Java与面向对象程序设计综合教程
前言
Java是一门纯粹的面向对象编程语言，学习Java的过程，本质上就是学习和实践面向对象思想的过程，本教程将遵循这一核心原则，不仅教你Java的语法,更会深入讲解每一项语法背后的OOP设计理念。
（图片来源网络，侵删）
第一部分：Java基础入门
在进入面向对象的世界之前,我们需要了解Java这门语言的基本构成和运行环境。
第1章：Java概述与环境搭建
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什么是Java？
- 高级、面向对象、平台无关的编程语言。
- “一次编写，到处运行”（Write Once, Run Anywhere）的跨平台特性,由Java虚拟机实现。
- 拥有庞大的标准库（API）和活跃的生态系统。
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Java开发环境配置
- JDK (Java Development Kit): Java开发工具包，包含编译器、JVM和核心类库。
- JRE (Java Runtime Environment): Java运行时环境，包含JVM和核心类库,用于运行Java程序。
- JVM (Java Virtual Machine): Java虚拟机,是Java实现跨平台的核心。
- 安装JDK: 访问Oracle官网或OpenJDK官网下载并安装适合你操作系统的JDK。
- 配置环境变量: 设置
JAVA_HOME和PATH变量，以便在命令行中使用javac和java命令。
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第一个Java程序：Hello, World!
（图片来源网络，侵删）- 源代码:
HelloWorld.javapublic class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello, World!"); } } - 编译:
javac HelloWorld.java生成HelloWorld.class字节码文件。 - 运行:
java HelloWorld启动JVM执行程序。
- 源代码:
第2章：Java基本语法
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数据类型
- 基本类型:
byte,short,int,long,float,double,char,boolean，它们是值,直接存储在内存栈中。 - 引用类型: 类、接口、数组等,它们存储的是指向对象在内存堆中地址的引用。
- 基本类型:
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变量与常量
- 变量是内存中一个数据存储区域的名称。
- 常量使用
final关键字修饰,其值一旦赋便不能改变。
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运算符
- 算术运算符 (, , , , )、关系运算符 (
>,<, , )、逻辑运算符 (&&, , )、位运算符等。
- 算术运算符 (, , , , )、关系运算符 (
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流程控制
（图片来源网络，侵删）- 条件语句:
if-else,switch-case - 循环语句:
for,while,do-while - 跳转语句:
break,continue,return
- 条件语句:
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数组
- 相同类型数据的有序集合,长度固定。
- 一维数组:
int[] numbers = new int[5]; - 多维数组:
int[][] matrix = new int[3][4];
第二部分：面向对象程序设计的核心
这是本教程的核心，我们将从最基础的类和对象开始,逐步深入到OOP的四大支柱。
第3章：类与对象
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面向对象思想
- 万物皆对象: 将现实世界中的事物抽象成程序中的对象。
- 类与对象的关系: 类是对象的模板（蓝图），对象是类的具体实例。
- 类: 定义了一类事物共有的属性（成员变量）和行为（方法）。
- 对象: 是类的实例,拥有具体的属性值和可以执行的行为。
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定义类
public class Car { // Car是类名，遵循大驼峰命名法 // 1. 成员变量 (属性) String brand; // 品牌 String color; // 颜色 int speed; // 速度 // 2. 构造方法 // 用于创建对象时初始化对象 public Car(String brand, String color) { this.brand = brand; this.color = color; this.speed = 0; // 初始速度为0 } // 3. 成员方法 (行为) public void accelerate(int increment) { this.speed += increment; System.out.println("汽车加速，当前速度: " + this.speed + " km/h"); } public void brake() { this.speed = 0; System.out.println("汽车刹车，已停止。"); } // 4. toString() 方法 (重写) @Override public String toString() { return "Car [brand=" + brand + ", color=" + color + ", speed=" + speed + "]"; } } -
创建与使用对象
public class Main { public static void main(String[] args) { // 使用 new 关键字和构造方法创建对象 Car myCar = new Car("Toyota", "Red"); Car yourCar = new Car("BMW", "Black"); // 访问对象的成员变量和方法 System.out.println(myCar.toString()); // 调用重写的toString方法 myCar.accelerate(30); // 调用accelerate方法 myCar.brake(); } }
第4章：封装
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什么是封装？
- 将对象的属性（数据）和行为（方法）包装在一个独立的单元（类）中。
- 隐藏内部实现细节：对象的使用者不需要知道对象内部是如何工作的,只需要通过公共的方法与对象交互。
