電腦程式的思維邏輯 (14)，思維邏輯

電腦程式的思維邏輯 (14)，思維邏輯

正所謂，道生一，一生二，二生三，三生萬物，如果將二進位表示和運算看做一，將基礎資料型別 (Elementary Data Type)看做二，基礎資料型別 (Elementary Data Type)形成的類看做三，那麼，類的組合以及下節介紹的繼承則使得三生萬物。

上節我們通過類Point介紹了類的一些基本概念和文法，類Point中只有基礎資料型別 (Elementary Data Type)，但類中的成員變數的類型也可以是別的類，通過類的組合可以表達更為複雜的概念。

程式是用來解決現實問題的，將現實中的概念映射為程式中的概念，是初學編程過程中的一步跨越。本節通過一些例子來示範，如何將一些現實概念和問題，通過類以及類的組合來表示和處理。

我們先介紹兩個基礎類String和Date，他們都是Java API中的類，分別表示文本字串和日期。

基礎類

String

String是Java API中的一個類，表示多個字元，即一段文本或字串，它內部是一個char的數組，它提供了若干方法用於方便操作字串。

String可以用一個字串常量初始化，字串常量用雙引號括起來（注意與字元常量區別，字元常量是用單引號），例如，如下語句聲明了一個String變數name，並賦值為"老馬說編程"

String name = "老馬說編程";

String類提供了很多方法，用於操作字串。在Java中，由於String用的非常普遍，Java對它有一些特殊的處理，本節暫不介紹這些內容，只是把它當做一個表示字串的類型來看待。

Date

Date也是Java API中的一個類，表示日期和時間，它內部是一個long類型的值，它也提供了若干方法用於操作日期和時間。

用無參的構造方法建立一個Date對象，這個對象就表示目前時間。

Date now = new Date();

日期和時間處理是一個比較長的話題，我們留待後續章節詳解，本節我們只是把它當做表示日期和時間的類型來看待。

圖形類

擴充 Point

我們先擴充一下Point類，在其中增加一個方法，計算到另一個點的距離，代碼如下：

public double distance(Point p){    return Math.sqrt(Math.pow(x-p.getX(), 2)            +Math.pow(y-p.getY(), 2));}

線 - Line

在類型Point中，屬性x,y都是基本類型，但類的屬性也可以是類，我們考慮一個表示線的類，它由兩個點組成，有一個執行個體方法計算線的長度，代碼如下：

public class Line {    private Point start;    private Point end;        public Line(Point start, Point end){        this.start= start;        this.end = end;    }        public double length(){        return start.distance(end);    }}

Line由兩個Point組成，在建立Line時這兩個Point是必須的，所以只有一個構造方法，且需傳遞這兩個點，length方法計算線的長度，它調用了Point計算距離的方法擷取線的長度。可以看出，在設計線時，我們考慮的層次是點，而不考慮點的內部細節。每個類封裝其內部細節，對外提供高層次的功能，使其他類在更高層次上考慮和解決問題，是程式設計的一種基本思維方式。

使用這個類的代碼如下所示：

public static void main(String[] args) {    Point start = new Point(2,3);    Point end = new Point(3,4);        Line line = new Line(start, end);    System.out.println(line.length());}

這個也很簡單。我們再說明一下記憶體布局，line的兩個執行個體成員都是參考型別，引用實際的point，整體記憶體布局大概如所示：

start, end, line三個引用型變數分配在棧中，儲存的是實際內容的地址，實際內容儲存在堆中，line的兩個執行個體變數還是引用，同樣儲存的是實際內容的地址。

電商概念

接下來，我們用類來描述一下電商系統中的一些基本概念，電商系統中最基本的有產品、使用者和訂單：

• 產品：有產品唯一Id、名稱、描述、圖片、價格等屬性。
• 使用者：有使用者名稱、密碼等屬性。
• 訂單：有訂單號、下單使用者、選購產品列表及數量、下單時間、收貨人、收貨地址、聯絡電話、訂單狀態等屬性。

當然，實際情況可能非常複雜，這是一個非常簡化的描述。

這是產品類Product的代碼：

public class Product {    //唯一id    private String id;         //產品名稱     private String name;         //產品圖片連結        private String pictureUrl;         //產品描述    private String description;        //產品價格    private double price;}

我們省略了類的構造方法，以及屬性的getter/setter方法，下面大部分範例程式碼也都會省略。

這是使用者類User的代碼：

public class User {    private String name;    private String password;}

一個訂單可能會有多個產品，每個產品可能有不同的數量，我們用訂單條目OrderItem這個類來描述單個產品及選購的數量，代碼如下所示：

public class OrderItem {    //購買產品    private Product product;        //購買數量    private int quantity;        public OrderItem(Product product, int quantity) {        this.product = product;        this.quantity = quantity;    }    public double computePrice(){        return product.getPrice()*quantity;    }}

