面向對象編程：Java中的封裝、繼承、多態(tài)和設計模式

在計算機編程領域中，面向對象編程（Object-Oriented Programming）是一種非常常用的編程范型。而在Java這種面向對象語言中，有封裝（Encapsulation）、繼承（Inheritance）、多態(tài)（Polymorphism）等核心概念，以及設計模式（Design Pattern）等高級特性。本文將對這些內容進行詳細的介紹，并結合實例加深理解。

封裝

封裝是指將一個類的屬性和方法進行合理的保護，使其不受外部干擾，同時提供公共接口供外部使用。在Java中，可以通過private、protected、public等關鍵字來定義某個成員變量或方法的可見性。下面是一個示例：

public class Person {
    private String name; // 私有成員變量
    private int age;
    
    public void setName(String name) { // 公有方法
        this.name = name;
    }
    
    public String getName() {
        return this.name;
    }
    
    // ... 其他方法和成員變量
}

在上面的代碼中，name和age被定義為私有成員變量，只能在Person類內部訪問。而setName和getName則是公有方法，可供外部調用來設置或獲取name屬性值。

繼承

繼承是指在一個已有的類基礎上，通過添加新的屬性和方法來創(chuàng)建一個新類的過程。在Java中，通過extends關鍵字來實現(xiàn)繼承。下面是一個示例：

public class Student extends Person {
    private String school;
    
    public void setSchool(String school) {
        this.school = school;
    }
    
    public String getSchool() {
        return this.school;
    }
    
    // ... 其他方法和成員變量
}

在上面的代碼中，我們定義了一個Student類，它繼承了Person類，并新增了一個school屬性和相應的setter和getter方法。因此，所有Person類中的屬性和方法都可以在Student類中被使用。這樣，我們就可以更好地復用已有的代碼，提高程序的可維護性和效率。

多態(tài)

多態(tài)是指同一種行為或操作具有多個不同的表現(xiàn)形式或狀態(tài)的能力，即對象在不同的情況下會表現(xiàn)出不同的行為。在Java中，可以通過重載（Overloading）、重寫（Overriding）等機制來實現(xiàn)多態(tài)。下面是一個示例：

public class Animal {
    public void move() {
        System.out.println("Animal is moving...");
    }
}

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

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

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal1 = new Dog();
        Animal animal2 = new Cat();
        
        animal1.move(); // 輸出：Dog is running...
        animal2.move(); // 輸出：Cat is climbing...
    }
}

在上面的代碼中，我們定義了一個Animal類，并在其子類Dog和Cat中分別重寫了move方法。在Main類中，我們通過向上轉型將Dog和Cat對象分別賦值給Animal類型的變量animal1和animal2，然后調用它們的move方法。由于多態(tài)性質的存在，最終輸出的結果分別是“Dog is running...”和“Cat is climbing...”。

設計模式

設計模式是指在軟件開發(fā)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的一些問題的通用解決方案。在Java中，有很多種不同的設計模式，如單例模式、工廠模式、裝飾器模式、觀察者模式等等。在這里，我們以單例模式和工廠模式為例進行說明。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
    
    // ... 其他方法和成員變量
}

public interface Shape {
    void draw();
}

public class Rectangle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
    }
}

public class Circle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
    }
}

public class ShapeFactory {
    public static Shape getShape(String shapeType) {
        if (shapeType == null) {
            return null;
        } else if (shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")) {
            return new Rectangle();
        } else if (shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")) {
            return new Circle();
        } else {
            return null;
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Shape shape1 = ShapeFactory.getShape("RECTANGLE");
        shape1.draw(); // 輸出：Inside Rectangle::draw() method.
        
        Shape shape2 = ShapeFactory.getShape("CIRCLE");
        shape2.draw(); // 輸出：Inside Circle::draw() method.
    }
}