成员变量的定义与使用 接口可以定义成员变量
成员变量又称为成员属性,它是描述对象状态的数据,是类中很重要的组成成分。本节详细讨论如何来定义成员变量、成员变量的访问权限,以及静态成员变量与实例成员变量之间的区别。
3.3.1 成员变量的定义
在第2章中,已经介绍和使用过变量。不过那些变量都是定义在某个方法中,被称为局部变量。成员变量是定义在类里面,并和方法处于同一层次。定义成员变量的语法如下:
[变量修饰符] 类型说明符 变量名
类的成员变量和在方法中所声明的局部变量都是用户标识符,它们的命名规则相同。变量修饰符是可选项,一个没有变量修饰符的变量定义如下:
public class Cuber{
double width,height;
int number;
}
成员变量的类型可以是Java中的任意数据类型,包括基本类型、数组、类和接口。在一个类中,成员变量应该是唯一的,但是成员变量的名字可以和类中某个方法的名字相同,例如:
public class Point{
int x, y;
int x(){
return x;
}
}
其中,方法x()和变量x具有相同的名字,但笔者不赞成这样写,因为这会引起不必要的混淆。
可以用成员变量修饰符来规定变量的相关属性,这些属性包括:
● 成员变量的访问权限。一共有4种访问权限可供选择,在3.3.2节将详细介绍。
● 成员变量是否为静态。默认情况下,成员变量是实例成员,在外部需要通过对象才能操作。如果用static修饰,就成为了静态成员,也称为类变量,无需通过对象就可以操作。
● 是否为常量。默认的是变量,如果前面加上final关键字,它就是一个常量。
这些修饰符可以任意组合使用。加上修饰符的成员变量如下所示:
public class Cuber{
private double width,height; //定义两个私有的成员变量
public static int count; //定义一个公共的静态类变量
public static final int COLORE=1; //定义一个公共的整型静态常量
}
虽然Java并没有规定,成员变量必须定义在类的开始部分,不过在实际编程中,多数程序员将成员变量定义在成员方法的前面。
3.3.2 成员变量的访问权限
访问权限修饰符声明了成员变量的访问权限。Java提供的显示的访问权限修饰符有3种,分别是:私有(private)、保护(protected)和公共(public)。除此之外,还有一种默认的访问权限:friendly,它并不是Java的关键字,只有当变量前面没有写明任何访问权限修饰符时,就默认以friendly作为访问权限。为了表达上的方便,省略了其中“成员”两字,将被这些修饰符所修饰的变量分别称为私有变量、保护变量和公共变量。下面分别讨论各个修饰符的用法。
1.公共变量
凡是被public修饰的成员变量,都称为公共变量,它可以被任何类所访问。即允许该变量所属的类中所有方法访问,也允许其他类在外部访问。如例3.2所示。
【例3.2】 公共变量使用示例。
//-----------文件名declarePublic.java,程序编号3.2------------------
public class declarePublic{
public int publicVar=10; //定义一个公共变量
}
在类declarePublic中声明了一个公共变量publicVar,它可以被任何类所访问。下面这段程序中,类otherClass可以合法地修改变量publicVar的值,而无论otherClass位于什么地方。
//-----------文件名otherClass.java,程序编号3.3------------------
public class otherClass{
void change(){
declarePublic ca=new declarePublic(); //创建一个declarePublic对象
ca.publicVar=20; //通过对象名来访问它的公共变量,正确
}
}
用public修饰的变量,允许任何类在外部直接访问,这破坏了封装的原则,造成数据安全性能下降,所以除非有特别的需要,否则不要使用这种方案。
2.私有变量
凡是被private修饰的成员变量,都称为私有变量。它只允许在本类的内部访问,任何外部类都不能访问它。
【例3.3】 私有变量使用示例。
//-----------文件名declarePrivate.java,程序编号3.4------------------
public class declarePrivate{
private int privateVar=10; //定义一个私有变量
void change(){
privateVar=20; //在本类中访问私有变量,合法
}
}
如果企图在类的外部访问私有变量,编译器将会报错。
//-----------文件名otherClass.java,程序编号3.5------------------
public class otherClass{
void change(){
declarePrivate ca=new declarePrivate(); //创建一个declarePrivate对象
ca.privateVar=20; //企图访问私有变量,非法
}
}
为了让外部用户能够访问某些私有变量,通常类的设计者会提供一些方法给外部调用,这些方法被称为访问接口。下面是一个改写过的declarePrivate类。
//-----------文件名declarePrivate.java,程序编号3.6------------------
public class declarePrivate{
private int privateVar=10; //定义一个私有变量
void change(){
privateVar=20;
}
public int getPrivateVar(){ //定义一个接口,返回私有变量privateVar的值
return privateVar;
}