- 保护数据：通过访问修饰符控制对内部数据的访问，防止外部代码随意修改对象的状态,保证数据的完整性和安全性。
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访问修饰符
private: 只能在本类内部访问,用于隐藏成员变量。default(即不加修饰符): 同一个包内可见。protected: 同一个包内或不同包的子类可见。public: 任何地方都可见,用于提供公共的访问方法。
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实践：封装的Car类
public class Car { private String brand; // 将brand设为private，外部无法直接访问 private int speed; public Car(String brand) { this.brand = brand; } // 提供公共的getter方法来读取私有属性 public String getBrand() { return this.brand; } // 提供公共的setter方法来修改私有属性，并可以加入逻辑判断 public void setSpeed(int speed) { if (speed >= 0 && speed <= 300) { // 限制速度范围 this.speed = speed; } else { System.out.println("速度无效！"); } } public int getSpeed() { return this.speed; } }
第5章：继承
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什么是继承？
- 一个类可以获取另一个类的属性和方法，这被称为“继承”。
- 目的: 实现代码复用,建立类之间的层次关系。
- 术语:
- 父类 / 基类 / 超类
- 子类 / 派生类
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extends关键字- Java只支持单继承，即一个类只能有一个直接父类,但可以通过接口实现多继承的效果。
- 子类会自动继承父类的非
private成员。
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实践：继承的例子
// 父类 public class Animal { private String name; public Animal(String name) { this.name = name; } public void eat() { System.out.println(name + " is eating."); } } // 子类 Dog 继承自 Animal public class Dog extends Animal { // Dog 类自动拥有 name 属性和 eat() 方法 public Dog(String name) { super(name); // 调用父类的构造方法 } // Dog 自己特有的方法 public void bark() { System.out.println("Woof! Woof!"); } } // 测试 public class Main { public static void main(String[] args) { Dog myDog = new Dog("Buddy"); myDog.eat(); // 调用从父类继承的方法 myDog.bark(); // 调用自己的方法 } }
第6章：多态
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什么是多态？
- 字面意思: “多种形态”，指同一个行为,对于不同的对象有不同的表现形式。
- 核心条件:
- 继承
- 方法重写
- 父类引用指向子类对象 (
Parent p = new Child();)
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方法重写
- 子类可以提供一个与父类具有相同方法名、参数列表和返回类型的方法,从而覆盖掉父类的实现。
- 使用
@Override注解是一个好习惯,它可以编译器检查是否正确重写。
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实践：多态的例子
// 父类 class Animal { public void makeSound() { System.out.println("Some generic animal sound"); } } // 子类1 class Cat extends Animal { @Override public void makeSound() { System.out.println("Meow"); } } // 子类2 class Dog extends Animal { @Override public void makeSound() { System.out.println("Woof"); } } // 测试多态 public class Main { public static void main(String[] args) { // 父类引用指向子类对象 Animal myCat = new Cat(); Animal myDog = new Dog(); // 同一个方法，调用不同的实现 myCat.makeSound(); // 输出: Meow myDog.makeSound(); // 输出: Woof } }
第7章：抽象
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什么是抽象？
- 抽象是隐藏复杂细节,只显示必要信息的过程。
- 在Java中，主要通过 抽象类 和 接口 来实现。
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抽象类
- 使用
abstract关键字修饰的类就是抽象类。 - 特点:
- 不能被实例化（不能
new一个抽象对象）。 - 可以包含抽象方法（只有声明，没有实现）和具体方法（有实现）。
- 作用：作为父类，为子类提供一个通用的模板,子类必须实现所有抽象方法。
- 不能被实例化（不能
// 抽象类 abstract class Shape { // 抽象方法 public abstract double calculateArea(); // 具体方法 public void display() { System.out.println("This is a shape."); } } // 子类必须实现所有抽象方法 class Circle extends Shape { private double radius; public Circle(double radius) { this.radius = radius; } @Override public double calculateArea() { return Math.PI * radius * radius; } } - 使用
