面向對象先導學習筆記

經過了Python、C語言和數據結構的學習，感覺對於Java這門新學習的語言上手速度明顯快了許多。在學習Java的過程中，個人覺得Java的語法規則在很大程度上與C類似，但是在設計程序和具體實現的過程中，更偏向於Python的思路，尤其是對於方法的調用和自帶數據結構的使用方面。

數據類型的Java實現

Java自帶了大量的數據類型，在完成作業的過程中，個人嘗試通過手寫二叉樹完成問題，但是與Java自帶的數據結構相比，無論是在穩定性和運行速度方面都有所欠缺。但是通過自己的摸索和嘗試，在一定程度上加深了對於數據結構本身和Java語法的了解。

例如，以二叉樹為例，C語言的二叉樹構造方法如下：

1 typedef struct Btree
2 {
3     int n;
4     struct Btree *lnode, *rnode;
5 }btree;

在C語言中，左右子樹是依靠指針，將地址存儲在節點中，而在Java中沒有指針的概念，但是可以在類中包含同一個類的數據，在C語言中，在 struct 中包含同一個 struct 類型的數據是不被允許的。Java實現二叉樹時，直接在節點中存儲左右節點本身，使用層層嵌套的方式實現二叉樹。

 1 public class Node
 2 {
 3     int n;
 4     Node lnode;
 5     Node rnode;
 
 6     public Node()
 7     {
 8         this.n = 0;
 9         this.lnode = null;
10         this.rnode = null;
11     }
12 }

以二叉樹為例，其它數據類型的構造方法與此類似，涉及到的算法大同小異，下面是Java構造的BST樹及其在進行插入、查找和遍歷等操作時的算法：

  1 import java.util.Vector;
  2 
  3 public class Node
  4 {
  5     int n;
  6     Node lnode;
  7     Node rnode;
 
  8     public Node()
  9     {
 10         this.n = 0;
 11         this.lnode = null;
 12         this.rnode = null;
 13     }
 14     
 15     public int cmp(int s)
 16     {
 17         if (n < s)
 18             return -1;
 19         else if (n == s)
 20             return 0;
 21         else 
 22             return 1;
 23     }
 24     
 25     public Node getLnode()
 26     {
 27         return this.lnode;
 28     }
 29     
 30     public Node getRnode() 
 31     {
 32         return this.rnode;
 33     }
 34     
 35     public Node setLnode(Node s)
 36     {
 37         this.lnode = s;
 38         return this.lnode;
 39     }
 40     
 41     public Node setRnode(Node s)
 42     {
 43         this.rnode = s;
 44         return this.rnode;
 45     }
 46     
 47 }
 48 
 49 
 50 public class BST
 51 {
 52     Node root;
 53 
 54     public BST()
 55     {
 56         this.root = null;
 57     }
 58 
 59     public BST(Node r)
 60     {
 61         this.root = r;
 62     }
 63 
 64     public void insert(Node p, int i)
 65     {
 66         if (this.root == null)
 67         {
 68             this.root = new Node(i);
 69             return;
 70         } 
 71         else
 72         {
 73             int result = p.cmp(i);
 74             if (result > 0)
 75             {
 76                 if (p.getLnode() == null)
 77                 {
 78                     Node r = new Node(i);
 79                     p.setLnode(r);
 80                     return;
 81                 } 
 82                 else
 83                     insert(p.getLnode(), i);
 84             } 
 85             else
 86             {
 87                 if (p.getRnode() == null)
 88                 {
 89                     Node r = new Node(i);
 90                     p.setRnode(r);
 91                     return;
 92                 } 
 93                 else
 94                     insert(p.getRnode(), i);
 95             }
 96         }
 97     }
 98 
 99     public void printTree(Node p)
100     {
101         if (p.getLnode() != null)
102         {
103             printTree(p.getLnode());
104         }
105         p.print();//打印該節點數據
106         if (p.getRnode() != null)
107         {
108             printTree(p.getRnode());
109         }
110         return;
111     }
112 
113     public void search(Node p, String s)
114     {
115         if (p == null)
116         {
117             return;
118         } 
119         else
120         {
121             if (p.cmp(s) > 0)
122             {
123                 // 查左子樹
124                 search(p.getLnode(), s);
125             } 
126             else if (p.cmp(s) < 0)
127             {
128                 // 查右子樹
129                 search(p.getRnode(), s);
130             } 
131             else
132             {
133                 // 找到該值
134                 p.print();
135                 return;
136             }
137         }
138     }
139 
140 }

Java的鍵盤/文件輸入

在完成課上和課下作業的過程中，Java的文件輸入和控制臺輸入同樣是一個新接觸到的內容，與C和Python相比較為繁瑣，經過搜索和學習，以 Scanner 為例的輸入實現方法如下： 在使用 Scanner 進行文件輸入之前，需要 import 以下三個包：

1 import java.io.FileInputStream;
2 import java.io.FileNotFoundException;
3 import java.util.Scanner;

