Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計

　　本書從解決實際問題的角度講解Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計，提供了健壯而靈活的問題求解方式，有助于讀者了解對象的抽象原則，掌握對象的交互概念以及各種方法的使用。書中首先采用"從對象開始"的方式引導(dǎo)讀者，在引入大多數(shù)程序設(shè)計基本特性和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計概念之前，先介紹設(shè)計對象和方法的基礎(chǔ)知識。本書重點關(guān)注問題分解和問題設(shè)計，并采用了分而治之和逐步求精的原則。這種方式與大量的習(xí)題以及實驗題相結(jié)合，為讀者提供了理論與實踐的最佳結(jié)合方案。另外，書中也講解了Java高級特性，如GUI組件（AWT和Swing）、異常、線程、文件和套接字等。全書的組織風(fēng)格便于教師根據(jù)初學(xué)者的接受能力和課時安排選講適當(dāng)?shù)母呒壷黝}。本書適合作為高等院校計算機專業(yè)或相關(guān)專業(yè)的Java程序設(shè)計或面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程的教材，也非常適合專業(yè)技術(shù)人員作為參考書。譯者序任何程序員都應(yīng)該熟悉Java，無論你曾經(jīng)是一位系統(tǒng)程序設(shè)計大師，還是一位擅長快速原型法的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序設(shè)計師，或者僅僅是一位剛剛踏入程序設(shè)計之門的初級程序員。從最初為嵌入式程序而設(shè)計的語言到現(xiàn)在特別適合Internet程序設(shè)計的語言，Java已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)地成為Internet時代的主流程序設(shè)計語言之一。本書最令人心動之處莫過于它能給不同的程序員從不同的角度提供幫助。本書沒有對讀者做任何不合理的假定，而是盡量適合幾類讀者：初學(xué)編程的新手、C/C++程序員以及其他各種偉大或者平凡的語言的使用者。正因為如此，本書非常適合作為一本入門教材。作者把極為廣博的知識融入本書，為讀者學(xué)習(xí)Java提供了全面而且實用的指導(dǎo)。在強調(diào)面向?qū)ο蟮耐瑫r并沒有忽視語言細節(jié)，通過各種重要提示反復(fù)提醒讀者應(yīng)該注意的內(nèi)容，包括語法、語義、調(diào)試和測試等。另外，每章的Java語言小結(jié)、Java庫類、實驗課、自測題以及習(xí)題，都有助于讀者在學(xué)習(xí)過程中鞏固知識并提高實際編程能力。"從對象開始"使本書免于俗套。確實，它能讓一個初學(xué)程序設(shè)計的新手很快對面向?qū)ο筮@個激動人心的概念有一個總體印象。這也是許多C程序員在轉(zhuǎn)向C++時難過的一關(guān)。C++最大的優(yōu)點在于它既可以是面向?qū)ο蟮?，也可以是面向過程的。初看起來，C++提供了從面向過程到面向?qū)ο蟮钠交^渡，但也正是因為這一點，許多C程序員學(xué)習(xí)C++或者用C++編程達半年以上卻仍然未能清楚地理解"面向?qū)ο?quot;的真實內(nèi)涵。本書在深入Java語言的語法與語義細節(jié)之前用盡可能淺顯的語言和例子清晰而形象地向讀者展現(xiàn)了面向?qū)ο蟮母拍?，使讀者在尚未真正開始學(xué)習(xí)Java之前就能對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計有鮮明的感性認識。而本書的后續(xù)內(nèi)容也一直不遺余力地不斷強化面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中的各個關(guān)鍵主題。