如果你以前從未使用過面向對象的編程語言，那么在開始編寫任何代碼之前，你需要學習一些基本概念，本課將向你介紹對象、類、繼承、接口和包，每個討論都關注這些概念如何與現實世界相關，同時介紹Java編程語言的語法。

對象是理解面向對象技術的關鍵，環顧四周，你會發現許多現實世界中的東西：你的狗，你的桌子，你的電視機，你的自行車。

真實世界的對象有兩個特征：它們都有狀態和行為，狗有狀態（名字，顏色，品種，饑餓）和行為（吠叫，挑逗，搖尾巴），自行車也有狀態（當前齒輪，當前踏板節奏，當前速度）和行為（換檔，改變踏板節奏，踩剎車），識別真實對象的狀態和行為是開始考慮面向對象編程的好方法。

現在花一分鐘觀察你周圍的真實世界，對于你看到的每一個物體，問自己兩個問題：“這個對象可能處于什么狀態?”和“這個對象可能執行什么行為?”，一定要寫下你的觀察結果，正如你所做的，你會注意到現實世界中的對象在復雜性上是不同的；你的臺燈可能只有兩個可能的狀態（打開和關閉）和兩個可能的行為（打開和關閉），但是你的桌面收音機可能有其他狀態（打開、關閉、當前音量、當前站）和行為（打開、關閉、增加音量、減少音量、查找、掃描和調優）。你可能還注意到，一些對象反過來也將包含其他對象，這些實際的觀察結果都轉化為面向對象編程的世界。

軟件對象在概念上與真實世界的對象相似：它們也包括狀態和相關的行為，對象將其狀態存儲在字段中（某些編程語言中的變量），并通過方法（某些編程語言中的函數）公開其行為，方法對對象的內部狀態進行操作，并作為對象到對象通信的主要機制，隱藏內部狀態并要求通過對象的方法執行所有交互稱為數據封裝 — 面向對象編程的基本原則。

以自行車為例：

通過歸因于狀態（當前速度，當前踏板節奏和當前檔位）并提供改變該狀態的方法，該對象仍然控制外部世界如何被允許使用它，例如，如果自行車僅具有6個檔位，則換檔的方法可以拒絕小于1或大于6的任何值。

將代碼打包到多帶帶的軟件對象中可以帶來很多好處，包括：

模塊化：對象的源代碼可以獨立于其他對象的源代碼編寫和維護，一旦創建，對象可以很容易地在系統內部傳遞。

信息隱藏：通過只與對象的方法交互，其內部實現的細節仍然隱藏在外部世界之外。

代碼重用：如果一個對象已經存在（可能由另一個軟件開發人員編寫），你可以在程序中使用該對象，這允許專門實現/測試/調試復雜的、特定于任務的對象，然后你可以信任這些對象在你自己的代碼中運行。

可插入性和調試方便：如果某個特定對象出現問題，你可以簡單地從應用程序中刪除它，并將另一個對象插入替換，這類似于在現實世界中解決機械問題，如果螺栓斷裂，你要更換它，而不是整個機器。

在現實世界中，你經常會發現許多多帶帶的物體都是一樣的，可能還有成千上萬的其他自行車存在，所有的制造和模型都是一樣的，每一輛自行車都是用同樣一套藍圖建造的，因此包含了同樣的部件，在面向對象的術語中，我們說你的自行車是稱為自行車的對象類的實例，類是創建單個對象的藍圖。

下面的Bicycle類是自行車的一種可能實現：

class Bicycle {

    int cadence = 0;
    int speed = 0;
    int gear = 1;

    void changeCadence(int newValue) {
         cadence = newValue;
    }

    void changeGear(int newValue) {
         gear = newValue;
    }

    void speedUp(int increment) {
         speed = speed + increment;   
    }

    void applyBrakes(int decrement) {
         speed = speed - decrement;
    }

    void printStates() {
         System.out.println("cadence:" +
             cadence + " speed:" + 
             speed + " gear:" + gear);
    }
}

Java編程語言的語法對你來說是全新的，但是這個類的設計是基于之前對自行車對象的討論，字段cadence、speed以及gear表示對象的狀態，方法（changeCadence、changeGear、speedUp等）定義了它與外部世界的交互。

你可能已經注意到，Bicycle類不包含main方法，那是因為它不是一個完整的應用程序；這只是在應用程序中使用的自行車的藍圖，創建和使用新的Bicycle對象的職責屬于應用程序中的其他類。

這里有一個BicycleDemo類，它創建兩個獨立的Bicycle對象并調用它們的方法：

class BicycleDemo {
    public static void main(String[] args) {

        // Create two different 
        // Bicycle objects
        Bicycle bike1 = new Bicycle();
        Bicycle bike2 = new Bicycle();