OrderItem引用了產品類Product，我們定義了一個構造方法，以及計算該訂單條目價格的方法。

下面是訂單類Order的代碼：

public class Order {    //訂單號    private String id;        //購買使用者    private User user;        //購買產品列表及數量    private OrderItem[] items;        //下單時間    private Date createtime;        //收貨人    private String  receiver;        //收貨地址    private String address;        //聯絡電話    private String phone;        //訂單狀態    private String status;        public double computeTotalPrice(){        double totalPrice = 0;        if(items!=null){            for(OrderItem item : items){                totalPrice+=item.computePrice();            }        }        return totalPrice;    }}

Order類引用了使用者類User，以及一個訂單條目的數組orderItems，它定義了一個計算總價的方法。這裡用一個String類表示狀態status，更合適的應該是枚舉類型，枚舉我們後續文章再介紹。

以上類定義是非常簡化的了，但是大概示範了將現實概念映射為類以及類組合的過程，這個過程大概就是，想想現實問題有哪些概念，這些概念有哪些屬性，哪些行為，概念之間有什麼關係，然後定義類、定義屬性、定義方法、定義類之間的關係，大概如此。概念的屬性和行為可能是非常多的，但定義的類只需要包括哪些與現實問題相關的就行了。

人 - Person

上面介紹的圖形類和電商類只會引用別的類，但一個類定義中還可以引用它自己，比如我們要描述人以及人之間的血緣關係，我們用類Person表示一個人，它的執行個體成員包括其父親、母親、和孩子，這些成員也都是Person類型。

下面是代碼：

public class Person {    //姓名    private String name;        //父親    private Person father;        //母親    private Person mother;        //孩子數組    private Person[] children;    public Person(String name) {        this.name = name;    }}

這裡同樣省略了setter/getter方法。對初學者，初看起來，這是比較難以理解的，有點類似於函數調用中的遞迴調用，這裡面的關鍵點是，執行個體變數不需要一開始都有值。我們來看下如何使用。

public static void main(String[] args){    Person laoma = new Person("老馬");    Person xiaoma = new Person("小馬");        xiaoma.setFather(laoma);    laoma.setChildren(new Person[]{xiaoma});        System.out.println(xiaoma.getFather().getName());}

這段代碼先建立了老馬(laoma)，然後建立了小馬(xiaoma)，接著調用xiaoma的setFather方法和laoma的setChildren方法設定了父子關係。記憶體中的布局大概如所示：

目錄和檔案

接下來，我們介紹兩個類MyFile和MyFolder，分別表示檔案管理中的兩個概念，檔案和檔案夾。檔案和檔案夾都有名稱、建立時間、父資料夾，根資料夾沒有父資料夾，檔案夾還有子檔案清單和子資料夾清單。

下面是檔案類MyFile的代碼：

public class MyFile {    //檔案名稱    private String name;        //建立時間    private Date createtime;        //檔案大小    private int size;        //上級目錄    private MyFolder parent;    //其他方法 ....        public int getSize() {        return size;    }}

下面是MyFolder的代碼：

public class MyFolder {    //檔案夾名稱    private String name;        //建立時間    private Date createtime;            //上級檔案夾    private MyFolder parent;        //包含的檔案    private MyFile[] files;        //包含的子檔案夾    private MyFolder[] subFolders;        public int totalSize(){        int totalSize = 0;        if(files!=null){            for(MyFile file : files){                totalSize+=file.getSize();            }        }        if(subFolders!=null){            for(MyFolder folder : subFolders){                totalSize+=folder.totalSize();            }        }        return totalSize;    }    //其他方法...}

MyFile和MyFolder，我們都省略了構造方法、settter/getter方法，以及關於父子關係維護的代碼，主要示範執行個體變數間的組合關係，兩個類之間可以互相引用，MyFile引用了MyFolder，而MyFolder也引用了MyFile，這個是沒有問題的，因為正如之前所說，這些屬性不需要一開始就設定，也不是必須設定的。另外，示範了一個遞迴方法totalSize()，返回當前檔案夾下所有檔案的大小，這是使用遞迴函式的一個很好的情境。

一些說明

類中定義哪些變數，哪些方法是與要解決的問題密切相關的，本節中並沒有特彆強調問題是什麼，定義的屬性和方法主要用於示範基本概念，實際應用中應該根據具體問題進行調整。

類中執行個體變數的類型可以是當前定義的類型，兩個類之間可以互相引用，這些初聽起來可能難以理解，但現實世界就是這樣的，建立對象的時候這些值不需要一開始都有，也可以沒有，所以是沒有問題的。

類之間的組合關係，在Java中實現的都是引用，但在邏輯關係上，有兩種明顯不同的關係，一種是包含，另一種就是單純引用。比如說，在訂單類Order中，Order與User的關係就是單純引用，User是獨立存在的，而Order與OrderItem的關係就是包含，OrderItem總是從屬於某一個Order。
小結

對初學編程的人來說，不清楚如何用程式概念表示現實問題，本節通過一些簡化的例子來解釋，如何將現實中的概念映射為程式中的類。

分解現實問題中涉及的概念，以及概念間的關係，將概念表示為多個類，通過類之間的組合，來表達更為複雜的概念以及概念間的關係，是電腦程式的一種基本思維方式。

類之間的關係除了組合，還有一種非常重要的關係，那就是繼承，讓我們下節來探索繼承及其本質。

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