學(xué)完本書，讀者真正能夠達到一個目標：學(xué)會用Java進行面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計。本書的另一新穎之處是有配套的Web站點www.prenhall.com/morelli/，其中包括教學(xué)的輔助資源以及本書的代碼下載。另外，在書中文字以及代碼例子中多處涉及了http：//starbase.trincoll.edu/，即作者所在的TrinityCollege的網(wǎng)站，從這里同樣可以瀏覽或下載本書的代碼。但是，譯者嘗試后發(fā)現(xiàn)，可能由于網(wǎng)站內(nèi)容的調(diào)整，個別代碼或鏈接可能會失效。如果出現(xiàn)這種情況，請嘗試采用http：//starbase.cs.trincoll.edu/。本書前言、第0章到第9章由董永樂翻譯，第10章到第16章由陳康與繆國往初譯，附錄由吳嫣翻譯。陳渝老師修改了初譯稿并對全書內(nèi)容進行了整理和統(tǒng)校，段海新、錢芳、于潔閱讀了譯稿并提出了寶貴的修改意見。張少華、姜進磊、許超、楊武勇、錢俊、張力也參予了翻譯工作，在此一并表示感謝。限于譯者水平，譯文中的疏漏和錯誤在所難免，歡迎讀者批評指正。前言本書讀者對象本書覆蓋的內(nèi)容和采用的講解方式適用于典型的計算機科學(xué)入門（CS1）課程，或者內(nèi)容稍深的Java語言課程。本書也非常適用于那些轉(zhuǎn)向Java與面向?qū)ο缶幊痰膶I(yè)程序員。本書采用一種"從對象開始"的方法講述編程與問題求解，既不要求讀者有任何編程經(jīng)驗，也不需要讀者事先具備任何Java或面向?qū)ο缶幊痰闹R。第二版的新增內(nèi)容本書第二版在如下方面有重大改進：●統(tǒng)一建模語言（UML）。UML框圖貫穿全書，以幫助闡述面向?qū)ο蟮母拍睿枋鑫覀冮_發(fā)的Java程序的設(shè)計過程。第一版中的許多流程圖現(xiàn)在已經(jīng)用UML框圖代替了，同時添加了很多新的UML框圖。UML正在迅速發(fā)展成為設(shè)計面向?qū)ο蟪绦虻臉I(yè)界標準，所以熟悉它會非常有用。但是，使用UML的主要原因還是出于教學(xué)上的考慮，這樣更容易介紹和講授信息隱藏、繼承以及多態(tài)性等面向?qū)ο蟮母拍睢！駨娬{(diào)面向?qū)ο笤O(shè)計。第二版更多地強調(diào)了面向?qū)ο笤O(shè)計，這種變化大部分體現(xiàn)在開發(fā)書中涉及的例子的過程中。重新編寫了許多編程例子，以便在深入Java編碼細節(jié)之前重點關(guān)注設(shè)計。使用UML框圖有助于采用這種方式?！窀淖兞藘?nèi)容的組織結(jié)構(gòu)。根據(jù)前一版的評閱者和用戶的建議，本書有幾章的內(nèi)容進行了調(diào)整。前兩章進行了大幅度改寫。第0章現(xiàn)在提供了更詳細的面向?qū)ο蟮母攀?，并且介紹了UML的主要特點，這樣有助于在深入討論Java的面向?qū)ο髮崿F(xiàn)之前給學(xué)生以正確的方向指導(dǎo)。為了強調(diào)設(shè)計相對于編碼的重要性，第1章在介紹Java代碼之前重點講述程序設(shè)計與開發(fā)。這一章中還包括了對基本的Java語言特性的簡要概述。這樣，學(xué)生們在開始學(xué)習(xí)具體的Java例子之前就有了很好的總體認識。關(guān)于Java語言要素的組織，本書把switch語句的討論移到了第3章，與其他的選擇控制結(jié)構(gòu)一起討論。本書還改寫了第11章，以便在課程中更早、更容易地使用它。為什么從對象開始本書從對象開始講授Java，早一些給初學(xué)者總體印象，讓他們有更多的時間來掌握面向?qū)ο缶幊痰脑?。我第一次在CS1課程中講授Java時，使用的是講授C和C++時所用的方法，即從基本的語言特性和結(jié)構(gòu)化編程的概念開始，然后在課程中期的某個時候開始介紹面向?qū)ο?。這種方法是大家都很熟悉的，因為大多數(shù)Java與C++教材都使用這種方法。這種方法的一個問題是很多學(xué)生都得不到一個總體印象。他們能弄清楚循環(huán)、if-else結(jié)構(gòu)以及算術(shù)表達式，但很難把一個編程問題分解成結(jié)構(gòu)良好的Java程序。