Конструкторы в Java

Привет! Сегодня мы разберем очень важную тему, которая касается наших объектов. Тут без преувеличения можно сказать, что этими знаниями ты будешь пользоваться каждый день в реальной работе! Мы поговорим о конструкторах. Ты, возможно, слышишь этот термин впервые, но на самом деле наверняка пользовался конструкторами, только сам не замечал этого :) Мы убедимся в этом позже.

Что такое конструктор в Java и зачем он нужен?

Рассмотрим два примера.

public class Car {

   String model;
   int maxSpeed;

   public static void main(String[] args) {

       Car bugatti = new Car();
       bugatti.model = "Bugatti Veyron";
       bugatti.maxSpeed = 407;

   }
}

Мы создали наш автомобиль и установили для него модель и максимальную скорость. Однако в реальном проекте у объекта Car явно будет не 2 поля. А, например, 16 полей!

public class Car {

   String model;//модель
   int maxSpeed;//максимальная скорость
   int wheels;//ширина дисков
   double engineVolume;//объем двигателя
   String color;//цвет
   int yearOfIssue;//год выпуска
   String ownerFirstName;//имя владельца
   String ownerLastName;//фамилия владельца
   long price;//цена
   boolean isNew;//новая или нет
   int placesInTheSalon;//число мест в салоне
   String salonMaterial;//материал салона
   boolean insurance;//застрахована ли
   String manufacturerCountry;//страна-производитель
   int trunkVolume;//объем багажника
   int accelerationTo100km;//разгон до 100 км/час в секундах


   public static void main(String[] args) {
       Car bugatti = new Car();

       bugatti.color = "blue";
       bugatti.accelerationTo100km = 3;
       bugatti.engineVolume = 6.3;
       bugatti.manufacturerCountry = "Italy";
       bugatti.ownerFirstName = "Amigo";
       bugatti.yearOfIssue = 2016;
       bugatti.insurance = true;
       bugatti.price = 2000000;
       bugatti.isNew = false;
       bugatti.placesInTheSalon = 2;
       bugatti.maxSpeed = 407;
       bugatti.model = "Bugatti Veyron";

   }

}

Мы создали новый объект Car. Одна проблема: полей-то у нас 16, а проинициализировали мы только 12! Попробуй сейчас по коду найти те, которые мы забыли! Не так-то просто, да? В такой ситуации программист может легко ошибиться и пропустить инициализацию какого-то поля. В итоге поведение программы станет ошибочным:

public class Car {

   String model;//модель
   int maxSpeed;//максимальная скорость
   int wheels;//ширина дисков
   double engineVolume;//объем двигателя
   String color;//цвет
   int yearOfIssue;//год выпуска
   String ownerFirstName;//имя владельца
   String ownerLastName;//фамилия владельца
   long price;//цена
   boolean isNew;//новая или нет
   int placesInTheSalon;//число мест в салоне
   String salonMaterial;//материал салона
   boolean insurance;//застрахована ли
   String manufacturerCountry;//страна-производитель
   int trunkVolume;//объем багажника
   int accelerationTo100km;//разгон до 100 км/час в секундах


   public static void main(String[] args) {
       Car bugatti = new Car();

       bugatti.color = "blue";
       bugatti.accelerationTo100km = 3;
       bugatti.engineVolume = 6.3;
       bugatti.manufacturerCountry = "Italy";
       bugatti.ownerFirstName = "Amigo";
       bugatti.yearOfIssue = 2016;
       bugatti.insurance = true;
       bugatti.price = 2000000;
       bugatti.isNew = false;
       bugatti.placesInTheSalon = 2;
       bugatti.maxSpeed = 407;
       bugatti.model = "Bugatti Veyron";

       System.out.println("Модель Bugatti Veyron. Объем двигателя - " + bugatti.engineVolume + ", багажника - " + bugatti.trunkVolume + ", салон сделан из " + bugatti.salonMaterial +
       ", ширина дисков - " + bugatti.wheels + ". Была приоберетена в 2018 году господином " + bugatti.ownerLastName);

   }

}

Вывод в консоль: Вашему покупателю, отдавшему 2 миллиона долларов за машину, явно не понравится, что его назвали “господином null”! А если серьезно, в итоге в нашей программе оказался некорректно созданный объект — машина с шириной дисков 0 (то есть вообще без дисков), отсутствующим багажником, салоном, сделанным из неизвестного материала, да еще и принадлежащая непонятно кому. Можно только представить, как такая ошибка может “выстрелить” при работе программы! Нам нужно как-то избежать подобных ситуаций. Надо, чтобы в нашей программе было ограничение: при создании нового объекта машины для него всегда должны быть указаны, например, модель и максимальная скорость. Иначе — не позволять создание объекта. С этой задачей легко справляются функции-конструкторы. Они получили свое название не просто так. Конструктор создает своеобразный “каркас” класса, которому каждый новый объект класса должен соответствовать. Давай для удобства вернемся к более простому варианту класса Car с двумя полями. С учетом наших требований, конструктор для класса Car будет выглядеть так:

public Car(String model, int maxSpeed) {
   this.model = model;
   this.maxSpeed = maxSpeed;
}

