面向对象编程（OOP）详解

面向对象编程是一种通过“对象”来组织代码的编程范式，其核心思想是将数据和行为封装在一起。OOP的三大特性为：封装、继承和多态。

核心概念

1. 封装（Encapsulation）

定义

封装是指将数据（属性）和行为（方法）绑定在一起，并隐藏内部实现细节，仅暴露必要的接口供外部访问。

核心思想

• 隐藏实现细节：使用private修饰符保护属性。
• 提供公共接口：通过public的getter和setter方法访问或修改属性。

示例代码

public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public String getName() { return name; }
    public void setName(String name) {
        if (name == null || name.isEmpty()) throw new IllegalArgumentException("姓名不能为空");
        this.name = name;
    }

    public int getAge() { return age; }
    public void setAge(int age) {
        if (age < 0 || age > 120) throw new IllegalArgumentException("年龄不合法");
        this.age = age;
    }
}

优点

• 提升安全性
• 增加灵活性
• 改善易维护性

2. 继承（Inheritance）

定义

继承允许一个类（子类）基于另一个类（父类）创建，复用父类的属性和方法，并能够扩展或重写这些行为。

核心思想

• 代码复用
• 扩展功能
• 方法重写

示例代码

public class Animal {
    private String name;
    public Animal(String name) { this.name = name; }
    public void eat() { System.out.println(name + " is eating."); }
}

public class Dog extends Animal {
    public Dog(String name) { super(name); }
    @Override public void eat() { System.out.println("Dog " + getName() + " is eating bones."); }
    public void bark() { System.out.println("Woof! Woof!"); }
}

优点

• 减少代码冗余
• 提高可扩展性
• 支持多态性

3. 多态（Polymorphism）

定义

多态指同一个方法在不同对象中具有不同的实现方式，分为编译时多态（方法重载）和运行时多态（方法重写）。

核心思想

• 方法重写
• 向上转型

示例代码

public class Animal {
    public void makeSound() { System.out.println("Animal is making a sound."); }
}

public class Dog extends Animal {
    @Override public void makeSound() { System.out.println("Dog is barking."); }
}

public class Cat extends Animal {
    @Override public void makeSound() { System.out.println("Cat is meowing."); }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal myDog = new Dog();
        Animal myCat = new Cat();

        myDog.makeSound(); // 输出：Dog is barking.
        myCat.makeSound(); // 输出：Cat is meowing.
    }
}

优点

• 增强灵活性
• 提高可扩展性
• 简化代码结构

面向对象设计原则

1. 单一职责原则（SRP）：类应只负责一项职责。
2. 开闭原则（OCP）：对扩展开放，对修改关闭。
3. 里氏替换原则（LSP）：子类应当能够替换父类而不会影响程序的功能。
4. 依赖倒置原则（DIP）：高层模块不应依赖低层模块，二者都应依赖于抽象。
5. 接口隔离原则（ISP）：客户端不应被强迫依赖它不需要的接口。