第5章 隐藏实施过程
“进行面向对象的设计时，一项基本的考虑是：如何将发生变化的东西与保持不变的东西分隔开。”
这一点对于库来说是特别重要的。那个库的用户（客户程序员）必须能依赖自己使用的那一部分，并知道一旦新版本的库出台，自己不需要改写代码。而与此相反，库的创建者必须能自由地进行修改与改进，同时保证客户程序员代码不会受到那些变动的影响。
为达到这个目的，需遵守一定的约定或规则。例如，库程序员在修改库内的一个类时，必须保证不删除已有的方法，因为那样做会造成客户程序员代码出现断点。然而，相反的情况却是令人痛苦的。对于一个数据成员，库的创建者怎样才能知道哪些数据成员已受到客户程序员的访问呢？若方法属于某个类唯一的一部分，而且并不一定由客户程序员直接使用，那么这种痛苦的情况同样是真实的。如果库的创建者想删除一种旧有的实施方案，并置入新代码，此时又该怎么办呢？对那些成员进行的任何改动都可能中断客户程序员的代码。所以库创建者处在一个尴尬的境地，似乎根本动弹不得。
为解决这个问题，Java推出了“访问指示符”的概念，允许库创建者声明哪些东西是客户程序员可以使用的，哪些是不可使用的。这种访问控制的级别在“最大访问”和“最小访问”的范围之间，分别包括：public，“友好的”（无关键字），protected以及private。根据前一段的描述，大家或许已总结出作为一名库设计者，应将所有东西都尽可能保持为“private”（私有），并只展示出那些想让客户程序员使用的方法。这种思路是完全正确的，尽管它有点儿违背那些用其他语言（特别是C）编程的人的直觉，那些人习惯于在没有任何限制的情况下访问所有东西。到这一章结束时，大家应该可以深刻体会到Java访问控制的价值。
然而，组件库以及控制谁能访问那个库的组件的概念现在仍不是完整的。仍存在这样一个问题：如何将组件绑定到单独一个统一的库单元里。这是通过Java的package（打包）关键字来实现的，而且访问指示符要受到类在相同的包还是在不同的包里的影响。所以在本章的开头，大家首先要学习库组件如何置入包里。这样才能理解访问指示符的完整含义。
5.1 包：库单元
我们用import关键字导入一个完整的库时，就会获得“包”（Package）。例如：
import java.util.*;
它的作用是导入完整的实用工具（Utility）库，该库属于标准Java开发工具包的一部分。由于Vector位于java.util里，所以现在要么指定完整名称“java.util.Vector”（可省略import语句），要么简单地指定一个“Vector”（因为import是默认的）。
若想导入单独一个类，可在import语句里指定那个类的名字：
import java.util.Vector;
现在，我们可以自由地使用Vector。然而，java.util中的其他任何类仍是不可使用的。
之所以要进行这样的导入，是为了提供一种特殊的机制，以便管理“命名空间”（Name Space）。我们所有类成员的名字相互间都会隔离起来。位于类A内的一个方法f()不会与位于类B内的、拥有相同“签名”（自变量列表）的f()发生冲突。但类名会不会冲突呢？假设创建一个stack类，将它安装到已有一个stack类（由其他人编写）的机器上，这时会出现什么情况呢？对于因特网中的Java应用，这种情况会在用户毫不知晓的时候发生，因为类会在运行一个Java程序的时候自动下载。
正是由于存在名字潜在的冲突，所以特别有必要对Java中的命名空间进行完整的控制，而且需要创建一个完全独一无二的名字，无论因特网存在什么样的限制。
迄今为止，本书的大多数例子都仅存在于单个文件中，而且设计成局部（本地）使用，没有同包名发生冲突（在这种情况下，类名置于“默认包”内）。这是一种有效的做法，而且考虑到问题的简化，本书剩下的部分也将尽可能地采用它。然而，若计划创建一个“对因特网友好”或者说“适合在因特网使用”的程序，必须考虑如何防止类名的重复。
为Java创建一个源码文件的时候，它通常叫作一个“编辑单元”（有时也叫作“翻译单元”）。每个编译单元都必须有一个以.java结尾的名字。而且在编译单元的内部，可以有一个公共（public）类，它必须拥有与文件相同的名字（包括大小写形式，但排除.java文件扩展名）。如果不这样做，编译器就会报告出错。每个编译单元内都只能有一个public类（同样地，否则编译器会报告出错）。那个编译单元剩下的类（如果有的话）可在那个包外面的世界面前隐藏起来，因为它们并非“公共”的（非public），而且它们由用于主public类的“支撑”类组成。
编译一个.java文件时，我们会获得一个名字完全相同的输出文件；但对于.java文件中的每个类，它们都有一个.class扩展名。因此，我们最终从少量的.java文件里有可能获得数量众多的.class文件。如以前用一种汇编语言写过程序，那么可能已习惯编译器先分割出一种过渡形式（通常是一个.obj文件），再用一个链接器将其与其他东西封装到一起（生成一个可执行文件），或者与一个库封装到一起（生成一个库）。但那并不是Java的工作方式。一个有效的程序就是一系列.class文件，它们可以封装和压缩到一个JAR文件里（使用Java 1.1提供的jar工具）。Java解释器负责对这些文件的寻找、装载和解释（注释①）。
①：Java并没有强制一定要使用解释器。一些固有代码的Java编译器可生成单独的可执行文件。
“库”也由一系列类文件构成。每个文件都有一个public类（并没强迫使用一个public类，但这种情况最很典型的），所以每个文件都有一个组件。如果想将所有这些组件（它们在各自独立的.java和.class文件里）都归纳到一起，那么package关键字就可以发挥作用）。
若在一个文件的开头使用下述代码：
package mypackage;
那么package语句必须作为文件的第一个非注释语句出现。该语句的作用是指出这个编译单元属于名为mypackage的一个库的一部分。或者换句话说，它表明这个编译单元内的public类名位于mypackage这个名字的下面。如果其他人想使用这个名字，要么指出完整的名字，要么与mypackage联合使用import关键字（使用前面给出的选项）。注意根据Java包（封装）的约定，名字内的所有字母都应小写，甚至那些中间单词亦要如此。
例如，假定文件名是MyClass.java。它意味着在那个文件有一个、而且只能有一个public类。而且那个类的名字必须是MyClass（包括大小写形式）：
package mypackage;
public class MyClass {
// . . .