А создание объекта теперь выглядит так:

public static void main(String[] args) {
   Car bugatti = new Car("Bugatti Veyron", 407);
}

Обрати внимание, как создается конструктор. Он похож на обычный метод, но у него нет типа возвращаемого значения. При этом в конструкторе указывается название класса, тоже с большой буквы. В нашем случае — Car. Кроме того, в конструкторе используется новое для тебя ключевое слово this. "this" по-английски — "этот, этого". Это слово указывает на конкретный предмет. Код в конструкторе:

public Car(String model, int maxSpeed) {
   this.model = model;
   this.maxSpeed = maxSpeed;
}

можно перевести почти дословно: "model для этой машины (которую мы сейчас создаем) = аргументу model, который указан в конструкторе. maxSpeed для этой машины (которую мы создаем) = аргументу maxSpeed, который указан в конструкторе." Так и произошло:

public class Car {

   String model;
   int maxSpeed;

   public Car(String model, int maxSpeed) {
       this.model = model;
       this.maxSpeed = maxSpeed;
   }

   public static void main(String[] args) {
       Car bugatti = new Car("Bugatti Veyron", 407);
       System.out.println(bugatti.model);
       System.out.println(bugatti.maxSpeed);
   }

}

Вывод в консоль: Конструктор успешно присвоил нужные значения. Ты, возможно, заметил, что конструктор очень похож на обычный метод! Так оно и есть: конструктор — это метод, только немного специфичный :) Так же как в метод, в наш конструктор мы передали параметры. И так же как вызов метода, вызов конструктора не сработает, если их не указать:

public class Car {

   String model;
   int maxSpeed;

   public Car(String model, int maxSpeed) {
       this.model = model;
       this.maxSpeed = maxSpeed;
   }

   public static void main(String[] args) {
       Car bugatti = new Car(); //ошибка!
   }
  
}

Видишь, конструктор сделал то, чего мы пытались добиться. Теперь нельзя создать машину без скорости или без модели! На этом сходство конструкторов и методов не заканчивается. Так же, как и методы, конструкторы можно перегружать. Представь, что у тебя дома живут 2 кота. Одного из них ты взял еще котенком, а второго ты принес домой с улицы уже взрослым и не знаешь точно, сколько ему лет. Значит, наша программа должна уметь создавать котов двух видов — с именем и возрастом для первого кота, и только с именем — для второго кота. Для этого мы перегрузим конструктор:

public class Cat {

   String name;
   int age;

   //для первого кота
   public Cat(String name, int age) {
       this.name = name;
       this.age = age;
   }

   //для второго кота
   public Cat(String name) {
       this.name = name;
   }

   public static void main(String[] args) {

       Cat barsik = new Cat("Barsik", 5);
       Cat streetCatNamedBob = new Cat("Bob");
   }

}

К изначальному конструктору с параметрами “имя” и “возраст” мы добавили еще один, только с именем. Точно так же мы перегружали методы в прошлых уроках. Теперь мы успешно можем создать оба варианта котов :) Помнишь, в начале лекции мы говорили, что ты уже пользовался конструкторами, только сам не замечал этого? Так и есть. Дело в том, что у каждого класса в Java есть так называемый конструктор по умолчанию. У него нет никаких аргументов, но он срабатывает каждый раз при создании любого объекта любого класса.

public class Cat {

   public static void main(String[] args) {

       Cat barsik = new Cat(); //вот здесь сработал конструктор по умолчанию
   }
}

На первый взгляд это незаметно. Ну создали объект и создали, где тут работа конструктора? Чтобы это увидеть, давай прямо руками напишем для класса Cat пустой конструктор, а внутри него выведем какую-нибудь фразу в консоль. Если она выведется, значит конструктор отработал.

public class Cat {

   public Cat() {
       System.out.println("Создали кота!");
   }

   public static void main(String[] args) {

       Cat barsik = new Cat(); //вот здесь сработал конструктор по умолчанию
   }
}

Вывод в консоль: Вот и подтверждение! Конструктор по умолчанию всегда незримо присутствует в твоих классах. Но тебе нужно знать еще одну его особенность. Дефолтный конструктор исчезает из класса, когда ты создаешь какой-то конструктор с аргументами. Доказательство этого, на самом деле, мы уже видели выше. Вот в этом коде:

public class Cat {

   String name;
   int age;

   public Cat(String name, int age) {
       this.name = name;
       this.age = age;
   }

   public static void main(String[] args) {

       Cat barsik = new Cat(); //ошибка!
   }
}

Мы не смогли создать кота без имени и возраста, потому что определили конструктор для Cat: строка + число. Дефолтный конструктор сразу после этого исчез из класса. Поэтому обязательно запомни: если тебе в твоем классе нужно несколько конструкторов, включая пустой, его нужно создать отдельно. Например, мы создаем программу для ветеринарной клиники. Наша клиника хочет делать добрые дела и помогать бездомным котикам, про которых мы не знаем ни имени, ни возраста. Тогда наш код должен выглядеть так:

public class Cat {

   String name;
   int age;

