3. 综合案例-学生信息管理

导学

关于Java面向对象的知识已经学习过一部分了。在近期的学习中，我们遇到了很多的概念和知识点。在本章节内容中，我们就来通过一个简单的案例，运用Java加面向对象的思想，完成一个模拟场景的实现。

案例简介

在某一个学校开设了一个专业，叫做计算机科学与应用，专业编号J0001，学制为4年。
有四名学生报名学习了本专业，每个人的具体信息如下所示：

通过Java面向对象的语言来实现这样的场景，最后输出的内容如下所示：

案例分析与实现

通过对该场景的分析，我们可以得到这样的两个类

编写专业类及其测试类

package com.dodoke.school.model;
/**
 * 专业类
 * @author LiXinRong
 *
 */
public class Subject {
    //成员属性：学科名称、学科编号、学制年限
    private String subjectName;
    private String subjectNo;
    private int subjectLife;
    public String getSubjectName() {
        return subjectName;
    }
    public void setSubjectName(String subjectName) {
        this.subjectName = subjectName;
    }
    public String getSubjectNo() {
        return subjectNo;
    }
    public void setSubjectNo(String subjectNo) {
        this.subjectNo = subjectNo;
    }
    public int getSubjectLife() {
        return subjectLife;
    }
    //对于专业学习的时长不能低于0
    public void setSubjectLife(int subjectLife) {
        if(subjectLife < 0) {
            return;//直接使用return退出该setSubjectLife方法，使学制年限保存默认值为0
        }
        this.subjectLife = subjectLife;
    }
    public Subject() {
    }
    public Subject(String subjectName, String subjectNo, int subjectLife) {
        super();
        this.setSubjectLife(subjectLife);
        this.setSubjectName(subjectName);
        this.setSubjectNo(subjectNo);
    }
    /**
     * 该方法用于描述专业信息
     * @return 返回描述专业相关信息的字符串
     * 在真实项目中，对于信息的输出不会利用System.out.println()。
     * Java程序一般会提供信息出来，具体的信息输出方式由调用者决定
     */
    public String info() {
        //字符串的拼接，尽量不要写成一长串的形式
        String str = "专业信息如下：\n专业名称：" + this.getSubjectName() + "\n";
        str += "专业编号：" + this.getSubjectNo() + "\n";
        str += "学制年限：" + this.getSubjectNo() + "年";
        return str;
    }
}

测试类

package com.dodoke.school.test;
import com.dodoke.school.model.Subject;
public class SchoolTest {
    public static void main(String[] args) {
        Subject sub = new Subject("计算机科学与应用","J0001",4);
        //info()方法为什么不直接打印输出：我们现在学习的语言环境是比较简陋的，只用在控制台打印输出信息
        //如果需要在网页，在app中输出信息，则返回值为String类型的info()方法，可复用性更高一些
        System.out.println(sub.info());
    }
}

编写学生类及其测试

package com.dodoke.school.model;
public class Student {
    //成员属性：学号，姓名，性别，年龄
    private String studentNo;
    private String studentName;
    private String studentSex;
    private int studentAge;
    public String getStudentNo() {
        return studentNo;
    }
    public void setStudentNo(String studentNo) {
        this.studentNo = studentNo;
    }
    public String getStudentName() {
        return studentName;
    }
    public void setStudentName(String studentName) {
        this.studentName = studentName;
    }
    public String getStudentSex() {
        return studentSex;
    }
    /**
     * 性别限制为男或女，反之，强制限制为男
     * @param studentSex
     */
    //在Java中两个等于号，只能用来判断基本数据类型是否相同
    //如果用来比较引用数据类型，比较的是两个引用数据类型在内存中地址是否相同，所以在Java中两个等于号不能判断字符串是否相等
    //判断字符串是否相等使用equals方法
    public void setStudentSex(String studentSex) {
        if(studentSex.equals("男") || studentSex.equals("女")) {
            this.studentSex = studentSex;
        } else {
            this.studentSex = "男";
        }
    }
    public int getStudentAge() {
        return studentAge;
    }
    /**
     * 给年龄赋值，限制范围在10-100之间，赋值设置为18岁
     * @param studentAge
     */
    public void setStudentAge(int studentAge) {
        if(studentAge > 10 && studentAge < 100) {
            this.studentAge = studentAge;
        } else {
            this.studentAge = 18;
        }
    }
    //无参构造
    public Student() {
        super();
    }
    //多参构造，实现对全部属性的赋值
    public Student(String studentNo, String studentName, String studentSex, int studentAge) {
        super();
        this.setStudentNo(studentNo);
        this.setStudentName(studentName);
        this.setStudentSex(studentSex);
        this.setStudentAge(studentAge);
    }
    /**
     * 学生自我介绍
     * @return 用于返回描述学生信息字符串
     */
    public String introduction() {
        String str = "学生信息如下：\n姓名：" + this.getStudentName() + "\n";
        str += "学号：" + this.getStudentNo()+ "\n";
        str += "性别：" + this.getStudentSex()+ "\n";
        str += "年龄：" + this.getStudentAge();
        return str;
    }
}