public boolean setPrivateVar(int value){ //定义一个接口,可以设置privateVar
的值
//可以在这里先检测value是否在允许的范围内,然后再执行下面的语句。
privateVar = value;
return true;
}
}
私有变量很好地贯彻了封装原则,所有的私有变量都只能通过程序员设计的接口来访问,任何外部使用者都无法直接访问它,所以具有很高的安全性。但是,在下面这两种情况下,需要使用Java另外提供的两种访问类型:
● 通过接口访问私有变量,将降低程序的性能,在程序性能比较重要的情况下,需要在安全性和效率间取得一个平衡。
● 私有变量无法被子类继承,当子类必须继承成员变量时,需要使用其他的访问 类型。
3.保护变量
凡是被protected修饰的变量,都被称为保护变量。除了允许在本类的内部访问之外,还允许它的子类以及同一个包中的其他类访问。子类是指从该类派生出来的类。包是Java中用于管理类的一种松散的集合。二者的详细情况将在第4章介绍。下面是一个简单的 例子。
【例3.4】 保护变量使用示例。
下面这个程序先定义一个名为onlyDemo的包,declarProtected类就属于这个包。
//-----------文件名declareProtected.java,程序编号3.7------------------
package onlyDemo;
public class declareProtected{
protected int protectedVar=10; //定义一个保护变量
void change(){
protectedVar=20; //合法
}
}
%说明:读者编译这个文件时,需要用这个命令(下同):
javac -d . 文件名
下面这个otherClass类也定义在onlyDemo包中,与declareProtected类同属于一个包。
//-----------文件名otherClass.java,程序编号3.8------------------
package onlyDemo;
public class otherClass{ //它也在包onlyDemo中
void change(){
declareProtected ca=new declareProtected();
ca.protectedVar=20; //合法
}
}
下面这个deriveClass类是declareProtected的子类,它并不在onlyDemo包中。它也可以访问保护变量protectedVar,但是只能通过继承的方式访问。
//-----------文件名declareProtected.java,程序编号3.9------------------
import onlyDemo.declareProtected; //引入需要的包
public class deriveClass extends declareProtected{ //定义一个子类
void change(){
//合法,改变的是deriveClass从declarProtected中所继承的protectedVar值
protectedVar=30;
}
}
%说明:import是Java中的关键字,用于引入某个包。这将在4.13节中详细介绍。
子类如果不在父类的同一包中,是无法通过“对象名.变量名”的方式来访问protected类型的成员变量,比如下面这种访问是非法的:
//-----------文件名deriveClass.java,程序编号3.10-----------------
import onlyDemo.declareProtected;
public class deriveClass extends declareProtected{ //定义一个子类
void change(){
declareProtected ca=new declareProtected();
ca.protectedVar=30; //错误,不允许访问不在同一包中的保护变量
}
}
4.默认访问变量
如果在变量前不加任何访问权修饰符,它就具有默认的访问控制特性,也称为friendly变量。它和保护变量非常像,它只允许在同一个包中的其他类访问,即便是子类,如果和父类不在同一包中,也不能继承默认变量(这是默认访问变量和保护变量的唯一区别)。因为它限定了访问权限只能在包中,所以也有人称默认访问权限为包访问权限。
【例3.5】 默认访问变量使用示例。
//-----------文件名declareDefault.java,程序编号3.11------------------
package onlyDemo; //本类定义在包中
public class declareDefault{
int defaultVar=10; //定义一个默认访问变量
void change(){
defaultVar=20; //合法
}
}
onlyDemo包中的其他类,可以访问defaultVar变量:
//-----------文件名otherClass.java,程序编号3.12------------------
package onlyDemo;
public class otherClass{ //它也在包onlyDemo中
void change(){
declareDefault ca=new declareDefault();
ca.defaultVar=20; //合法
}
}
下面是它的子类,也在onlyDemo包中。它除了可以像包中其他类那样通过“对象名.变量名”来访问默认变量,还可以通过继承的方式来访问。
//-----------文件名deriveClass.java,程序编号3.13------------------
package onlyDemo;
public class deriveClass extends declareDefault{ //定义一个子类
void change(){
//合法,改变的是deriveClass从declarDefault中所继承的defaultVar值
