Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)

　　本書從解決實(shí)際問題的角度講解Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，提供了健壯而靈活的問題求解方式，有助于讀者了解對(duì)象的抽象原則，掌握對(duì)象的交互概念以及各種方法的使用。書中首先采用"從對(duì)象開始"的方式引導(dǎo)讀者，在引入大多數(shù)程序設(shè)計(jì)基本特性和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)概念之前，先介紹設(shè)計(jì)對(duì)象和方法的基礎(chǔ)知識(shí)。本書重點(diǎn)關(guān)注問題分解和問題設(shè)計(jì)，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(shí)驗(yàn)題相結(jié)合，為讀者提供了理論與實(shí)踐的最佳結(jié)合方案。另外，書中也講解了Java高級(jí)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(shí)安排選講適當(dāng)?shù)母呒?jí)主題。本書適合作為高等院校計(jì)算機(jī)專業(yè)或相關(guān)專業(yè)的Java程序設(shè)計(jì)或面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)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(jì)大師，還是一位擅長(zhǎng)快速原型法的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序設(shè)計(jì)師，或者僅僅是一位剛剛踏入程序設(shè)計(jì)之門的初級(jí)程序員。從最初為嵌入式程序而設(shè)計(jì)的語言到現(xiàn)在特別適合Internet程序設(shè)計(jì)的語言，Java已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)地成為Internet時(shí)代的主流程序設(shè)計(jì)語言之一。本書最令人心動(dòng)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(duì)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?yàn)槿绱?，本書非常適合作為一本入門教材。作者把極為廣博的知識(shí)融入本書，為讀者學(xué)習(xí)Java提供了全面而且實(shí)用的指導(dǎo)。在強(qiáng)調(diào)面向?qū)ο蟮耐瑫r(shí)并沒有忽視語言細(xì)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(cè)試等。另外，每章的Java語言小結(jié)、Java庫類、實(shí)驗(yàn)課、自測(cè)題以及習(xí)題，都有助于讀者在學(xué)習(xí)過程中鞏固知識(shí)并提高實(shí)際編程能力。"從對(duì)象開始"使本書免于俗套。確實(shí)，它能讓一個(gè)初學(xué)程序設(shè)計(jì)的新手很快對(duì)面向?qū)ο筮@個(gè)激動(dòng)人心的概念有一個(gè)總體印象。這也是許多C程序員在轉(zhuǎn)向C++時(shí)難過的一關(guān)。C++最大的優(yōu)點(diǎn)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?yàn)檫@一點(diǎn)，許多C程序員學(xué)習(xí)C++或者用C++編程達(dá)半年以上卻仍然未能清楚地理解"面向?qū)ο?quot;的真實(shí)內(nèi)涵。本書在深入Java語言的語法與語義細(xì)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(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)有鮮明的感性認(rèn)識(shí)。而本書的后續(xù)內(nèi)容也一直不遺余力地不斷強(qiáng)化面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的各個(gè)關(guān)鍵主題。學(xué)完本書，讀者真正能夠達(dá)到一個(gè)目標(biāo)：學(xué)會(huì)用Java進(jìn)行面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。本書的另一新穎之處是有配套的Web站點(diǎn)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(gè)別代碼或鏈接可能會(huì)失效。如果出現(xiàn)這種情況，請(qǐng)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(guó)往初譯，附錄由吳嫣翻譯。陳渝老師修改了初譯稿并對(duì)全書內(nèi)容進(jìn)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(jìn)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(cuò)誤在所難免，歡迎讀者批評(píng)指正。前言本書讀者對(duì)象本書覆蓋的內(nèi)容和采用的講解方式適用于典型的計(jì)算機(jī)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(duì)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(yàn)，也不需要讀者事先具備任何Java或面向?qū)ο缶幊痰闹R(shí)。第二版的新增內(nèi)容本書第二版在如下方面有重大改進(jìn)：●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?，描述我們開發(fā)的Java程序的設(shè)計(jì)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(shí)添加了很多新的UML框圖。UML正在迅速發(fā)展成為設(shè)計(jì)面向?qū)ο蟪绦虻臉I(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，所以熟悉它會(huì)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??！駨?qiáng)調(diào)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)。第二版更多地強(qiáng)調(diào)了面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，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(xì)節(jié)之前重點(diǎn)關(guān)注設(shè)計(jì)。