第二個用於處理異常，同時需要在進行文件輸入操作的方法後添加異常情況處理，例如：

1 public static void main(String args[]) throws FileNotFoundException{...}

在執行操作時按照以下語法：

1 String name = "FILENAME";
2 FileInputStream inputStream = new FileInputStream(name);
3 Scanner scan = new Scanner(inputStream, "ASCII"/*"UTF-8"*/);

對於鍵盤輸入，只需 import Scanner 即可，創建 Scanner 的用法如下：

1 Scanner wordScanner = new Scanner(System.in);

在學習Java和完成作業的過程中，個人認為主要的難點在於從C語言到Java語言程序設計思路的轉換，在使用C語言進行程序設計時，完全是依靠自己的思路，自底向上實現程序的每一個部分，而使用Java時，更多的要關註自己的想法與Java的內嵌數據類型和方法的契合度，並適當做出改變以更好的利用已有的方法。在完成最初一兩次的作業時，很少使用Java自帶的方法，在逐漸熟悉之後才開始較為熟練的查找方法和使用。

例如在完成第四次作業時使用的 HashMap ，與最初的構想並不完全相同，最終使用了嵌套的方式，將首單詞、末單詞和詞頻三個數據進行了存儲。

第四次作業中使用了 HashMap 這一數據類型，與第三次手寫的BST樹相比，無論是運行的速度和程序的穩定性方面都有所提高，而且大大簡化了程序設計的步驟。在對 HashMap 按 key 進行遍歷時，可以按以下方法：

1  for(String key: this.node.keySet()) {...} 

除此之外，在完成作業的過程中，Java對於數組長度的限制與C相比更為嚴格，如果數組容量過小，可能會導致數組越界的問題，如果過大也有可能導致爆內存，同時，Java沒有C語言的內存分配。Java在實現動態數組時，可以使用 Vector 容器類。 使用時，需要首先進行 import ：

1 import java.util.Vector; 

Vector 內容納的應該為 class 對象，因此需要創建整數數組時，應該創建 Vector<Integer> ，如下所示：

1 Vector<Integer> v;
2 v = new Vector<Integer>();

在學習的過程中，另一個比較難以理解的地方是接口，利用接口，可以間接實現Java本身所不支持的多重繼承，此外也可以簡化代碼，體現了面向對象特性中的抽象。
接口的聲明語法格式如下：

1 [可見度] interface 接口名稱 [extends 其他的類名] 
2 {
3         // 聲明變量
4         // 抽象方法
5 }

當類實現接口的時候，類要實現接口中所有的方法。否則，類必須聲明為抽象的類。

類使用 implements 關鍵字實現接口。在類聲明中， Implements 關鍵字放在 class 聲明後面。

實現一個接口的語法，可以使用這個公式：

1 ...implements 接口名稱[, 其他接口, 其他接口..., ...] ... 

對於實現同一個接口的不同類，如果給同一個方法傳遞的數據類型不同，可以統一使用所有類型的父類： Object ，然後在方法內部具體判斷是哪一種類型。

之前在學習Python的過程中便已經對面向對象有了初步的了解，但是更多的還是使用Python面向過程的部分來完成作業，對於面向對象的理解並不深。通過本門課程的學習，以Java這門完全面向對象的語言為工具，在學習了一門新語言的基礎上，進一步加深了對於面向對象的理解，能夠較為準確的完成作業，對於面向對象的特征：繼承，封裝和多態有了一些理解和體會。

繼承

使用繼承，子類就不會存在與父類重復的代碼，維護性也提高，代碼也更加簡潔，提高代碼的復用性。

多態

在完成作業的過程中，對於多態的涉及較少，對於多態的三種實現方法，重寫/重載、接口、抽象類和抽象方法，所使用的幾乎都是重寫(Override)與重載(Overload)。 在涉及到重寫時，應當適當利用 super 和 this 關鍵詞，以防止調用與設想中不同的方法，減少錯誤的出現。

封裝

在這一部分，主要的內容是利用 public , protected 和 private 三種關鍵字，對數據和方法進行隱藏，以提高程序的安全性。

private 只能在其自己的定義類中使用，而 public 可以在所有的類中使用。 protected 能夠在自已的定義類以及其子類中使用。

意見和建議

1. 在最初一節課上，首要的感覺就是懵，不明白需要做什麽，不明白布置的要求如何完成。在完成壞境的配置後，經過一些講解，直接要求完成一些任務，但是此時之前並沒有接觸過任何Java語法的我感覺無從下手，前兩個任務在助教的幫助下才能完成，而後面的任務，更多的涉及到Java的方法等，當時完全沒有了解，完全不能跟上進度。希望在下次開課時，能夠強化對於基礎語法的講解，在開始完成任務前的講解的課件中能夠提供示例程序。在完成一個任務後，提供相應的標程以作參考。
2. 在課後完成作業時，感覺主要的問題就是作業要求的不明確，難以上手，以及作業要求的朝令夕改。

通過本次課程的學習，我初步掌握了Java的語法，能夠完成一些較為初步的工程任務，加深了對於面向對象的了解，相信對於大二下學期面向對象的學習都將有所幫助。

面向對象先導學習筆記