现在，如果有人想使用MyClass，或者想使用mypackage内的其他任何public类，他们必须用import关键字激活mypackage内的名字，使它们能够使用。另一个办法则是指定完整的名称：
mypackage.MyClass m = new mypackage.MyClass();
import关键字则可将其变得简洁得多：
import mypackage.*;
// . . .
MyClass m = new MyClass();
作为一名库设计者，一定要记住package和import关键字允许我们做的事情就是分割单个全局命名空间，保证我们不会遇到名字的冲突——无论有多少人使用因特网，也无论多少人用Java编写自己的类。
5.1.1 创建独一无二的包名
大家或许已注意到这样一个事实：由于一个包永远不会真的“封装”到单独一个文件里面，它可由多个.class文件构成，所以局面可能稍微有些混乱。为避免这个问题，最合理的一种做法就是将某个特定包使用的所有.class文件都置入单个目录里。也就是说，我们要利用操作系统的分级文件结构避免出现混乱局面。这正是Java所采取的方法。
它同时也解决了另两个问题：创建独一无二的包名以及找出那些可能深藏于目录结构某处的类。正如我们在第2章讲述的那样，为达到这个目的，需要将.class文件的位置路径编码到package的名字里。但根据约定，编译器强迫package名的第一部分是类创建者的因特网域名。由于因特网域名肯定是独一无二的（由InterNIC保证——注释②，它控制着域名的分配），所以假如按这一约定行事，package的名称就肯定不会重复，所以永远不会遇到名称冲突的问题。换句话说，除非将自己的域名转让给其他人，而且对方也按照相同的路径名编写Java代码，否则名字的冲突是永远不会出现的。当然，如果你没有自己的域名，那么必须创造一个非常生僻的包名（例如自己的英文姓名），以便尽最大可能创建一个独一无二的包名。如决定发行自己的Java代码，那么强烈推荐去申请自己的域名，它所需的费用是非常低廉的。
②：ftp://ftp.internic.net
这个技巧的另一部分是将package名解析成自己机器上的一个目录。这样一来，Java程序运行并需要装载.class文件的时候（这是动态进行的，在程序需要创建属于那个类的一个对象，或者首次访问那个类的一个static成员时），它就可以找到.class文件驻留的那个目录。
Java解释器的工作程序如下：首先，它找到环境变量CLASSPATH（将Java或者具有Java解释能力的工具——如浏览器——安装到机器中时，通过操作系统进行设定）。CLASSPATH包含了一个或多个目录，它们作为一种特殊的“根”使用，从这里展开对.class文件的搜索。从那个根开始，解释器会寻找包名，并将每个点号（句点）替换成一个斜杠，从而生成从CLASSPATH根开始的一个路径名（所以package foo.bar.baz会变成foo\bar\baz或者foo/bar/baz；具体是正斜杠还是反斜杠由操作系统决定）。随后将它们连接到一起，成为CLASSPATH内的各个条目（入口）。以后搜索.class文件时，就可从这些地方开始查找与准备创建的类名对应的名字。此外，它也会搜索一些标准目录——这些目录与Java解释器驻留的地方有关。
为进一步理解这个问题，下面以我自己的域名为例，它是bruceeckel.com。将其反转过来后，com.bruceeckel就为我的类创建了独一无二的全局名称（com，edu，org，net等扩展名以前在Java包中都是大写的，但自Java 1.2以来，这种情况已发生了变化。现在整个包名都是小写的）。由于决定创建一个名为util的库，我可以进一步地分割它，所以最后得到的包名如下：
package com.bruceeckel.util;
现在，可将这个包名作为下述两个文件的“命名空间”使用：
//: Vector.java
// Creating a package
package com.bruceeckel.util;
public class Vector {
public Vector() {
System.out.println(
"com.bruceeckel.util.Vector");
}
} ///:~
创建自己的包时，要求package语句必须是文件中的第一个“非注释”代码。第二个文件表面看起来是类似的：
//: List.java
// Creating a package
package com.bruceeckel.util;
public class List {
public List() {
System.out.println(
"com.bruceeckel.util.List");
}
} ///:~
这两个文件都置于我自己系统的一个子目录中：
C:\DOC\JavaT\com\bruceeckel\util
若通过它往回走，就会发现包名com.bruceeckel.util，但路径的第一部分又是什么呢？这是由CLASSPATH环境变量决定的。在我的机器上，它是：
CLASSPATH=.;D:\JAVA\LIB;C:\DOC\JavaT
可以看出，CLASSPATH里能包含大量备用的搜索路径。然而，使用JAR文件时要注意一个问题：必须将JAR文件的名字置于类路径里，而不仅仅是它所在的路径。所以对一个名为grape.jar的JAR文件来说，我们的类路径需要包括：
CLASSPATH=.;D:\JAVA\LIB;C:\flavors\grape.jar