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(píng)閱者和用戶的建議，本書有幾章的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整。前兩章進(jìn)行了大幅度改寫。第0章現(xiàn)在提供了更詳細(xì)的面向?qū)ο蟮母攀?，并且介紹了UML的主要特點(diǎn)，這樣有助于在深入討論Java的面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)之前給學(xué)生以正確的方向指導(dǎo)。為了強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)相對(duì)于編碼的重要性，第1章在介紹Java代碼之前重點(diǎn)講述程序設(shè)計(jì)與開發(fā)。這一章中還包括了對(duì)基本的Java語言特性的簡(jiǎn)要概述。這樣，學(xué)生們?cè)陂_始學(xué)習(xí)具體的Java例子之前就有了很好的總體認(rèn)識(shí)。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(duì)象開始本書從對(duì)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(shí)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(shí)，使用的是講授C和C++時(shí)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(gè)時(shí)候開始介紹面向?qū)ο?。這種方法是大家都很熟悉的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)Java與C++教材都使用這種方法。這種方法的一個(gè)問題是很多學(xué)生都得不到一個(gè)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(dá)式，但很難把一個(gè)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?qiáng)大功能的優(yōu)勢(shì)。如果要用對(duì)待C或者Pascal的方式來對(duì)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(shí)的相似情況。當(dāng)時(shí)，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(jī)制，學(xué)習(xí)如何將程序設(shè)計(jì)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(jì)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?，F(xiàn)在，初學(xué)者的主要障礙在于"對(duì)象抽象"。新手程序員必須能把程序看成多個(gè)相互作用的對(duì)象的集合，而且必須學(xué)會(huì)如何將編程問題分解成多個(gè)設(shè)計(jì)良好的對(duì)象。面向?qū)ο笸瑫r(shí)包容了來自Pascal時(shí)代的過程抽象與結(jié)構(gòu)化編程的概念。"從對(duì)象開始"的講授方式自頂向下講清楚了這3個(gè)重要的概念。越早介紹對(duì)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(jì)的概念，而不僅僅是另一個(gè)應(yīng)該歸入教材（或課程）的中后期的語言細(xì)節(jié)。如果很晚才介紹OO的概念，就非常容易在課程進(jìn)度緊張時(shí)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(duì)象模型比C++組織得更好。在C++中，很容易繞過OO的特點(diǎn)并把它當(dāng)成C來對(duì)待。在Java中，有很好的機(jī)會(huì)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(diǎn)，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(zhǔn)備一些使用OO概念的例子。主要特點(diǎn)除了"從對(duì)象開始"的方法之外，本書還有其他幾個(gè)重要特點(diǎn)：●統(tǒng)一建模語言（UML）框圖。200多個(gè)UML框圖貫穿全書，用于解釋面向?qū)ο蟮母拍?，并重點(diǎn)關(guān)注面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)。使用UML框圖有如下幾方面的優(yōu)勢(shì)。首先，UML框圖提供了一個(gè)簡(jiǎn)要描述類和對(duì)象的主要特性的可視化方式。讀者很容易看到一個(gè)對(duì)象的屬性和方法，它們是私有的還是公共的，這個(gè)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(jiǎn)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(duì)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(biāo)記法。最后，UML正在迅速成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。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(jì)的書籍?！馛yberPet例子。CyberPet類貫穿全書，作為一個(gè)能夠運(yùn)行的例子來闡述并加強(qiáng)重要的概念。CyberPet在第2章中以一種擬人的方式展示了對(duì)象的基本特征。每個(gè)CyberPet屬于一個(gè)類（定義），有某個(gè)狀態(tài)（實(shí)例變量），能夠執(zhí)行類似吃和睡（實(shí)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(jìn)行通信。在后續(xù)章節(jié)中，通過CyberPet闡述了繼承、隨機(jī)性、動(dòng)畫和線程等概念。一些實(shí)驗(yàn)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(lì)因素。另外，事件驅(qū)動(dòng)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?cè)缫堰^了那個(gè)把命令行界面作為設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)代。JavaApplet的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)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(jìn)了關(guān)于繼承與多態(tài)性的討論?！