测试：

public class SchoolTest {
    public static void main(String[] args) {
        Subject sub = new Subject("计算机科学与应用","J0001",4);
        //info()方法为什么不直接打印输出：我们现在学习的语言环境是比较简陋的，只用在控制台打印输出信息
        //如果需要在网页，在app中输出信息，则返回值为String类型的info()方法，可复用性更高一些
        System.out.println(sub.info());
        System.out.println("=============================");
        Student stu0 = new Student("S01","张三","男", 18);
        System.out.println(stu0.introduction());
    }
}

专业与学生关联起来

方案一：重载introduction方法，添加专业信息, 直接传入所需参数

/**
 * 学生自我介绍 + 所学专业
 * @param subjectName 所学专业名称
 * @param subjectLife 学制年限
 * @return 用于返回描述学生信息和所学专业的字符串
 */
public String introduction(String subjectName, int subjectLife) {
    String str = "学生信息如下：\n姓名：" + this.getStudentName() + "\n";
    str += "学号：" + this.getStudentNo()+ "\n";
    str += "性别：" + this.getStudentSex()+ "\n";
    str += "年龄：" + this.getStudentAge() + "\n";
    str += "所报专业名称：" + subjectName + "\n";
    str += "学制年限：" + subjectLife + "\n";
    return str;
}

关联：

public static void main(String[] args) {
    Subject sub = new Subject("计算机科学与应用","J0001",4);
    System.out.println(sub.info());
    System.out.println("=============================");
    Student stu0 = new Student("S01","张三","男", 18);
    System.out.println(stu0.introduction());
    System.out.println("=============================");
    Student stu1 = new Student("S02","李四","女", 19);
    System.out.println(stu1.introduction("计算机科学与应用", 4));
}

方案二：重载introduction方法，将专业对象作为参数整体传入

/**
 * 学生自我介绍 + 所学专业
 * @param sub 专业对象
 * @return 用于返回描述学生信息和所学专业的字符串
 */
public String introduction(Subject sub) {
    String str = "学生信息如下：\n姓名：" + this.getStudentName() + "\n";
    str += "学号：" + this.getStudentNo()+ "\n";
    str += "性别：" + this.getStudentSex()+ "\n";
    str += "年龄：" + this.getStudentAge() + "\n";
    str += "所报专业名称：" + sub.getSubjectName() + "\n";
    str += "学制年限：" + sub.getSubjectLife() + "\n";
    return str;
}

关联：

public class SchoolTest {
    public static void main(String[] args) {
        Subject sub = new Subject("计算机科学与应用","J0001",4);
        System.out.println(sub.info());
        System.out.println("=============================");
        Student stu0 = new Student("S01","张三","男", 18);
        System.out.println(stu0.introduction());
        System.out.println("=============================");
        Student stu1 = new Student("S02","李四","女", 19);
        System.out.println(stu1.introduction("计算机科学与应用", 4));
        System.out.println("=============================");
        Student stu2 = new Student("S03","王五","男", 18);
        System.out.println(stu2.introduction(sub));
    }
}