defaultVar=30;
}
}
如果子类不在onlyDemo包中,就不会继承默认变量,也就无法像上面那样来访问。
//-----------文件名deriveClass.java,程序编号3.14------------------
import onlyDemo.declareDefault;
public class deriveClass extends declareDefault{ //定义一个子类
void change(){
defaultVar=30; //非法,这个变量没有继承下来
}
}
3.3.3 实例成员变量和静态成员变量
1.实例成员变量
在3.3.2节中,所有的对象都是实例成员变量。它们的最大特色是:如果所属的对象没有被创建,它们也就不存在。如果在类的外部使用它,需要先创建一个对象,然后通过“对象名.变量名”来访问。前面所有的例子都遵循了这一规则。在类的内部,实例成员方法也可以直接访问实例成员变量,比如例3.5,具体原因,将在3.5节中讲述。
不同的对象,拥有不同的实例成员变量,它们互不干扰。
【例3.6】 不同对象的实例成员变量使用示例。
//-----------文件名instanceVar.java,程序编号3.15------------------
public class instanceVar{
protected int instVar=0; //定义一个实例成员变量
}
下面这个类showInstVar用两个对象来访问它的实例成员变量。
//-----------文件名showInstVar.java,程序编号3.16------------------
public class showInstVar{
public static void main(String args[]){
instanceVar one = new instanceVar(); //创建对象one
instanceVar two = new instanceVar(); //创建对象two
//分别为这两个对象的成员变量赋值
one.instVar = 100;
two.instVar = 200;
//分别显示这两个对象的成员变量值
System.out.println("one.instVar="+one.instVar);
System.out.println("two.instVar="+two.instVar);
}
}
程序3.16输出的结果如下:
one.instVar=100
two.instVar=200
从本例中明显地看出,不同对象的成员变量是不相同的,它们互不干涉。
2.静态成员变量
在某些情况下,程序员希望定义一个成员变量,可以独立于类的任何对象,即所有的对象都共用同一个成员变量。由于Java中不能像C一样定义全局变量,因此,Java中引入了静态成员变量。
在成员变量前加上static标识符就可以定义一个静态成员变量。相对于实例成员变量,静态成员变量具有以下特点:
● 它被类的所有对象共享,因此又被称为类变量。
● 它不是属于某个具体对象,也不是保存在某个对象的内存区域中,而是保存在类的公共存储单元。因此,可以在类的对象被创建之前就能使用。
● 它既可以通过“对象名.变量名”方式访问,也可以通过“类名.变量名”的方式访问。它们是完全等价的。
【例3.7】 静态成员变量使用示例。
//-----------文件名staticVar.java,程序编号3.17------------------
public class staticVar{
protected static int stat=0; //定义一个静态成员变量
}
下面这个程序使用不同的方法来访问这个静态变量。
//-----------文件名showStaticVar.java,程序编号3.18------------------
public class showStaticVar{
public static void main(String args[]){
staticVar.stat=100; //通过类名.变量名访问静态变量,无需创建对象
System.out.println("staticVar.stat="+staticVar.stat);
staticVar one = new staticVar(); //创建对象one
staticVar two = new staticVar(); //创建对象two
//分别为这两个对象的静态成员变量赋值
one.stat = 200;
two.stat = 300;
//分别显示这两个对象的静态成员变量值
System.out.println("one.stat="+one.stat);
System.out.println("two.stat="+two.stat);
//再通过类来显示静态变量的值
System.out.println("staticVar.stat="+staticVar.stat);
}
}
程序3.18输出结果如下:
staticVar.stat=100
one.stat=300
two.stat=300
staticVar.stat=300
从上述结果中可以看到,静态变量stat是一个公共变量,无论哪个对象改变了它的值,对其他所有该类对象都有效。静态变量的一个重要作用是当作同类各个对象之间传递信息使用,类似于C语言中的全局变量。但这样破坏了数据的封装原则,往往会留下隐患,所以使用这类变量时需要万分谨慎。
静态变量的另一个用途是定义静态常量,比如:
public static double PI = 3.1415926;
这样的静态常量可以无需创建对象就直接使用,省略了创建对象的步骤,类似于C语言中用define定义的常量。这样定义常量,不仅使用方便,而且节省内存空间。在JDK中,存在着大量的这种静态常量。
%说明:本节中所有的成员变量的类型都是基本类型,其实它们也都可以是复合类型,比如数组、类、接口等类型。
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