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接口
- 接口是一种更纯粹的抽象形式，它定义了一组规范或契约。
- 特点:
- 在Java 8之前，接口中的方法都是
public abstract的，变量都是public static final的。 - Java 8+ 接口可以有
default方法和static方法。 - 一个类可以实现多个接口,弥补了Java单继承的不足。
- 在Java 8之前，接口中的方法都是
interface Flyable { void fly(); // 默认是 public abstract } interface Swimmable { void swim(); } // 一个类可以实现多个接口 class Duck implements Flyable, Swimmable { @Override public void fly() { System.out.println("Duck is flying."); } @Override public void swim() { System.out.println("Duck is swimming."); } }
第三部分：Java高级特性与核心API
掌握了OOP核心后,我们来看一些Java中至关重要的特性和API。
第8章：异常处理
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什么是异常？
- 程序在运行时出现的非正常事件,会中断正常的指令流。
- 文件不存在、网络连接中断、数字格式错误等。
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异常处理机制 (
try-catch-finally)try: 将可能发生异常的代码块包裹起来。catch: 捕获并处理特定类型的异常。finally: 无论是否发生异常，finally块中的代码都会被执行（通常用于资源释放）。
try { int result = 10 / 0; // 会抛出 ArithmeticException } catch (ArithmeticException e) { System.out.println("不能除以零! " + e.getMessage()); } finally { System.out.println("这段代码总会执行。"); } -
异常体系
Throwable是所有异常和错误的顶级父类。Error: 严重错误，通常不需要程序员处理（如OutOfMemoryError）。Exception: 程序可以捕获并处理的异常。RuntimeException: 运行时异常（如NullPointerException,ArithmeticException）,编译器不强制检查。Checked Exception: 受检异常（如IOException,SQLException）,编译器强制要求处理。
第9章：常用核心API
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字符串处理
String: 不可变的字符序列。StringBuilder/StringBuffer: 可变的字符序列，用于高效拼接字符串（StringBuffer线程安全）。
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集合框架
- 用于存储和操作一组对象。
- 核心接口:
List: 有序、可重复，实现类：ArrayList(基于数组，查询快),LinkedList(基于链表，增删快)。Set: 无序、不可重复，实现类：HashSet(基于哈希表),TreeSet(基于树，可排序)。Map: 键值对存储，键不可重复，实现类：HashMap(最常用),TreeMap(键可排序)。
// List 示例 List<String> names = new ArrayList<>(); names.add("Alice"); names.add("Bob"); System.out.println(names.get(0)); // Alice // Map 示例 Map<String, Integer> ages = new HashMap<>(); ages.put("Alice", 30); ages.put("Bob", 25); System.out.println(ages.get("Alice")); // 30 -
I/O (输入/输出)
- 用于读写文件、网络数据等。
- 流: 数据的序列,分为字节流和字符流。
- 常用类:
FileInputStream/FileOutputStream(字节流)FileReader/FileWriter(字符流)BufferedReader/BufferedWriter(缓冲流,提高效率)
第10章：泛型
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什么是泛型？
- 在编译时进行类型检查的机制，允许在定义类、接口和方法时使用类型参数。
- 好处:
- 类型安全: 在编译时就能发现类型不匹配的错误,而不是在运行时。
- 消除强制类型转换: 代码更简洁,可读性更高。
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实践：泛型集合
// 在Java 5之前 List list = new ArrayList(); list.add("hello"); String str = (String) list.get(0); // 需要强制转换 // 使用泛型 List<String> stringList = new ArrayList<>(); stringList.add("world"); String str2 = stringList.get(0); // 无需强制转换，编译器保证类型安全
第四部分：总结与展望
第11章：总结
- Java与OOP是密不可分的,Java的语法结构就是为OOP设计的。
- 四大支柱:
- 封装：保护数据,隐藏实现。
- 继承：代码复用,建立关系。
- 多态：统一接口，不同实现,提高灵活性。
- 抽象：定义规范,降低耦合。
- 核心特性：异常处理、集合框架、I/O、泛型等是构建健壮、高效Java程序的基础。
第12章：学习路径与展望
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下一步学习:
- Java高级: 并发编程、网络编程、注解、反射。
- 框架学习: Spring Boot (企业级开发首选)、MyBatis (数据库ORM)。
- 构建工具: Maven / Gradle。
- 版本控制: Git。
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实践出真知:
- 多写代码，从小的项目开始，如图书管理系统、学生信息管理系统、简单的Web应用等。
- 阅读优秀的开源项目代码,学习他人的设计思想和编码风格。
希望这份教程能为你打开Java与面向对象世界的大门！祝你学习愉快！