通过对象传参，可以一次性的获取对象中的所有信息。比如我们可以在方法中获取对象的专业编号，这是之前方法在不改变参数的情况下无法做到的。

方案三：将专业对象作为成员属性存在

在进入大学的时候，每个人都需要先选择一个专业作为自己学习的方向，因此，我们可以将专业的信息作为学生的一个属性

package com.dodoke.school.model;
public class Student {
    //成员属性：学号，姓名，性别，年龄 专业
    private String studentNo;
    private String studentName;
    private String studentSex;
    private int studentAge;
    //在进行程序设计的时候，如果使用引用数据类型作为属性，需要考虑该属性是否会被经常引用
    //如果使用频率高，需要考虑是否存在空指针的风险！！！
    //使用对象作为属性和使用基本数据类型作为属性没有区别-都是数据类型 + 属性名
    //注意：此时的sub对象没有被实例化，依旧是默认值null
    private Subject sub;
    public String getStudentNo() {
        return studentNo;
    }
    public void setStudentNo(String studentNo) {
        this.studentNo = studentNo;
    }
    public String getStudentName() {
        return studentName;
    }
    public void setStudentName(String studentName) {
        this.studentName = studentName;
    }
    public String getStudentSex() {
        return studentSex;
    }
    /**
     * 性别限制为男或女，反之，强制限制为男
     * @param studentSex
     */
    public void setStudentSex(String studentSex) {
        if(studentSex.equals("男") || studentSex.equals("女")) {
            this.studentSex = studentSex;
        } else {
            this.studentSex = "男";
        }
    }
    public int getStudentAge() {
        return studentAge;
    }
    /**
     * 给年龄赋值，限制范围在10-100之间，赋值设置为18岁
     * @param studentAge
     */
    public void setStudentAge(int studentAge) {
        if(studentAge > 10 && studentAge < 100) {
            this.studentAge = studentAge;
        } else {
            this.studentAge = 18;
        }
    }
    /**
     * 获取专业对象，如果没有实例化，先实例化再返回
     * @return
     */
    public Subject getSub() {
        //为安全起见，在返回时，判断sub是否已经被实例化了
        //为了防止在未对sub属性进行赋值的时候就去取sub属性
        if(this.sub == null) {
            this.sub = new Subject();
            //如果在获取sub属性时，sub为null，直接进行sub属性的实例化
        }
        return sub;
    }
    public void setSub(Subject sub) {
        //此处就是通过外部参数对sub属性进行实例化
        this.sub = sub;
    }
    //无参构造
    public Student() {
        super();
    }
    //多参构造
    public Student(String studentNo, String studentName, String studentSex, int studentAge) {
        super();
        this.setStudentNo(studentNo);
        this.setStudentName(studentName);
        this.setStudentSex(studentSex);
        this.setStudentAge(studentAge);
    }
    //重载构造器，实现对全部属性的赋值
    public Student(String studentNo, String studentName, String studentSex, int studentAge, Subject sub) {
        super();
        this.setStudentNo(studentNo);
        this.setStudentName(studentName);
        this.setStudentSex(studentSex);
        this.setStudentAge(studentAge);
        this.setSub(sub);
    }
    /**
     * 学生自我介绍
     * @return 用于返回描述学生信息字符串
     */
    public String introduction() {
        String str = "学生信息如下：\n姓名：" + this.getStudentName() + "\n";
        str += "学号：" + this.getStudentNo()+ "\n";
        str += "性别：" + this.getStudentSex()+ "\n";
        str += "年龄：" + this.getStudentAge() + "\n";
        str += "所报专业名称：" + this.sub.getSubjectName() + "\n";
        str += "学制年限：" + this.sub.getSubjectLife() + "\n";
        return str;
    }
    /**
     * 学生自我介绍 + 所学专业
     * @param subjectName 所学专业名称
     * @param subjectLife 学制年限
     * @return 用于返回描述学生信息和所学专业的字符串
     */
    public String introduction(String subjectName, int subjectLife) {
        String str = "学生信息如下：\n姓名：" + this.getStudentName() + "\n";
        str += "学号：" + this.getStudentNo()+ "\n";
        str += "性别：" + this.getStudentSex()+ "\n";
        str += "年龄：" + this.getStudentAge() + "\n";
        str += "所报专业名称：" + subjectName + "\n";
        str += "学制年限：" + subjectLife + "\n";
        return str;
    }
    /**
     * 学生自我介绍 + 所学专业
     * @param sub 专业对象
     * @return 用于返回描述学生信息和所学专业的字符串
     */
    public String introduction(Subject sub) {
        String str = "学生信息如下：\n姓名：" + this.getStudentName() + "\n";
        str += "学号：" + this.getStudentNo()+ "\n";
        str += "性别：" + this.getStudentSex()+ "\n";
        str += "年龄：" + this.getStudentAge() + "\n";
        str += "所报专业名称：" + sub.getSubjectName() + "\n";
        str += "学制年限：" + sub.getSubjectLife() + "\n";
        return str;
    }
}

测试：

public class SchoolTest {
    public static void main(String[] args) {
        Subject sub = new Subject("计算机科学与应用","J0001",4);
        System.out.println(sub.info());
        System.out.println("=============================");
        //Student stu0 = new Student("S01","张三","男", 18);
        //System.out.println(stu0.introduction());空指针异常
        Student stu0 = new Student("S01","张三","男", 18, sub);
        System.out.println(stu0.introduction());//空指针异常
    }
}