另外，這種過程化的方法似乎無法利用Java面向?qū)ο蟮膹姶蠊δ艿膬?yōu)勢。如果要用對待C或者Pascal的方式來對待它，那么為什么還要講授面向?qū)ο蟮恼Z言呢？這樣也使我想起來當(dāng)Pascal是流行的CS1課程時的相似情況。當(dāng)時，初學(xué)者最大的障礙就是過程抽象，即學(xué)習(xí)過程調(diào)用與參數(shù)傳遞的基本機制，學(xué)習(xí)如何將程序設(shè)計成一系列過程的集合。"Oh！Pascal！"是我最喜歡的入門書籍，該書采用的就是典型的"從過程開始"的方式。在第1章中講述了賦值與I/O結(jié)構(gòu)之后，緊接著就在第2章中講述過程與參數(shù)。然后，第3章開始講述程序設(shè)計與組織方式。直到第4章及以后才開始講述循環(huán)、if-else以及其他結(jié)構(gòu)化編程的概念。現(xiàn)在，初學(xué)者的主要障礙在于"對象抽象"。新手程序員必須能把程序看成多個相互作用的對象的集合，而且必須學(xué)會如何將編程問題分解成多個設(shè)計良好的對象。面向?qū)ο笸瑫r包容了來自Pascal時代的過程抽象與結(jié)構(gòu)化編程的概念。"從對象開始"的講授方式自頂向下講清楚了這3個重要的概念。越早介紹對象和類，學(xué)生越能更好地掌握面向?qū)ο蟮闹匾瓌t。面向?qū)ο螅∣O）是一種基本的問題求解與設(shè)計的概念，而不僅僅是另一個應(yīng)該歸入教材（或課程）的中后期的語言細節(jié)。如果很晚才介紹OO的概念，就非常容易在課程進度緊張時將其略過。Java是一種非常適合介紹面向?qū)ο蟾拍畹恼Z言。它的對象模型比C++組織得更好。在C++中，很容易繞過OO的特點并把它當(dāng)成C來對待。在Java中，有很好的機會來激發(fā)關(guān)于面向?qū)ο蟮挠懻?。例如，幾乎不可能不討論繼承和多態(tài)性就討論Applet。這樣，教師可以用Java的某些基本特點，如Applet，類庫和GUI組件，自然而然地引發(fā)這些討論，而不必另外準備一些使用OO概念的例子。主要特點除了"從對象開始"的方法之外，本書還有其他幾個重要特點：●統(tǒng)一建模語言（UML）框圖。200多個UML框圖貫穿全書，用于解釋面向?qū)ο蟮母拍?，并重點關(guān)注面向?qū)ο笤O(shè)計。使用UML框圖有如下幾方面的優(yōu)勢。首先，UML框圖提供了一個簡要描述類和對象的主要特性的可視化方式。讀者很容易看到一個對象的屬性和方法，它們是私有的還是公共的，這個類或?qū)ο笈c其他的類之間的關(guān)系是什么。第二，UML框圖為重要的面向?qū)ο蟾拍睿ㄈ缋^承和多態(tài)性）提供了簡單的圖形模型。一幅圖可以替代許多文字，所以除了文字描述之外，UML框圖有助于學(xué)生們理解這些重要的概念。第三，就其在本書中的使用目的而言，UML理解起來相對容易一些并且非常直觀。第0章中用淺顯易懂的例子介紹了基本的標記法。最后，UML正在迅速成為業(yè)界標準。所以，通過本書熟悉UML可以更好地讀懂其他關(guān)于Java與面向?qū)ο笤O(shè)計的書籍?！馛yberPet例子。CyberPet類貫穿全書，作為一個能夠運行的例子來闡述并加強重要的概念。CyberPet在第2章中以一種擬人的方式展示了對象的基本特征。每個CyberPet屬于一個類（定義），有某個狀態(tài)（實例變量），能夠執(zhí)行類似吃和睡（實例方法）這樣的行為。方法調(diào)用用于命令CyberPet吃和睡。在第3章中，著重講解了定義和使用方法與參數(shù)，與CyberPet進行通信。在后續(xù)章節(jié)中，通過CyberPet闡述了繼承、隨機性、動畫和線程等概念。一些實驗和編程練習(xí)也在豐富CyberPet的行為并使之更加復(fù)雜?！馎pplet與GUI。Applet與GUI在第4章中首次引入，并在后續(xù)章節(jié)中一直使用。顯然，Applet是學(xué)生入門的誘餌并且可以作為一種很好的激勵因素。