   //для домашних котов
   public Cat(String name, int age) {
       this.name = name;
       this.age = age;
   }

   //для уличных котов
   public Cat() {
   }

   public static void main(String[] args) {

       Cat barsik = new Cat("Barsik", 5);
       Cat streetCat = new Cat();
   }
}

Теперь, когда мы явно прописали конструктор по умолчанию, мы можем создавать котов обоих типов :) Для конструктора (как и для любого метода) очень важен порядок следования аргументов. Поменяем в нашем конструкторе аргументы имени и возраста местами.

public class Cat {

   String name;
   int age;

   public Cat(int age, String name) {
       this.name = name;
       this.age = age;
   }

   public static void main(String[] args) {

       Cat barsik = new Cat("Барсик", 10); //ошибка!
   }
}

Ошибка! Конструктор четко описывает: при создании объекта Cat ему должны быть переданы число и строка, именно в таком порядке. Поэтому наш код не срабатывает. Обязательно запомни это и учитывай при создании своих собственных классов:

public Cat(String name, int age) {
   this.name = name;
   this.age = age;
}

public Cat(int age, String name) {
   this.age = age;
   this.name = name;
}

Это два абсолютно разных конструктора! Если выразить в одном предложении ответ на вопрос “Зачем нужен конструктор?”, можно сказать: для того, чтобы объекты всегда находились в правильном состоянии. Когда ты используешь конструкторы, все твои переменные будут корректно проинициализированы, и в программе не будет машин со скоростью 0 и прочих “неправильных” объектов. Их использование очень выгодно прежде всего для самого программиста. Если ты будешь инициализировать поля самостоятельно, велик риск что-нибудь пропустить и ошибиться. А с конструктором такого не будет: если ты передал в него не все требуемые аргументы или перепутал их типы, компилятор сразу же выдаст ошибку. Отдельно стоит сказать о том, что внутрь конструктора не стоит помещать логику твоей программы. Для этого в твоем распоряжении есть методы, в которых ты можешь описать весь нужный тебе функционал. Давай посмотрим, почему логика в конструкторе — это плохая идея:

public class CarFactory {

   String name;
   int age;
   int carsCount;

   public CarFactory(String name, int age, int carsCount) {
   this.name = name;
   this.age = age;
   this.carsCount = carsCount;

   System.out.println("Наша автомобильная фабрика называется " + this.name);
   System.out.println("Она была основана " + this.age + " лет назад" );
   System.out.println("За это время на ней было произведено " + this.carsCount +  " автомобилей");
   System.out.println("В среднем она производит " + (this.carsCount/this.age) + " машин в год");
}

   public static void main(String[] args) {

       CarFactory ford = new CarFactory("Ford", 115 , 50000000);
   }
}

У нас есть класс CarFactory, описывающий фабрику по производству автомобилей. Внутри конструктора мы инициализируем все поля, и сюда же помещаем логику: выводим в консоль некоторую информацию о фабрике. Казалось бы — ничего плохого в этом нет, программа прекрасно отработала. Вывод в консоль: Но на самом деле мы заложили мину замедленного действия. И подобный код может очень легко привести к ошибкам. Представим себе, что теперь мы говорим не о Ford, а о новой фабрике "Amigo Motors", которая существует меньше года и произвела 1000 машин:

public class CarFactory {

   String name;
   int age;
   int carsCount;

   public CarFactory(String name, int age, int carsCount) {
   this.name = name;
   this.age = age;
   this.carsCount = carsCount;

   System.out.println("Наша автомобильная фабрика называется " + this.name);
   System.out.println("Она была основана " + this.age + " лет назад" );
   System.out.println("За это время на ней было произведено " + this.carsCount +  " автомобилей");
   System.out.println("В среднем она производит " + (this.carsCount/this.age) + " машин в год");
}


   public static void main(String[] args) {

       CarFactory ford = new CarFactory("Amigo Motors", 0 , 1000);
   }
}

Вывод в консоль: Приехали! Программа завершилась с какой-то непонятной ошибкой. Попробуешь догадаться, в чем причина? Причина — в логике, которую мы поместили в конструктор. А конкретно — вот в этой строке:

System.out.println("В среднем она производит " + (this.carsCount/this.age) + " машин в год");

Здесь мы выполняем вычисление и делим количество произведенных машин на возраст фабрики. А поскольку наша фабрика новая (то есть ей 0 лет) — в результате получается деление на 0, которое в математике запрещено. В результате программа завершается с ошибкой. Как же нам стоило поступить? Вынести всю логику в отдельный метод и назвать его, например, printFactoryInfo(). В качестве параметра ему можно передать объект CarFactory. Туда же можно поместить всю логику, и заодно — обработку возможных ошибок, наподобие нашей с нулем лет. Каждому свое. Конструкторы нужны для корректного задания состояния объекта. Для бизнес-логики у нас есть методы. Не стоит смешивать одно с другим.