正确设置好类路径后，可将下面这个文件置于任何目录里（若在执行该程序时遇到麻烦，请参见第3章的3.1.2小节“赋值”）：
//: LibTest.java
// Uses the library
package c05;
import com.bruceeckel.util.*;
public class LibTest {
public static void main(String[] args) {
Vector v = new Vector();
List l = new List();
}
} ///:~
编译器遇到import语句后，它会搜索由CLASSPATH指定的目录，查找子目录com\bruceeckel\util，然后查找名称适当的已编译文件（对于Vector是Vector.class，对于List则是List.class）。注意Vector和List内无论类还是需要的方法都必须设为public。
1. 自动编译
为导入的类首次创建一个对象时（或者访问一个类的static成员时），编译器会在适当的目录里寻找同名的.class文件（所以如果创建类X的一个对象，就应该是X.class）。若只发现X.class，它就是必须使用的那一个类。然而，如果它在相同的目录中还发现了一个X.java，编译器就会比较两个文件的日期标记。如果X.java比X.class新，就会自动编译X.java，生成一个最新的X.class。
对于一个特定的类，或在与它同名的.java文件中没有找到它，就会对那个类采取上述的处理。
2. 冲突
若通过*导入了两个库，而且它们包括相同的名字，这时会出现什么情况呢？例如，假定一个程序使用了下述导入语句：
import com.bruceeckel.util.*;
import java.util.*;
由于java.util.*也包含了一个Vector类，所以这会造成潜在的冲突。然而，只要冲突并不真的发生，那么就不会产生任何问题——这当然是最理想的情况，因为否则的话，就需要进行大量编程工作，防范那些可能可能永远也不会发生的冲突。
如现在试着生成一个Vector，就肯定会发生冲突。如下所示：
Vector v = new Vector();
它引用的到底是哪个Vector类呢？编译器对这个问题没有答案，读者也不可能知道。所以编译器会报告一个错误，强迫我们进行明确的说明。例如，假设我想使用标准的Java Vector，那么必须象下面这样编程：
java.util.Vector v = new java.util.Vector();
由于它（与CLASSPATH一起）完整指定了那个Vector的位置，所以不再需要import java.util.*语句，除非还想使用来自java.util的其他东西。
5.1.2 自定义工具库
掌握前述的知识后，接下来就可以开始创建自己的工具库，以便减少或者完全消除重复的代码。例如，可为System.out.println()创建一个别名，减少重复键入的代码量。它可以是名为tools的一个包（package）的一部分：
//: P.java
// The P.rint & P.rintln shorthand
package com.bruceeckel.tools;
public class P {
public static void rint(Object obj) {
System.out.print(obj);
}
public static void rint(String s) {
System.out.print(s);
}
public static void rint(char[] s) {
System.out.print(s);
}
public static void rint(char c) {
System.out.print(c);
}
public static void rint(int i) {
System.out.print(i);
}
public static void rint(long l) {
System.out.print(l);
}
public static void rint(float f) {
System.out.print(f);
}
public static void rint(double d) {
System.out.print(d);
}
public static void rint(boolean b) {
System.out.print(b);
}
public static void rintln() {
System.out.println();
}
public static void rintln(Object obj) {
System.out.println(obj);
}
public static void rintln(String s) {
System.out.println(s);
}
public static void rintln(char[] s) {
System.out.println(s);
}
public static void rintln(char c) {
System.out.println(c);
}
public static void rintln(int i) {
System.out.println(i);
}
public static void rintln(long l) {
System.out.println(l);
}
