Java的数据类型与类的设计

Java作为一种强类型语言，提供了丰富的数据类型和面向对象的编程特性。笔者在实际开发中，经常需要深入理解这些基础知识以编写高效、可维护的代码。

基本数据类型

Java的基本数据类型分为四类：

整型包括 byte、short、int 和 long，用于表示整数值。

浮点型包括 float 和 double，用于表示带有小数部分的数值。

布尔类型 boolean 用于表示真或假。

字符类型 char 用于表示单个字符。

引用数据类型

引用类型包括类、数组和接口等。它们用于引用对象，存储在堆内存中。

类通过 class 关键字定义，数组用于存储相同类型的元素集合，接口通过 interface 关键字定义，描述类的行为规范。

类的声明

在Java中，类是对象的蓝图。以下是一个简单的 Calculator 类示例：

public class Calculator {
    public int a = 1;
    public int b = 2;

    public int add() {
        return a + b;
    }

    public int subtract() {
        return a - b;
    }

    public int multiply() {
        return a * b;
    }

    public int divide() {
        return a / b;
    }
}

在此示例中，Calculator 类包含两个公共成员变量和四个方法，用于执行基本的算术运算。

匿名对象

匿名对象是指在创建对象时不为其分配变量名。它们通常用于一次性操作，完成后由垃圾回收机制回收。例如：

System.out.println(new Calculator().add());

在上述代码中，Calculator 对象在调用 add 方法后没有被引用，因此会被垃圾回收。

主动释放对象可以通过将引用设为 null 实现：

Calculator calculator = new Calculator();
calculator = null;

三大特性

封装

封装是将对象的属性和行为隐藏在内部，仅通过公开的方法与外界交互。这增强了代码的安全性和可维护性。Java通过访问修饰符来实现封装。

访问修饰符

Java提供了四种访问修饰符，用于控制类成员的访问权限：

public、private、protected和默认（无修饰符）。

public class MyClass {
    private int privateVar;        // 私有成员变量
    int defaultVar;               // 默认成员变量
    protected int protectedVar;    // 受保护的成员变量
    public int publicVar;          // 公开的成员变量

    private void privateMethod() { /*...*/ }        // 私有方法
    void defaultMethod() { /*...*/ }               // 默认方法
    protected void protectedMethod() { /*...*/ }   // 受保护的方法
    public void publicMethod() { /*...*/ }         // 公开的方法
}

类的属性通常设置为 private，以保护类的内部状态不被外部直接修改。

访问修饰符	同一类	同一包内的其他类	不同包的子类	不同包的非子类
private	✅	❌	❌	❌
默认	✅	✅	❌	❌
protected	✅	✅	✅	❌
public	✅	✅	✅	✅

使用getter和setter方法

通过getter和setter方法，可以控制对类属性的访问和修改，确保数据的有效性。例如：

public class Person {
    private int age;

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        if (age > 0 && age < 120) {
            this.age = age;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("年龄必须在0到120之间！");
        }
    }
}

在此示例中，setAge 方法确保 age 的值在合理范围内，防止不合法的数据被设置。

成员变量

成员变量是定义在类中的变量，存储在堆内存中，随对象的创建和销毁而存在。它们具有默认初始化值，无需显式赋值。

public class Test {
    private String brand;
    private String color;
    private int price;

    public String getBrand(){
        return brand;
    }

    public void setBrand(String brand){
        this.brand = brand;
    }
}

在成员方法中，可以通过 this 关键字访问成员变量，以区分局部变量和成员变量。

内部类

内部类是定义在另一个类内部的类，具有以下特点：

内部类可以访问外部类的所有成员，包括私有成员。这为实现复杂逻辑提供了灵活性。

内部类可以是静态的或非静态的，非静态内部类还可以嵌套多层，支持更复杂的设计。

匿名内部类用于创建只有一个实例的类，通常用于实现接口或继承类。

内部类的生命周期与外部类实例相关联，外部类实例不存在时，内部类实例也无法存在。

内部类常用于实现接口，使接口的实现更加具体和丰富。

局部变量

局部变量是方法的参数或在方法中定义的变量，存储在栈内存中。它们随着方法的调用而创建，方法结束后销毁。

局部变量不具有默认初始化值，必须在使用前显式赋值。

public class Example {
    public void display(String message) {
        int count = 10;
        System.out.println(message + count);
    }
}

在上述代码中，message 和 count 是局部变量，分别作为方法参数和在方法内部定义。

注意事项

在设计类和选择数据类型时，应根据具体需求和项目规模进行合理选择。合理使用封装、访问修饰符和内部类等特性，可以大幅提升代码的可维护性和扩展性。