各方案小结

新增功能

新增需求及分析

对于这个专业，如果想要统计该专业有多少个学生进行了报名学习？

对于这个需求，我们可以试着通过将报名的学生装入一个容器中，然后统计该容器中有多少个学生就可以了。

那么该使用什么样的容器呢？

添加数组作为属性完成学生信息存储

package com.dodoke.school.model;
/**
 * 专业类
 * @author LiXinRong
 *
 */
public class Subject {
    //成员属性：学科名称、学科编号、学制年限、报名该专业的学习信息、报名该专业的学生个数
    private String subjectName;
    private String subjectNo;
    private int subjectLife;
    private Student[] students;//此时该数组为初始化，默认值为null
    //因为数组的长度200，并不一定是实际保存的学生个数，所以设置一个属性来统计学生个数
    private int studentNum;
    public String getSubjectName() {
        return subjectName;
    }
    public void setSubjectName(String subjectName) {
        this.subjectName = subjectName;
    }
    public String getSubjectNo() {
        return subjectNo;
    }
    public void setSubjectNo(String subjectNo) {
        this.subjectNo = subjectNo;
    }
    public int getSubjectLife() {
        return subjectLife;
    }
    public void setSubjectLife(int subjectLife) {
        if(subjectLife < 0) {
            return;//直接使用return退出该setSubjectLife方法，使学制年限保存默认值为0
        }
        this.subjectLife = subjectLife;
    }
    /**
     * 获取选修专业的学生信息，如果保存的学生信息的数组未初始化，则，先初始化长度200
     * @return 保存学生信息的数组
     */
    public Student[] getStudents() {
        if(this.students == null) {
            //对于数组动态初始化，没有办法准确的定下数组长度，只能根据具体情况具体分析
            this.students = new Student[200];
        }
        return students;
    }
    public void setStudents(Student[] students) {
        this.students = students;
    }
    public int getStudentNum() {
        return studentNum;
    }
    public void setStudentNum(int studentNum) {
        if(studentNum < 0) {
            this.studentNum = 0;
            return;//这里使用同样使用return终结方法的运行
        }
        this.studentNum = studentNum;
    }
    public Subject() {
    }
    //带参构造
    public Subject(String subjectName, String subjectNo, int subjectLife) {
        super();
        this.setSubjectLife(subjectLife);
        this.setSubjectName(subjectName);
        this.setSubjectNo(subjectNo);
    }
    public Subject(String subjectName, String subjectNo, int subjectLife, Student[] stus) {
        super();
        this.setSubjectLife(subjectLife);
        this.setSubjectName(subjectName);
        this.setSubjectNo(subjectNo);
        this.setStudents(stus);
    }
    /**
     * 该方法用于描述专业信息
     * @return
     */
    public String info() {
        //字符串的拼接，尽量不要写的太长，会让人看得难受
        String str = "专业信息如下：\n专业名称：" + this.getSubjectName() + "\n";
        str += "专业编号：" + this.getSubjectNo() + "\n";
        str += "学制年限：" + this.getSubjectLife() + "年";
        return str;
    }
    /**
     * 将学生信息保存到数组中，将学生个数保存到个数统计中
     * @param stu 学生信息
     */
    public void addStudent(Student stu) {
        /* 如何添加学生信息到数组中去
         * 需要将学生数组进行遍历，依次判读数组中保存的元素是否为null
         * 如果为null就可以用学生信息（学生对象）替代 
         */
        int i;
        for(i = 0; i < this.getStudents().length; i++) {
            if(this.getStudents()[i] == null) {
                this.getStudents()[i] = stu;
                break;
            }
        }
        //将个数保存到个数统计中去
        this.setStudentNum(i + 1); 
        //对于该方法中的两步操作，还可以怎么写？
    }
}

测试：

public class SchoolTest {
    public static void main(String[] args) {
        Subject sub = new Subject("计算机科学与应用","J0001",4);
        System.out.println(sub.info());
        System.out.println("=============================");
        Student stu0 = new Student("S01","张三","男", 18, sub);
        System.out.println(stu0.introduction());
        System.out.println("=============================");
        Student stu1 = new Student("S02","李四","女", 19);
        System.out.println(stu1.introduction("计算机科学与应用", 4));
        System.out.println("=============================");
        Student stu2 = new Student("S03","王五","男", 18);
        System.out.println(stu2.introduction(sub));
        System.out.println("=============================");
        sub.addStudent(stu0);
        sub.addStudent(stu1);
        sub.addStudent(stu2);
        System.out.println(sub.getSubjectName() + "的专业中，已有" + sub.getStudentNum() + "个学生进行了报名");
    }
}

