // 建構子（可以客製帶入引數）
    Book (String name, int year) {
        this.name = name;
        this.year = year;
    }
    // 方法
    void printInfo() {
        System.out.printf("Name: %s, published year: %d", name, year);
    }
}

物件導向三大特性之一 — 封裝

當我們使用 new 關鍵字建立物件（new Book()/new Book("name",2024)），系統判斷帶入參數，選擇對應的建構子（Constructor）Book()/Book(String name, int year) 初始化、建立物件，如此一來，想建立多個物件，就不用一個個指定屬性及方法。

建構子的命名與自己類別名稱相同，使用 new 建構當下，便會執行建構子；類別本身就有不具引數的預設建構子，預設建構子不寫任何內容，但可以重寫加入定義條件，也能撰寫帶引數的建構子，自定義初始屬性與邏輯。

修飾子

考慮安全性，物件的狀態不隨便被外部更動，所以在定義類別時，會透過權限的概念，只允許類別存取特定類別的資料、方法，保護建構好的物件不會被隨意修改，這就是封裝（Encapsulation）的概念，而其中是以存、取修飾子來實現。

查到很多種修飾子的中文說法，有前置修飾子、權限修飾子、控制修飾子等翻譯，而修飾子有 public、private、protected、default 四種。

備註：

1. protected 修飾子標註屬性、方法可讓同檔案、繼承子類別存取。
2. default 為預設修飾子，可省略不寫。

// public 類別
public class publicClass() {
    public String attr1;
    publicClass() {}
}

// default 類別 (可省略修飾子)
class defaultClass() {
    public String attr1;
    defaultClass() {}
}

getter & setter

適當的封裝可以保護物件細節操作，而外部類別需要物件的資料，只能以公開接入方法取得、編輯內部屬性，慣例上會以 get屬性名()、set屬性名() 來命名。

class Book {
    String name;
    int year;
    Book (String name, int year) {
        this.name = name;
        this.year = year;
    }
    // getter
    public int getYear() {
        return this.year;
    }
    // setter
    public void setter(year) {
        this.year = year;
    }
    // printInfo 慣例上用 toString 來寫
    @Override
    public void toString() {
        System.out.printf("Name: %s, published year: %d", name, year);
    }
}

@override 重寫

原本的 printInfo() 在這裡改用 toString() 方法表達：
這裡要先帶到 所有類別都是繼承於 Object 這個類別 的觀念，toString() 來自於 Object 類別中的定義（java.lang.Object），預設 toString() 輸出是：

package.class@hashCode

由於產生的雜湊碼實用性不高，實務上會拿它重寫，印出方便辨識的物件屬性或其他資訊。

static 靜態成員

類別定義的屬性、方法依照目前範例，都在建立物件後才能呼叫，而靜態成員的存在，則不需建立就能用。

在型態前面加上 static，就表示靜態成員，當一個屬性或方法只要用了 public static 宣告，就可透過類別來呼叫，靜態類別在記憶體配置屬於 global（下面提到），所以每個靜態成員都是唯一的，且不能被覆寫。

public static void main(String[] args) {
    ...
}

這個方法異常熟悉對吧！
每個類別的 main 函式是類別建構的起點，在物件建立前就要執行，也就是為什麼 main 方法得是靜態成員。

Stack & Heap

討論變數時候提到，當宣告一個基本型態變數 & 指定常值，Java 會根據型別為它分配記憶體空間，詳細的說，是 JVM 在記憶體的 Stack 區域分配一塊空間給這個變數儲存常值。

int num = 10;

JVM 的記憶體配置空間分成 Global、Stack、Heap，其中 Global 放置全域資料，類別共用的靜態成員都儲存在這，類別一定義就建立，不因為產生新類別重複建立。
Stack 中文為堆疊，儲存基本型態變數。
Heap 中文為堆積，用來儲存參考型別物件變數。

參考型別變數

宣告物件是以參考位址的方式建立，JVM 先在 Stack 區域開一塊空間配置記憶位址給變數，new 建立物件時，根據位址再去 Heap 放物件本體。

討論型別時提到，基本型別包含 byte、short、int、long、float、double、boolean、char 八種。

至於參考型別，則是基本型別以外，又細分可以分四類：

• 類別：包含自定義類別（自己寫的）、官方類別（String、BigDecimal、Scanner等）、第三方開發類別
• 陣列（Array）
• 介面（interface，大小寫要注意）
• 列舉（enum）

參考型別屬於物件，同樣需要實例化才能使用，語法是

類別/介面名稱 自定義變數名稱 = new 類別物件();

public class DemoClass {

    public static void main(String[] args) {

        /* 通常參考型別變數需要傳入參數並使用構造函數（建構子）實例化
         * 但 String 算是例外，可以直接指定變數，Java 會自動建立實例
         */
        BigDecimal bd = new BigDecimal("1.0");
        String str = new String("test");        String str = "test";
    }

}

這篇記錄了類別如何定義、封裝、修飾子、靜態成員、方法重寫、記憶體儲存位置、參考型別變數，下篇會提到常見的類別們。