public static void rintln(float f) {
System.out.println(f);
}
public static void rintln(double d) {
System.out.println(d);
}
public static void rintln(boolean b) {
System.out.println(b);
}
} ///:~
所有不同的数据类型现在都可以在一个新行输出（P.rintln()），或者不在一个新行输出（P.rint()）。
大家可能会猜想这个文件所在的目录必须从某个CLASSPATH位置开始，然后继续com/bruceeckel/tools。编译完毕后，利用一个import语句，即可在自己系统的任何地方使用P.class文件。如下所示：
ToolTest.java
所以从现在开始，无论什么时候只要做出了一个有用的新工具，就可将其加入tools目录（或者自己的个人util或tools目录）。
1. CLASSPATH的陷阱
P.java文件存在一个非常有趣的陷阱。特别是对于早期的Java实现方案来说，类路径的正确设定通常都是很困难的一项工作。编写这本书的时候，我引入了P.java文件，它最初看起来似乎工作很正常。但在某些情况下，却开始出现中断。在很长的时间里，我都确信这是Java或其他什么在实现时一个错误。但最后，我终于发现在一个地方引入了一个程序（即第17章要说明的CodePackager.java），它使用了一个不同的类P。由于它作为一个工具使用，所以有时候会进入类路径里；另一些时候则不会这样。但只要它进入类路径，那么假若执行的程序需要寻找com.bruceeckel.tools中的类，Java首先发现的就是CodePackager.java中的P。此时，编译器会报告一个特定的方法没有找到。这当然是非常令人头疼的，因为我们在前面的类P里明明看到了这个方法，而且根本没有更多的诊断报告可为我们提供一条线索，让我们知道找到的是一个完全不同的类（那甚至不是public的）。
乍一看来，这似乎是编译器的一个错误，但假若考察import语句，就会发现它只是说：“在这里可能发现了P”。然而，我们假定的是编译器搜索自己类路径的任何地方，所以一旦它发现一个P，就会使用它；若在搜索过程中发现了“错误的”一个，它就会停止搜索。这与我们在前面表述的稍微有些区别，因为存在一些讨厌的类，它们都位于包内。而这里有一个不在包内的P，但仍可在常规的类路径搜索过程中找到。
如果您遇到象这样的情况，请务必保证对于类路径的每个地方，每个名字都仅存在一个类。
5.1.3 利用导入改变行为
Java已取消的一种特性是C的“条件编译”，它允许我们改变参数，获得不同的行为，同时不改变其他任何代码。Java之所以抛弃了这一特性，可能是由于该特性经常在C里用于解决跨平台问题：代码的不同部分根据具体的平台进行编译，否则不能在特定的平台上运行。由于Java的设计思想是成为一种自动跨平台的语言，所以这种特性是没有必要的。
然而，条件编译还有另一些非常有价值的用途。一种很常见的用途就是调试代码。调试特性可在开发过程中使用，但在发行的产品中却无此功能。Alen Holub（www.holub.com）提出了利用包（package）来模仿条件编译的概念。根据这一概念，它创建了C“断定机制”一个非常有用的Java版本。之所以叫作“断定机制”，是由于我们可以说“它应该为真”或者“它应该为假”。如果语句不同意你的断定，就可以发现相关的情况。这种工具在调试过程中是特别有用的。
可用下面这个类进行程序调试：
//: Assert.java
// Assertion tool for debugging
package com.bruceeckel.tools.debug;
public class Assert {
private static void perr(String msg) {
System.err.println(msg);
}
public final static void is_true(boolean exp) {
if(!exp) perr("Assertion failed");
}
public final static void is_false(boolean exp){
if(exp) perr("Assertion failed");
}
public final static void
is_true(boolean exp, String msg) {
if(!exp) perr("Assertion failed: " + msg);
}
public final static void
is_false(boolean exp, String msg) {
if(exp) perr("Assertion failed: " + msg);
}
} ///:~
这个类只是简单地封装了布尔测试。如果失败，就显示出出错消息。在第9章，大家还会学习一个更高级的错误控制工具，名为“违例控制”。但在目前这种情况下，perr()方法已经可以很好地工作。
如果想使用这个类，可在自己的程序中加入下面这一行：
import com.bruceeckel.tools.debug.*;
如欲清除断定机制，以便自己能发行最终的代码，我们创建了第二个Assert类，但却是在一个不同的包里：
//: Assert.java
// Turning off the assertion output
// so you can ship the program.