另外，事件驅(qū)動編程（event-drivenprogramming）與圖形用戶界面（GUI）是學(xué)生們應(yīng)該在CS1課程中學(xué)習(xí)的。我們早已過了那個把命令行界面作為設(shè)計應(yīng)用程序的標準的時代。JavaApplet的另一個優(yōu)勢是它們從根本上講是面向?qū)ο蟮?。要想全部掌握Applet，學(xué)生們需要理解基本的OO概念，這也正是直到第4章才講授Applet的原因。第4章中以一種很好的方式促進了關(guān)于繼承與多態(tài)性的討論?！衽涮譝eb站點。本書設(shè)計成和一個包括許多有用資源的配套Web站點配合使用。這些資源包括書中所有例子的Java代碼和Java文檔（HTML格式），補充的實驗與編程作業(yè)，自動評分的在線測驗以及PowerPoint教案（部分資源為收費使用：編者注）。關(guān)于提供給教師的輔助教學(xué)資源，詳見本書末尾的"教學(xué)支持說明"?！駟栴}求解方法。全書采用問題求解教學(xué)方法，共有13個完整地開發(fā)好的"實例分析"，以及其他用于闡述這種問題求解過程的大量例子。●自測題。全書包括200多個自測題，答案在每章最后給出（位于章末習(xí)題之前）。●章末習(xí)題。全書一共提供了400多個章末習(xí)題，其中還有很多標明為"難題"。采用本書作為教材的教師可以得到包含習(xí)題答案的教師手冊（詳見本書末尾的"教學(xué)支持說明"）?！窬幊獭⒄{(diào)試與設(shè)計技巧。本書包含了近400個單獨標記的"技巧"（編程技巧、調(diào)試技巧、高效設(shè)計原則以及Java語言規(guī)則），言簡意賅地給出了關(guān)于編程與設(shè)計的有用信息?！?quot;實驗課"小節(jié)。從第1章開始，每一章都包含實驗課內(nèi)容，非常適合有實驗環(huán)節(jié)的CS1課程。對于那些沒有實驗環(huán)節(jié)的CS1課程，這些小節(jié)也可以用于準備編程作業(yè)，作為課堂上的演示或者作為其他形式的實踐作業(yè)。書中的每個實驗在配套的Web站點上都有補充資源和講義，還提供了可供選用的實驗作業(yè)?！?quot;Java庫類"小節(jié)。從第1章開始，每一章都介紹了一個或多個來自JavaAPI（ApplicationProgrammingInterface）的庫類。在前面的幾章中，這些小節(jié)用來介紹編寫簡單程序所需的工具，如I/O類與方法。在后面的幾章中，一些小節(jié)用來介紹有用的選讀內(nèi)容，如用于格式化數(shù)字輸出的NumberFormat類，另外一些用來介紹程序例子和實驗課中涉及的基本GUI組件?！?quot;面向?qū)ο笤O(shè)計"小節(jié)。從第1章開始，每一章都有一個關(guān)于面向?qū)ο笤O(shè)計的小節(jié)，強調(diào)并詳述繼承、多態(tài)性與信息隱藏之類的重要概念。表1為那些希望強調(diào)面向?qū)ο笤O(shè)計的教師提供了應(yīng)該講授的章節(jié)的清單?！?quot;Java語言小結(jié)"小節(jié)。介紹語言特性的幾章中都包含了這個小節(jié)，以總結(jié)這些語言特性的基本語法和語義。表1有關(guān)面向?qū)ο蟮恼鹿?jié)主題章節(jié)什么是面向?qū)ο?.7節(jié)UML概述0.8節(jié)面向?qū)ο蟮脑O(shè)計過程1.2節(jié)對象：定義、創(chuàng)建和使用第2章方法：與對象通信第3章繼承：toString（）方法第3章，"面向?qū)ο笤O(shè)計"小節(jié)Applet中的繼承與多態(tài)性4.2節(jié)至4.4節(jié)繼承與多態(tài)性：ToggleButton第4章，"面向?qū)ο笤O(shè)計"小節(jié)信息隱藏第5章，"面向?qū)ο笤O(shè)計"小節(jié)結(jié)構(gòu)化編程概念第6章，"面向?qū)ο笤O(shè)計"小節(jié)抽象類：Cipher第7章，"面向?qū)ο笤O(shè)計"小節(jié)多態(tài)性：多態(tài)排序第8章，"面向?qū)ο笤O(shè)計"小節(jié)（續(xù)表）主題章節(jié)模型-視圖-控制器架構(gòu)第9章，"面向?qū)ο笤O(shè)計"小節(jié)繼承與多態(tài)性：Spider/Fly類13.6節(jié)通用Client/Server類15.7節(jié)抽象數(shù)據(jù)類型：List類第16章，"面向?qū)ο笤O(shè)計"小節(jié)內(nèi)容組織從總體上講，全書可以劃分成三個部分。