问题分析

数组未实例化造成的空指针异常

实际上，在这样的一个小案例中，我们通常会发现学生会出现一些问题。

public Student[] getStudents() {
    /*if(this.students == null) {
        //对于数组动态初始化，没有办法准确的定下数组长度，只能根据具体情况具体分析
        this.students = new Student[200];
    }*/
    return students;
}

如果将上述代码注释掉之后，我们会发现，运行时出现了空指针的异常。这是因为，我们没有针对数组进行初始化。解决方法有两种：

1. 给数组属性直接初始化

2. 在使用数组属性时初始化

   通过一个方法完成学生和专业的双向关联

   之前的代码中，我们先通过实例化学生完成了学生与专业之间的关联，而后又通过添加学生方法实现了，专业与学生之间的关联。是否能有一个办法，完成学生与专业的双向关联。
   

   /**
   * 将学生信息保存到数组中，将学生个数保存到个数统计中
   * @param stu 学生信息
   */
   public void addStudent(Student stu) {
    /* 如何添加学生信息到数组中去
     * 需要将学生数组进行遍历，依次判读数组中保存的元素是否为null
     * 如果为null就可以用学生信息（学生对象）替代 
     */
    int i;
    for(i = 0; i < this.getStudents().length; i++) {
        if(this.getStudents()[i] == null) {
            stu.setSub(this);
            this.getStudents()[i] = stu;
            break;
        }
    }
    //将个数保存到个数统计中去
    this.setStudentNum(i + 1); 
    //对于该方法中的两步操作，还可以怎么写？
   }

   测试：

   public class SchoolTest {
    public static void main(String[] args) {
        Subject sub = new Subject("计算机科学与应用","J0001",4);
        Student stu0 = new Student("S01","张三","男", 18);
        sub.addStudent(stu0);
        System.out.println(sub.getSubjectName() + "的专业中，已有" + sub.getStudentNum() + "个学生进行了报名");
    }
   }

   练习

   一、选择

3. 执行下面代码后，哪几个结论是正确的
   

   A. f[0]
   B. f[0] = 0.0
   C. 编译失败
   D. 在运行时抛出异常

4. 执行下面代码后，哪几个结论是正确的（多选）

   String[ ] s = new String[10];

   A. s[9]为null
   B. s[10]的内容为空字符串
   C. 没有s[0]
   D. s.length=10

   二、编程题
   题目要求：
   某公司要开发内部的 “办公信息化管理系统”，请使用面向对象的思想描述以下员工信息。
   
   
   
   程序运行参考效果图如下：
   
   任务描述
   一、语言和环境

• 实现语言
  Java语言
• 环境要求及开发工具
  JDK、Eclipse

二、程序整体要求

1. 划分功能模块，根据题目要求设置不同的类，在类中实现相应功能的管理。
2. 类的标识要清楚易懂，代码结构要层次分明，代码编辑思路要清晰、整洁。
3. 要求Java代码书写、命名符合规范，属性所属数据类型要准确合理，在代码中添加必要的注释
4. 程序运行效果与提供的页面效果图、结构保持一致，信息间分隔符“=”号数量不做统一要求，文字大小、颜色也不做统一要求
5. 作业完成后发表在自己的博客上

三、思路分析：
由场景和运行效果，可以分析出项目中可以抽取如下类（要求编码时注意面向对象思想及封装特性的应用）：

• 部门类：
  类型描述：能够描述部门编号、部门名称、员工数组、统计部门中的员工个数
  要求：设定方法统计该部门员工个数
  提示：部门类的属性有四个，分别是部门编号，部门名称，员工数组 和 统计变量 ，具体是市场部还是人事部，是通过部门类的对象来表示的，如果是市场部的对象，那么添加并统计的就是市场部的人数，同样如果是人事部的对象，添加并统计的就是人事部的人数
  
• 职务类：
  类型描述：能够描述职务编号、职务名称
  
• 员工类：类型描述：能够描述员工姓名、工号、年龄、性别、所属部门、职务信息要求:
  • 设定方法限定年龄只能是18—65之间,反之则设置默认为18岁
  • 设定方法限定性别只能是“男”或者“女”,反之则设置默认为”男”
  • 设定方法，实现员工自我介绍信息，将员工信息作为字符串返回
• 测试类：
  类型描述：测试程序，并参照效果图输出结果
  

PS：注意：可以在属性上添加适当的信息验证，提高信息的安全性