衽涮譝eb站點(diǎn)。本書設(shè)計(jì)成和一個(gè)包括許多有用資源的配套Web站點(diǎn)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(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)與編程作業(yè)，自動(dòng)評(píng)分的在線測(cè)驗(yàn)以及PowerPoint教案（部分資源為收費(fèi)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(gè)完整地開發(fā)好的"實(shí)例分析"，以及其他用于闡述這種問題求解過程的大量例子?！褡詼y(cè)題。全書包括200多個(gè)自測(cè)題，答案在每章最后給出（位于章末習(xí)題之前）?！裾履┝?xí)題。全書一共提供了400多個(gè)章末習(xí)題，其中還有很多標(biāo)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(cè)（詳見本書末尾的"教學(xué)支持說明"）?！窬幊?、調(diào)試與設(shè)計(jì)技巧。本書包含了近400個(gè)單獨(dú)標(biāo)記的"技巧"（編程技巧、調(diào)試技巧、高效設(shè)計(jì)原則以及Java語言規(guī)則），言簡(jiǎn)意賅地給出了關(guān)于編程與設(shè)計(jì)的有用信息?！?quot;實(shí)驗(yàn)課"小節(jié)。從第1章開始，每一章都包含實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，非常適合有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的CS1課程。對(duì)于那些沒有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的CS1課程，這些小節(jié)也可以用于準(zhǔn)備編程作業(yè)，作為課堂上的演示或者作為其他形式的實(shí)踐作業(yè)。書中的每個(gè)實(shí)驗(yàn)在配套的Web站點(diǎn)上都有補(bǔ)充資源和講義，還提供了可供選用的實(shí)驗(yàn)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(gè)或多個(gè)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(jiǎn)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(shí)驗(yàn)課中涉及的基本GUI組件?！?quot;面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)"小節(jié)。從第1章開始，每一章都有一個(gè)關(guān)于面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的小節(jié)，強(qiáng)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(qiáng)調(diào)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)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(gè)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(jì)過程1.2節(jié)對(duì)象：定義、創(chuàng)建和使用第2章方法：與對(duì)象通信第3章繼承：toString（）方法第3章，"面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)"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(jì)"小節(jié)信息隱藏第5章，"面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)"小節(jié)結(jié)構(gòu)化編程概念第6章，"面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)"小節(jié)抽象類：Cipher第7章，"面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)"小節(jié)多態(tài)性：多態(tài)排序第8章，"面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)"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(jì)"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(jì)"小節(jié)內(nèi)容組織從總體上講，全書可以劃分成三個(gè)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?duì)象、類、方法、參數(shù)傳遞、信息隱藏、繼承以及多態(tài)性。雖然這幾章的重點(diǎn)在于面向?qū)ο蠖荍ava的語言細(xì)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(gè)階段的程序功能很有限，但其重點(diǎn)在于如何構(gòu)造對(duì)象，以及如何通過方法調(diào)用和參數(shù)傳遞與其他對(duì)象交互。第二部分（第5章到第8章）重點(diǎn)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(diǎn)相對(duì)而言會(huì)容易一些。第三部分（第9章到第16章）講解了各種高級(jí)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(gè)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(jì)與開發(fā)第1章2~4對(duì)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(jí)內(nèi)容（GUI）第9章13高級(jí)內(nèi)容（異常）第11章高級(jí)內(nèi)容（線程）第13章注意，這幾章高級(jí)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算符和基本的for循環(huán)。如果單獨(dú)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(jí)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(jí)內(nèi)容的講解可以獨(dú)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(jì)》作者簡(jiǎn)介