Java 从零到精通

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类与对象 ​

学习目标 ​

  • 区分类、对象、字段、构造器和方法。
  • 使用 private 字段和公开方法保护对象状态。
  • 编写带校验的构造器，避免创建无效对象。
  • 理解实例方法如何读取和修改同一个对象的状态。
  • 让一个对象持有另一个对象引用，表达简单协作关系。

前置知识 ​

已完成IntelliJ IDEA 调试，能够阅读测试失败信息，并能解释方法参数、返回值和字符串比较。

为什么需要类 ​

前面课程主要使用静态方法处理一段输入。面向对象开始关注“把数据和行为放在同一个概念里”。

一个课时不仅有标题和时长，还需要保证标题不能为空、时长必须为正数。把这些规则散落在多个方法中很容易遗漏；类可以把状态和规则集中起来：

java
CourseLesson lesson = new CourseLesson("类与对象", 45);
System.out.println(lesson.toDisplayText());

CourseLesson 是类，lesson 是这个类创建出来的对象。

字段与构造器 ​

字段保存对象状态。构造器负责创建对象时初始化字段：

java
public class CourseLesson {

    private final String title;
    private final int durationMinutes;

    public CourseLesson(String title, int durationMinutes) {
        if (title == null || title.isBlank()) {
            throw new IllegalArgumentException("title must not be blank");
        }
        if (durationMinutes <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("duration minutes must be positive");
        }
        this.title = title.strip();
        this.durationMinutes = durationMinutes;
    }
}

this.title 表示当前对象的字段，右侧的 title 是构造器参数。字段使用 private，调用者不能绕过构造器直接写入无效状态。

getter 与实例方法 ​

对象通常通过公开方法暴露必要信息：

java
public String getTitle() {
    return title;
}

public String toDisplayText() {
    return title + " (" + durationMinutes + " min)";
}

getTitle 和 toDisplayText 都是实例方法。调用时必须先有对象：

java
CourseLesson lesson = new CourseLesson("封装", 40);
String title = lesson.getTitle();

实例方法可以读取当前对象字段；如果字段不是 final，实例方法也可以按规则修改它。

可变对象状态 ​

学习进度会随时间变化，因此 completedMinutes 不是 final：

java
public class LessonProgress {

    private final CourseLesson lesson;
    private int completedMinutes;

    public void recordStudyMinutes(int minutes) {
        if (minutes <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("minutes must be positive");
        }
        completedMinutes = Math.min(
                lesson.getDurationMinutes(),
                completedMinutes + minutes);
    }
}

这里仍然不允许调用者直接修改字段。调用者只能通过 recordStudyMinutes 增加学习时长，因此对象可以保证完成分钟数不会超过课时时长。

对象之间的协作 ​

LessonProgress 持有一个 CourseLesson 对象引用：

java
CourseLesson lesson = new CourseLesson("构造器", 30);
LessonProgress progress = new LessonProgress(lesson);

进度对象不需要复制课时标题和时长，只要引用课时对象并在需要时调用它的方法：

java
public int remainingMinutes() {
    return lesson.getDurationMinutes() - completedMinutes;
}

这就是最基础的对象协作：一个对象负责课时信息，另一个对象负责学习进度。

static 与实例成员 ​

前面章节的工具类常写成：

java
public static int sum(int[] values)

静态方法属于类本身，不依赖某个对象。实例方法属于具体对象，可以访问该对象的字段。

本章优先使用实例方法，因为每个课时、每份学习进度都有自己的状态。若方法只是无状态工具，再考虑 static。

可运行代码 ​

使用 Java 21 运行对应测试：

bash
mvn -B -pl examples/java-core -am test
mvn -B -pl exercises/object-oriented/starter -am compile
mvn -B -pl exercises/object-oriented/solution -am test

常见错误与调试提示 ​

  • 字段设为 public：外部代码可以绕过规则写入无效状态。
  • 构造器不校验参数：对象一创建就可能处于错误状态。
  • 忘记 this：字段名和参数名相同时，要确认赋值方向。
  • 把所有方法都写成 static：如果方法需要读取或修改对象状态，应使用实例方法。
  • 可变字段没有边界：修改状态的方法要防止负数、越界或重复扣减。

调试对象状态时，在构造器赋值行和修改字段的方法中设置断点，观察 this、参数和字段变化。

最佳实践及适用边界 ​

  • 字段优先使用 private，通过方法表达允许的操作。
  • 创建对象时就完成必要校验，避免“半合法对象”在系统中流动。
  • 不会变化的字段使用 final，会变化的字段只能通过受控方法修改。
  • 方法名使用业务动作，例如 recordStudyMinutes，比 setCompletedMinutes 更能表达规则。
  • 初学阶段先掌握封装和对象协作，继承、多态和接口放到后续课程展开。

分级练习 ​

  • 基础：为 Lesson 增加标题和时长校验。
  • 进阶：实现 CourseProgress.recordStudyMinutes，确保完成分钟数不会超过课时时长。
  • 挑战：实现固定格式 summary，并为 0%、75%、100% 三种进度补充测试。

面试与复习题 ​

  1. 类和对象有什么区别？
  2. 字段为什么通常不设为 public？
  3. 构造器的职责是什么？
  4. this 在构造器中常用于解决什么问题？
  5. getter 和直接公开字段有什么区别？
  6. 静态方法和实例方法有什么区别？
  7. 为什么 completedMinutes 不适合声明为 final？
  8. 一个对象持有另一个对象引用时，双方分别负责什么状态？

本章总结 ​

类把一组数据和相关行为组织成一个明确概念。通过私有字段、构造器校验和实例方法，代码可以把对象状态控制在合法范围内，并用对象协作表达真实业务关系。

下一步 ​

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