        // Invoke methods on 
        // those objects
        bike1.changeCadence(50);
        bike1.speedUp(10);
        bike1.changeGear(2);
        bike1.printStates();

        bike2.changeCadence(50);
        bike2.speedUp(10);
        bike2.changeGear(2);
        bike2.changeCadence(40);
        bike2.speedUp(10);
        bike2.changeGear(3);
        bike2.printStates();
    }
}

此測試的輸出打印兩輛自行車的cadence，speed和gear：

cadence:50 speed:10 gear:2
cadence:40 speed:20 gear:3

不同種類的物體之間往往有一定的共同之處，例如山地自行車、公路自行車和雙人自行車，都有自行車的特點（目前的速度，目前的踏板節奏，目前的檔位），然而，每個還定義了使它們不同的其他功能：雙人自行車有兩個座位和兩套車把；公路自行車有彎車把；一些山地自行車有一個額外的鏈環，使它們的齒輪比更低。

面向對象編程允許類從其他類繼承共同的狀態和行為，在這個例子中，Bicycle現在成為了MountainBike、RoadBike和TandemBike的超類，在Java編程語言中，每個類都允許有一個直接的超類，每個超類都可能有無限數量的子類：

創建子類的語法很簡單，在類聲明的開頭，使用extend關鍵字，后跟要繼承的類的名稱：

class MountainBike extends Bicycle {

    // new fields and methods defining 
    // a mountain bike would go here

}

這使MountainBike擁有與Bicycle相同的字段和方法，但它的代碼卻只關注使它獨一無二的特性，這使得子類的代碼易于閱讀，但是，莫必須注意正確記錄每個超類定義的狀態和行為，因為該代碼不會出現在每個子類的源文件中。

正如你已經了解的，對象通過它們公開的方法定義它們與外部世界的交互，方法形成對象與外界的接口；例如，電視機前的按鈕是你和塑料外殼另一面的電線之間的接口，你按下“電源”按鈕，打開和關閉電視。

在最常見的形式中，接口是一組具有空體的相關方法，自行車的行為（如果指定為接口）可能如下所示：

interface Bicycle {

    //  wheel revolutions per minute
    void changeCadence(int newValue);

    void changeGear(int newValue);

    void speedUp(int increment);

    void applyBrakes(int decrement);
}

要實現這個接口，你的類的名稱將會改變（例如，對特定品牌的自行車，例如ACMEBicycle），并且你將在類聲明中使用implements關鍵字：

class ACMEBicycle implements Bicycle {

    int cadence = 0;
    int speed = 0;
    int gear = 1;

   // The compiler will now require that methods
   // changeCadence, changeGear, speedUp, and applyBrakes
   // all be implemented. Compilation will fail if those
   // methods are missing from this class.

    void changeCadence(int newValue) {
         cadence = newValue;
    }

    void changeGear(int newValue) {
         gear = newValue;
    }

    void speedUp(int increment) {
         speed = speed + increment;   
    }

    void applyBrakes(int decrement) {
         speed = speed - decrement;
    }

    void printStates() {
         System.out.println("cadence:" +
             cadence + " speed:" + 
             speed + " gear:" + gear);
    }
}

實現接口允許類對其承諾提供的行為變得更加正式，接口在類和外部世界之間形成契約，并且該契約在構建時由編譯器強制執行，如果你的類聲稱實現了一個接口，那么在該類成功編譯之前，該接口定義的所有方法必須出現在其源代碼中。

要實際編譯ACMEBicycle類，你需要將public關鍵字添加到已實現的接口方法的開頭，稍后你將在有關類和對象以及接口和繼承的課程中了解相關原因。

包是組織一組相關類和接口的命名空間，從概念上來說，你可以將包看作類似于計算機上的不同文件夾，你可以將HTML頁面保存在一個文件夾中，將圖像保存在另一個文件夾中，將腳本或應用程序保存在另一個文件夾中。因為用Java編程語言編寫的軟件可以由數百或數千個多帶帶的類組成，所以通過將相關的類和接口放置到包中來組織事情是有意義的。

Java平臺提供了一個龐大的類庫（一組包），可以在你自己的應用程序中使用，這個庫被稱為“應用程序編程接口”，簡稱為“API”，它的包代表了最常用于通用編程的工作。例如，String對象包含字符串的狀態和行為；File對象允許程序員輕松地在文件系統上創建、刪除、檢查、比較或修改文件；Socket對象允許創建和使用網絡sockets；各種GUI對象控制按鈕和復選框以及與圖形用戶界面相關的任何其他內容。實際上有成千上萬個類可供選擇，這允許程序員關注特定應用程序的設計，而不是使其工作所需的基礎設施。

Java平臺API規范包含Java SE平臺提供的所有包、接口、類、字段和方法的完整清單，在瀏覽器中加載該頁面并將其添加到書簽，作為程序員，它將成為你最重要的參考文檔。