package com.bruceeckel.tools;
public class Assert {
public final static void is_true(boolean exp){}
public final static void is_false(boolean exp){}
public final static void
is_true(boolean exp, String msg) {}
public final static void
is_false(boolean exp, String msg) {}
} ///:~
现在，假如将前一个import语句变成下面这个样子：
import com.bruceeckel.tools.*;
程序便不再显示出断言。下面是个例子：
//: TestAssert.java
// Demonstrating the assertion tool
package c05;
// Comment the following, and uncomment the
// subsequent line to change assertion behavior:
import com.bruceeckel.tools.debug.*;
// import com.bruceeckel.tools.*;
public class TestAssert {
public static void main(String[] args) {
Assert.is_true((2 + 2) == 5);
Assert.is_false((1 + 1) == 2);
Assert.is_true((2 + 2) == 5, "2 + 2 == 5");
Assert.is_false((1 + 1) == 2, "1 +1 != 2");
}
} ///:~
通过改变导入的package，我们可将自己的代码从调试版本变成最终的发行版本。这种技术可应用于任何种类的条件代码。
5.1.4 包的停用
大家应注意这样一个问题：每次创建一个包后，都在为包取名时间接地指定了一个目录结构。这个包必须存在（驻留）于由它的名字规定的目录内。而且这个目录必须能从CLASSPATH开始搜索并发现。最开始的时候，package关键字的运用可能会令人迷惑，因为除非坚持遵守根据目录路径指定包名的规则，否则就会在运行期获得大量莫名其妙的消息，指出找不到一个特定的类——即使那个类明明就在相同的目录中。若得到象这样的一条消息，请试着将package语句作为注释标记出去。如果这样做行得通，就可知道问题到底出在哪儿。
5.2 Java访问指示符
针对类内每个成员的每个定义，Java访问指示符poublic，protected以及private都置于它们的最前面——无论它们是一个数据成员，还是一个方法。每个访问指示符都只控制着对那个特定定义的访问。这与C++存在着显著不同。在C++中，访问指示符控制着它后面的所有定义，直到又一个访问指示符加入为止。
通过千丝万缕的联系，程序为所有东西都指定了某种形式的访问。在后面的小节里，大家要学习与各类访问有关的所有知识。首次从默认访问开始。
5.2.1 “友好的”
如果根本不指定访问指示符，就象本章之前的所有例子那样，这时会出现什么情况呢？默认的访问没有关键字，但它通常称为“友好”（Friendly）访问。这意味着当前包内的其他所有类都能访问“友好的”成员，但对包外的所有类来说，这些成员却是“私有”（Private）的，外界不得访问。由于一个编译单元（一个文件）只能从属于单个包，所以单个编译单元内的所有类相互间都是自动“友好”的。因此，我们也说友好元素拥有“包访问”权限。
友好访问允许我们将相关的类都组合到一个包里，使它们相互间方便地进行沟通。将类组合到一个包内以后（这样便允许友好成员的相互访问，亦即让它们“交朋友”），我们便“拥有”了那个包内的代码。只有我们已经拥有的代码才能友好地访问自己拥有的其他代码。我们可认为友好访问使类在一个包内的组合显得有意义，或者说前者是后者的原因。在许多语言中，我们在文件内组织定义的方式往往显得有些牵强。但在Java中，却强制用一种颇有意义的形式进行组织。除此以外，我们有时可能想排除一些类，不想让它们访问当前包内定义的类。
对于任何关系，一个非常重要的问题是“谁能访问我们的‘私有’或private代码”。类控制着哪些代码能够访问自己的成员。没有任何秘诀可以“闯入”。另一个包内推荐可以声明一个新类，然后说：“嗨，我是Bob的朋友！”，并指望看到Bob的“protected”（受到保护的）、友好的以及“private”（私有）的成员。为获得对一个访问权限，唯一的方法就是：
(1) 使成员成为“public”（公共的）。这样所有人从任何地方都可以访问它。
(2) 变成一个“友好”成员，方法是舍弃所有访问指示符，并将其类置于相同的包内。这样一来，其他类就可以访问成员。
(3) 正如以后引入“继承”概念后大家会知道的那样，一个继承的类既可以访问一个protected成员，也可以访问一个public成员（但不可访问private成员）。只有在两个类位于相同的包内时，它才可以访问友好成员。但现在不必关心这方面的问题。
(4) 提供“访问器／变化器”方法（亦称为“获取／设置”方法），以便读取和修改值。这是OOP环境中最正规的一种方法，也是Java Beans的基础——具体情况会在第13章介绍。
5.2.2 public：接口访问
使用public关键字时，它意味着紧随在public后面的成员声明适用于所有人，特别是适用于使用库的客户程序员。假定我们定义了一个名为dessert的包，其中包含下述单元（若执行该程序时遇到困难，请参考第3章3.1.2小节“赋值”）：
//: Cookie.java
// Creates a library
package c05.dessert;
public class Cookie {
public Cookie() {
System.out.println("Cookie constructor");
}
void foo() { System.out.println("foo"); }
} ///:~
请记住，Cookie.java必须驻留在名为dessert的一个子目录内，而这个子目录又必须位于由CLASSPATH指定的C05目录下面（C05代表本书的第5章）。不要错误地以为Java无论如何都会将当前目录作为搜索的起点看待。如果不将一个“.”作为CLASSPATH的一部分使用，Java就不会考虑当前目录。
现在，假若创建使用了Cookie的一个程序，如下所示：
//: Dinner.java
// Uses the library
import c05.dessert.*;
public class Dinner {
public Dinner() {
System.out.println("Dinner constructor");
}
public static void main(String[] args) {
Cookie x = new Cookie();
//! x.foo(); // Can't access
}
} ///:~
就可以创建一个Cookie对象，因为它的构建器是public的，而且类也是public的（公共类的概念稍后还会进行更详细的讲述）。然而，foo()成员不可在Dinner.java内访问，因为foo()只有在dessert包内才是“友好”的。
1. 默认包
大家可能会惊讶地发现下面这些代码得以顺利编译——尽管它看起来似乎已违背了规则：
//: Cake.java
// Accesses a class in a separate
// compilation unit.