第一部分（第0章到第4章）介紹面向?qū)ο蟮幕靖拍?，包括對象、類、方法、參?shù)傳遞、信息隱藏、繼承以及多態(tài)性。雖然這幾章的重點在于面向?qū)ο蠖荍ava的語言細節(jié)，但也都包含"Java語言小結(jié)"小節(jié)，總結(jié)了涉及到的語言要素。在第1章至第3章中，給學(xué)生提供了從最初的想法構(gòu)造Java程序的基本程序塊。雖然就控制結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)類型而言，在這個階段的程序功能很有限，但其重點在于如何構(gòu)造對象，以及如何通過方法調(diào)用和參數(shù)傳遞與其他對象交互。第二部分（第5章到第8章）重點關(guān)注其余語言要素，包括數(shù)據(jù)類型和操作符（見第5章）、控制結(jié)構(gòu)（見第6章）、字符串（見第7章）和數(shù)組（見第8章）。當(dāng)學(xué)生們理解了面向?qū)ο蟪绦虻幕窘Y(jié)構(gòu)與框架之后，講授這些語言特點相對而言會容易一些。第三部分（第9章到第16章）講解了各種高級內(nèi)容，包括圖形用戶界面（見第9章）、圖形（見第10章）、異常（見第11章）、遞歸（見第12章）、線程（見第13章）、文件（見第14章）、套接字和網(wǎng)絡(luò)（見第15章）以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（見第16章）。教師可以根據(jù)學(xué)生的興趣有選擇地講解這幾章的內(nèi)容。表2中的課程提綱取材于作者的一學(xué)期CS1課程（一學(xué)期為13周，加上一個不上課的閱讀周）。表2一學(xué)期的課程安排周主題章1面向?qū)ο?，UML第0章程序設(shè)計與開發(fā)第1章2~4對象和類定義第2章方法和參數(shù)第3章選擇結(jié)構(gòu)（if-else）5Applet編程第4章繼承6數(shù)據(jù)類型與操作符第5章7~8控制結(jié)構(gòu)（循環(huán)）第6章結(jié)構(gòu)化編程9字符串處理（循環(huán)）第7章10數(shù)組處理第8章11遞歸第12章12高級內(nèi)容（GUI）第9章13高級內(nèi)容（異常）第11章高級內(nèi)容（線程）第13章注意，這幾章高級內(nèi)容并不需要按順序講解。遞歸（見第12章）可以和循環(huán)（見第6章）一起講，甚至可以在循環(huán)之前講。遞歸這一章包括一些使用字符串、數(shù)組和繪制算法（分形）的例子，以及一些標準數(shù)值算法（階乘）的例子。講解遞歸的另一種方法是和字符串（見第7章）、數(shù)組（見第8章）以及圖形（見第10章）一起討論，這樣就可以同時講解遞歸和循環(huán)迭代。異常（見第11章）也可以早一些講。這一章的前幾節(jié)中的例子使用了簡單的算術(shù)運算符和基本的for循環(huán)。如果單獨介紹這些語言要素，可以緊接在第3章之后講解異常。在有關(guān)高級內(nèi)容的那幾章中，有些例子用到了Applet（見第4章）和GUI（見第9章），所以這些章節(jié)在第10章（關(guān)于圖形）、第13章（關(guān)于線程）、第14章（關(guān)于文件）以及第15章（關(guān)于套接字和網(wǎng)絡(luò)）之前講較為理想。然而，第16章（關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）與其他高級內(nèi)容的講解可以獨立于Applet和GUI。圖1給出了書中各章的主要依賴關(guān)系。

暫缺《Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計》作者簡介