5.Java 面向对象编程入门：类与对象的创建和使用

在现实生活中，我们常常会接触到各种各样的对象，比如一辆汽车、一个学生、一部手机等。这些对象都具有各自的属性和行为。例如，汽车有颜色、品牌、型号等属性，还有启动、加速、刹车等行为；学生有姓名、年龄、学号等属性，还有学习、考试、参加活动等行为。而在 Java 编程中，面向对象编程（Object - Oriented Programming, OOP）就是将现实世界中的对象抽象成计算机中的类和对象，通过类来描述对象的共同属性和行为，通过对象来具体实现这些属性和行为。本文将以生活实例引入面向对象编程概念，详细讲解 Java 中类的定义、属性和方法，以及对象的创建与使用，并通过简单的学生信息管理案例，让读者理解类和对象的关系。

一、面向对象编程概念引入

1. 生活中的对象与类

我们先从生活中的例子来理解类和对象的概念。假如我们要描述一群学生，每个学生都有姓名、年龄、性别等属性，都有学习、说话、走路等行为。那么，我们可以把 “学生” 这个整体看作一个类（Class），它定义了所有学生共同的属性和行为；而每一个具体的学生，比如张三、李四，就是这个类的一个对象（Object），是类的具体实例。类是抽象的，它描述了一组对象的共同特征和行为；对象是具体的，是类的一个实例，具有类所定义的属性和行为。

再比如，我们日常生活中使用的手机，不同品牌、型号的手机都属于 “手机” 这个类，它们都有屏幕、电池、摄像头等属性，都有打电话、发短信、上网等行为。而每一部具体的手机，如华为 P60、苹果 iPhone 15，就是 “手机” 类的对象。

2. 面向对象编程的优势

面向对象编程具有封装、继承、多态三大特性，这些特性使得程序更加模块化、可维护、可扩展。封装是将数据和操作数据的方法封装在一起，形成一个独立的单元，对外隐藏内部的实现细节，只提供必要的接口；继承是子类继承父类的属性和方法，从而实现代码的复用；多态是指同一个方法在不同的子类中可以有不同的实现方式，从而提高程序的灵活性和扩展性。

二、Java 中类的定义

1. 类的基本结构

在 Java 中，类的定义使用 class 关键字，其基本结构如下：

public class ClassName {// 属性（成员变量）// 方法（成员方法）
}

其中，public 是访问修饰符，表示该类可以被其他类访问；ClassName 是类名，通常使用驼峰命名法，首字母大写。

2. 属性（成员变量）

属性是类的状态描述，用于表示对象的特征。在类中定义属性时，需要指定属性的类型和名称。例如，定义一个学生类 Student，其中包含姓名、年龄、学号等属性：

public class Student {// 姓名private String name;// 年龄private int age;// 学号private String studentId;
}

这里使用 private 访问修饰符，表示这些属性只能在本类中被访问，对外隐藏了内部的实现细节，体现了封装性。

3. 方法（成员方法）

方法是类的行为描述，用于表示对象可以执行的操作。方法包括方法名、返回值类型、参数列表和方法体。例如，在 Student 类中定义获取学生信息的方法 getStudentInfo 和设置学生姓名的方法 setName：

public class Student {private String name;private int age;private String studentId;// 获取学生信息的方法public String getStudentInfo() {return "姓名：" + name + "，年龄：" + age + "，学号：" + studentId;}// 设置学生姓名的方法public void setName(String name) {this.name = name;}
}

public 表示该方法可以被其他类访问；String 是 getStudentInfo 方法的返回值类型，表示该方法返回一个字符串；void 表示 setName 方法没有返回值；String name 是 setName 方法的参数列表，表示该方法需要接收一个字符串类型的参数 name；this.name 中的 this 关键字表示当前对象，用于区分方法参数和类的属性。

三、对象的创建与使用

1. 对象的创建

创建对象需要使用 new 关键字，后跟类名和构造方法。构造方法是一种特殊的方法，用于初始化对象的属性。如果我们没有显式地定义构造方法，Java 会自动生成一个无参构造方法。例如，创建一个 Student 类的对象：

Student student = new Student();

这里 student 是对象变量，用于引用创建的对象；new Student() 表示创建一个 Student 类的对象，并调用无参构造方法对对象进行初始化。

2. 对象的使用

创建对象后，就可以通过对象名和点运算符来访问对象的方法和属性（需要注意属性的访问修饰符，如果属性是 private，则不能直接访问，需要通过公共的方法来访问和修改）。例如，使用上面创建的 student 对象：

// 设置学生姓名
student.setName("张三");
// 设置学生年龄
student.setAge(20); // 假设我们添加了设置年龄的方法
// 设置学生学号
student.setStudentId("20230001"); // 假设我们添加了设置学号的方法
// 获取学生信息并输出
System.out.println(student.getStudentInfo());

这里假设我们在 Student 类中添加了 setAge 和 setStudentId 方法，用于设置年龄和学号属性。

四、学生信息管理案例

1. 案例需求

实现一个简单的学生信息管理系统，能够创建学生对象，设置学生的姓名、年龄、学号等信息，获取学生信息，并展示学生信息。

2. 案例实现

2.1 定义 Student 类

public class Student {private String name;private int age;private String studentId;// 无参构造方法public Student() {}// 有参构造方法，用于初始化属性public Student(String name, int age, String studentId) {this.name = name;this.age = age;this.studentId = studentId;}// 获取姓名public String getName() {return name;}// 设置姓名public void setName(String name) {this.name = name;}// 获取年龄public int getAge() {return age;}// 设置年龄public void setAge(int age) {this.age = age;}// 获取学号public String getStudentId() {return studentId;}// 设置学号public void setStudentId(String studentId) {this.studentId = studentId;}// 获取学生信息public String getInfo() {return "学生信息：姓名=" + name + ", 年龄=" + age + ", 学号=" + studentId;}
}

在这个 Student 类中，我们定义了无参构造方法和有参构造方法，方便创建对象时初始化属性；同时定义了各个属性的 getter 和 setter 方法，用于访问和修改属性；还定义了 getInfo 方法，用于获取学生的详细信息。

2.2 创建学生对象并管理信息

public class StudentManager {public static void main(String[] args) {// 创建学生对象，使用无参构造方法Student student1 = new Student();// 设置学生信息student1.setName("李四");student1.setAge(21);student1.setStudentId("20230002");// 获取并输出学生信息System.out.println(student1.getInfo());// 创建学生对象，使用有参构造方法初始化信息Student student2 = new Student("王五", 22, "20230003");// 获取并输出学生信息System.out.println(student2.getInfo());}
}

在 StudentManager 类的 main 方法中，我们创建了两个学生对象 student1 和 student2，分别使用无参构造方法和有参构造方法，并对学生信息进行设置和获取，最后输出学生信息。

3. 案例分析

通过这个案例，我们可以清楚地看到类和对象的关系。Student 类是一个模板，定义了学生的共同属性和行为；而 student1 和 student2 是 Student 类的具体对象，它们具有 Student 类所定义的属性和行为，但各自的属性值可以不同。每个对象都是独立的，对一个对象的属性修改不会影响到另一个对象。