class Cake {
public static void main(String[] args) {
Pie x = new Pie();
x.f();
}
} ///:~
在位于相同目录的第二个文件里：
//: Pie.java
// The other class
class Pie {
void f() { System.out.println("Pie.f()"); }
} ///:~
最初可能会把它们看作完全不相干的文件，然而Cake能创建一个Pie对象，并能调用它的f()方法！通常的想法会认为Pie和f()是“友好的”，所以不适用于Cake。它们确实是友好的——这部分结论非常正确。但它们之所以仍能在Cake.java中使用，是由于它们位于相同的目录中，而且没有明确的包名。Java把象这样的文件看作那个目录“默认包”的一部分，所以它们对于目录内的其他文件来说是“友好”的。
5.2.3 private：不能接触！
private关键字意味着除非那个特定的类，而且从那个类的方法里，否则没有人能访问那个成员。同一个包内的其他成员不能访问private成员，这使其显得似乎将类与我们自己都隔离起来。另一方面，也不能由几个合作的人创建一个包。所以private允许我们自由地改变那个成员，同时毋需关心它是否会影响同一个包内的另一个类。默认的“友好”包访问通常已经是一种适当的隐藏方法；请记住，对于包的用户来说，是不能访问一个“友好”成员的。这种效果往往能令人满意，因为默认访问是我们通常采用的方法。对于希望变成public（公共）的成员，我们通常明确地指出，令其可由客户程序员自由调用。而且作为一个结果，最开始的时候通常会认为自己不必频繁使用private关键字，因为完全可以在不用它的前提下发布自己的代码（这与C++是个鲜明的对比）。然而，随着学习的深入，大家就会发现private仍然有非常重要的用途，特别是在涉及多线程处理的时候（详情见第14章）。
下面是应用了private的一个例子：
//: IceCream.java
// Demonstrates "private" keyword
class Sundae {
private Sundae() {}
static Sundae makeASundae() {
return new Sundae();
}
}
public class IceCream {
public static void main(String[] args) {
//! Sundae x = new Sundae();
Sundae x = Sundae.makeASundae();
}
} ///:~
这个例子向我们证明了使用private的方便：有时可能想控制对象的创建方式，并防止有人直接访问一个特定的构建器（或者所有构建器）。在上面的例子中，我们不可通过它的构建器创建一个Sundae对象；相反，必须调用makeASundae()方法来实现（注释③）。
③：此时还会产生另一个影响：由于默认构建器是唯一获得定义的，而且它的属性是private，所以可防止对这个类的继承（这是第6章要重点讲述的主题）。
若确定一个类只有一个“助手”方法，那么对于任何方法来说，都可以把它们设为private，从而保证自己不会误在包内其他地方使用它，防止自己更改或删除方法。将一个方法的属性设为private后，可保证自己一直保持这一选项（然而，若一个句柄被设为private，并不表明其他对象不能拥有指向同一个对象的public句柄。有关“别名”的问题将在第12章详述）。
5.2.4 protected：“友好的一种”
protected（受到保护的）访问指示符要求大家提前有所认识。首先应注意这样一个事实：为继续学习本书一直到继承那一章之前的内容，并不一定需要先理解本小节的内容。但为了保持内容的完整，这儿仍然要对此进行简要说明，并提供相关的例子。
protected关键字为我们引入了一种名为“继承”的概念，它以现有的类为基础，并在其中加入新的成员，同时不会对现有的类产生影响——我们将这种现有的类称为“基础类”或者“基本类”（Base Class）。亦可改变那个类现有成员的行为。对于从一个现有类的继承，我们说自己的新类“扩展”（extends）了那个现有的类。如下所示：
class Foo extends Bar {
类定义剩余的部分看起来是完全相同的。
若新建一个包，并从另一个包内的某个类里继承，则唯一能够访问的成员就是原来那个包的public成员。当然，如果在相同的包里进行继承，那么继承获得的包能够访问所有“友好”的成员。有些时候，基础类的创建者喜欢提供一个特殊的成员，并允许访问衍生类。这正是protected的工作。若往回引用5.2.2小节“public：接口访问”的那个Cookie.java文件，则下面这个类就不能访问“友好”的成员：
//: ChocolateChip.java
// Can't access friendly member
// in another class
import c05.dessert.*;
public class ChocolateChip extends Cookie {
public ChocolateChip() {
System.out.println(
"ChocolateChip constructor");
}
public static void main(String[] args) {
ChocolateChip x = new ChocolateChip();
//! x.foo(); // Can't access foo
}
} ///:~
对于继承，值得注意的一件有趣的事情是倘若方法foo()存在于类Cookie中，那么它也会存在于从Cookie继承的所有类中。但由于foo()在外部的包里是“友好”的，所以我们不能使用它。当然，亦可将其变成public。但这样一来，由于所有人都能自由访问它，所以可能并非我们所希望的局面。若象下面这样修改类Cookie：
public class Cookie {
public Cookie() {
System.out.println("Cookie constructor");
}
protected void foo() {
System.out.println("foo");
}
}
那么仍然能在包dessert里“友好”地访问foo()，但从Cookie继承的其他东西亦可自由地访问它。然而，它并非公共的（public）。
5.3 接口与实现
我们通常认为访问控制是“隐藏实施细节”的一种方式。将数据和方法封装到类内后，可生成一种数据类型，它具有自己的特征与行为。但由于两方面重要的原因，访问为那个数据类型加上了自己的边界。第一个原因是规定客户程序员哪些能够使用，哪些不能。我们可在结构里构建自己的内部机制，不用担心客户程序员将其当作接口的一部分，从而自由地使用或者“滥用”。
这个原因直接导致了第二个原因：我们需要将接口同实施细节分离开。若结构在一系列程序中使用，但用户除了将消息发给public接口之外，不能做其他任何事情，我们就可以改变不属于public的所有东西（如“友好的”、protected以及private），同时不要求用户对他们的代码作任何修改。
我们现在是在一个面向对象的编程环境中，其中的一个类（class）实际是指“一类对象”，就象我们说“鱼类”或“鸟类”那样。从属于这个类的所有对象都共享这些特征与行为。“类”是对属于这一类的所有对象的外观及行为进行的一种描述。
在一些早期OOP语言中，如Simula-67，关键字class的作用是描述一种新的数据类型。同样的关键字在大多数面向对象的编程语言里都得到了应用。它其实是整个语言的焦点：需要新建数据类型的场合比那些用于容纳数据和方法的“容器”多得多。
在Java中，类是最基本的OOP概念。它是本书未采用粗体印刷的关键字之一——由于数量太多，所以会造成页面排版的严重混乱。
为清楚起见，可考虑用特殊的样式创建一个类：将public成员置于最开头，后面跟随protected、友好以及private成员。这样做的好处是类的使用者可从上向下依次阅读，并首先看到对自己来说最重要的内容（即public成员，因为它们可从文件的外部访问），并在遇到非公共成员后停止阅读，后者已经属于内部实施细节的一部分了。然而，利用由javadoc提供支持的注释文档（已在第2章介绍），代码的可读性问题已在很大程度上得到了解决。
public class X {
public void pub1( ) { /* . . . */ }
public void pub2( ) { /* . . . */ }
public void pub3( ) { /* . . . */ }
private void priv1( ) { /* . . . */ }
private void priv2( ) { /* . . . */ }
private void priv3( ) { /* . . . */ }
private int i;
// . . .
}
由于接口和实施细节仍然混合在一起，所以只是部分容易阅读。也就是说，仍然能够看到源码——实施的细节，因为它们需要保存在类里面。向一个类的消费者显示出接口实际是“类浏览器”的工作。这种工具能查找所有可用的类，总结出可对它们采取的全部操作（比如可以使用哪些成员等），并用一种清爽悦目的形式显示出来。到大家读到这本书的时候，所有优秀的Java开发工具都应推出了自己的浏览器。
5.4 类访问
在Java中，亦可用访问指示符判断出一个库内的哪些类可由那个库的用户使用。若想一个类能由客户程序员调用，可在类主体的起始花括号前面某处放置一个public关键字。它控制着客户程序员是否能够创建属于这个类的一个对象。
为控制一个类的访问，指示符必须在关键字class之前出现。所以我们能够使用：
public class Widget {
也就是说，假若我们的库名是mylib，那么所有客户程序员都能访问Widget——通过下述语句：
import mylib.Widget;
或者
import mylib.*;
然而，我们同时还要注意到一些额外的限制：
(1) 每个编译单元（文件）都只能有一个public类。每个编译单元有一个公共接口的概念是由那个公共类表达出来的。根据自己的需要，它可拥有任意多个提供支撑的“友好”类。但若在一个编译单元里使用了多个public类，编译器就会向我们提示一条出错消息。
(2) public类的名字必须与包含了编译单元的那个文件的名字完全相符，甚至包括它的大小写形式。所以对于Widget来说，文件的名字必须是Widget.java，而不应是widget.java或者WIDGET.java。同样地，如果出现不符，就会报告一个编译期错误。
(3) 可能（但并常见）有一个编译单元根本没有任何公共类。此时，可按自己的意愿任意指定文件名。
如果已经获得了mylib内部的一个类，准备用它完成由Widget或者mylib内部的其他某些public类执行的任务，此时又会出现什么情况呢？我们不希望花费力气为客户程序员编制文档，并感觉以后某个时候也许会进行大手笔的修改，并将自己的类一起删掉，换成另一个不同的类。为获得这种灵活处理的能力，需要保证没有客户程序员能够依赖自己隐藏于mylib内部的特定实施细节。为达到这个目的，只需将public关键字从类中剔除即可，这样便把类变成了“友好的”（类仅能在包内使用）。
注意不可将类设成private（那样会使除类之外的其他东西都不能访问它），也不能设成protected（注释④）。因此，我们现在对于类的访问只有两个选择：“友好的”或者public。若不愿其他任何人访问那个类，可将所有构建器设为private。这样一来，在类的一个static成员内部，除自己之外的其他所有人都无法创建属于那个类的一个对象（注释⑤）。如下例所示：
//: Lunch.java
// Demonstrates class access specifiers.
// Make a class effectively private
// with private constructors:
class Soup {
private Soup() {}
// (1) Allow creation via static method:
public static Soup makeSoup() {
return new Soup();
}
// (2) Create a static object and
// return a reference upon request.
// (The "Singleton" pattern):
private static Soup ps1 = new Soup();
public static Soup access() {
return ps1;
}
public void f() {}
}
class Sandwich { // Uses Lunch
void f() { new Lunch(); }
}
// Only one public class allowed per file:
public class Lunch {
void test() {
// Can't do this! Private constructor:
//! Soup priv1 = new Soup();
Soup priv2 = Soup.makeSoup();
Sandwich f1 = new Sandwich();
Soup.access().f();
}
} ///:~
④：实际上，Java 1.1内部类既可以是“受到保护的”，也可以是“私有的”，但那属于特别情况。第7章会详细解释这个问题。
⑤：亦可通过从那个类继承来实现。
迄今为止，我们创建过的大多数方法都是要么返回void，要么返回一个基本数据类型。所以对下述定义来说：
public static Soup access() {
return psl;
}
它最开始多少会使人有些迷惑。位于方法名（access）前的单词指出方法到底返回什么。在这之前，我们看到的都是void，它意味着“什么也不返回”（void在英语里是“虚无”的意思。但亦可返回指向一个对象的句柄，此时出现的就是这个情况。该方法返回一个句柄，它指向类Soup的一个对象。
Soup类向我们展示出如何通过将所有构建器都设为private，从而防止直接创建一个类。请记住，假若不明确地至少创建一个构建器，就会自动创建默认构建器（没有自变量）。若自己编写默认构建器，它就不会自动创建。把它变成private后，就没人能为那个类创建一个对象。但别人怎样使用这个类呢？上面的例子为我们揭示出了两个选择。第一个选择，我们可创建一个static方法，再通过它创建一个新的Soup，然后返回指向它的一个句柄。如果想在返回之前对Soup进行一些额外的操作，或者想了解准备创建多少个Soup对象（可能是为了限制它们的个数），这种方案无疑是特别有用的。
第二个选择是采用“设计方案”（Design Pattern）技术，本书后面会对此进行详细介绍。通常方案叫作“独子”，因为它仅允许创建一个对象。类Soup的对象被创建成Soup的一个static private成员，所以有一个而且只能有一个。除非通过public方法access()，否则根本无法访问它。
正如早先指出的那样，如果不针对类的访问设置一个访问指示符，那么它会自动默认为“友好的”。这意味着那个类的对象可由包内的其他类创建，但不能由包外创建。请记住，对于相同目录内的所有文件，如果没有明确地进行package声明，那么它们都默认为那个目录的默认包的一部分。然而，假若那个类一个static成员的属性是public，那么客户程序员仍然能够访问那个static成员——即使它们不能创建属于那个类的一个对象。
5.5 总结
对于任何关系，最重要的一点都是规定好所有方面都必须遵守的界限或规则。创建一个库时，相当于建立了同那个库的用户（即“客户程序员”）的一种关系——那些用户属于另外的程序员，可能用我们的库自行构建一个应用程序，或者用我们的库构建一个更大的库。
如果不制订规则，客户程序员就可以随心所欲地操作一个类的所有成员，无论我们本来愿不愿意其中的一些成员被直接操作。所有东西都在别人面前都暴露无遗。
本章讲述了如何构建类，从而制作出理想的库。首先，我们讲述如何将一组类封装到一个库里。其次，我们讲述类如何控制对自己成员的访问。
一般情况下，一个C程序项目会在50K到100K行代码之间的某个地方开始中断。这是由于C仅有一个“命名空间”，所以名字会开始互相抵触，从而造成额外的管理开销。而在Java中，package关键字、包命名方案以及import关键字为我们提供对名字的完全控制，所以命名冲突的问题可以很轻易地得到避免。
有两方面的原因要求我们控制对成员的访问。第一个是防止用户接触那些他们不应碰的工具。对于数据类型的内部机制，那些工具是必需的。但它们并不属于用户接口的一部分，用户不必用它来解决自己的特定问题。所以将方法和字段变成“私有”（private）后，可极大方便用户。因为他们能轻易看出哪些对于自己来说是最重要的，以及哪些是自己需要忽略的。这样便简化了用户对一个类的理解。
进行访问控制的第二个、也是最重要的一个原因是：允许库设计者改变类的内部工作机制，同时不必担心它会对客户程序员产生什么影响。最开始的时候，可用一种方法构建一个类，后来发现需要重新构建代码，以便达到更快的速度。如接口和实施细节早已进行了明确的分隔与保护，就可以轻松地达到自己的目的，不要求用户改写他们的代码。
利用Java中的访问指示符，可有效控制类的创建者。那个类的用户可确切知道哪些是自己能够使用的，哪些则是可以忽略的。但更重要的一点是，它可确保没有任何用户能依赖一个类的基础实施机制的任何部分。作为一个类的创建者，我们可自由修改基础的实施细节，这一改变不会对客户程序员产生任何影响，因为他们不能访问类的那一部分。
有能力改变基础的实施细节后，除了能在以后改进自己的设置之外，也同时拥有了“犯错误”的自由。无论当初计划与设计时有多么仔细，仍然有可能出现一些失误。由于知道自己能相当安全地犯下这种错误，所以可以放心大胆地进行更多、更自由的试验。这对自己编程水平的提高是很有帮助的，使整个项目最终能更快、更好地完成。
一个类的公共接口是所有用户都能看见的，所以在进行分析与设计的时候，这是应尽量保证其准确性的最重要的一个部分。但也不必过于紧张，少许的误差仍然是允许的。若最初设计的接口存在少许问题，可考虑添加更多的方法，只要保证不删除客户程序员已在他们的代码里使用的东西。
