CS61B Lecture 2: 类、列表与抽象数据结构

Lecturers: Kay Ousterhout, Josh Hug
Date: Spring 2026
Website: sp26.datastructur.es

欢迎来到 Lecture 2！ 👋

如果你以前只写过简单的 Python 脚本（比如"如果 x 大于 10 就打印 hello"），那你可能习惯了做指挥官：你发号施令，代码一行行执行。

但在 Java 的世界里，你要升级做造物主（God）。☁️

你需要先创造出各种"东西"（对象），赋予它们属性和能力，然后让这些东西自己去交互。这就是面向对象编程 (Object Oriented Programming, OOP)。

如果不理解 类 (Class) 和 对象 (Object)，你在 Java 的世界里寸步难行。别担心，今天我们就从零开始！

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1. 上帝的蓝图：类 (Class) vs 对象 (Object)

这是 Java 最核心的概念，千万别混淆！

这里的"类"不是"班级" 🏫

想象你要造一万只机器狗。你不可能每一只都重新设计一遍，对吧？你需要一张设计图纸。

这张图纸上写着：

• 属性 (Data): 机器狗有多重？什么颜色？
• 功能 (Methods): 机器狗会叫吗？会跑吗？

这张设计图纸，在 Java 里就是 类 (Class)。

• 它只是一张纸，不占地方（不占内存）。
• 它不能叫，也不能跑。

这里的"对象"不是"男女朋友" 💑

当你拿这张图纸，去工厂里"砰"地一声，造出了一只真实的机器狗。

这只真实的狗，在 Java 里就是 对象 (Object) 或 实例 (Instance)。

• 它是实物，占地方（占内存）。
• 你可以摸它，让它叫。

代码实战：定义"狗"的蓝图

我们来看看 2026 年的 Java 是怎么写这张图纸的。

java

// Class Dog: 这就是我们的蓝图
class Dog {
    // 1. 实例变量 (Instance Variable): 狗的状态
    // 这相当于在图纸上写：每只狗都得有个"体重"属性。
    int size;

    // 2. 构造函数 (Constructor): 狗的出生证明
    // 这是一个特殊的方法。当我们说 "new Dog()" 时，就是在调用它。
    // 它的作用是初始化这只新狗的状态。
    Dog(int s) {
        size = s; // 把出生时的体重 s，赋值给这只狗的 size
    }

    // 3. 实例方法 (Instance Method): 狗的行为
    // 只有造出了真狗，才能调用这个方法。
    void makeNoise() {
        if (size < 10) {
            System.out.println("yip!"); // 小狗叫
        } else {
            System.out.println("bark!"); // 大狗叫
        }
    }
    
    // 测试代码：这里是程序的入口
    void main() {
        // 造狗的过程，见下文详解！
        Dog d = new Dog(50);
        d.makeNoise();
    }
}

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2. 造物三部曲：声明、实例化、赋值

在 void main() 里，我们写了一行代码，这行代码其实发生了三件大事：

java

Dog maya = new Dog(100);

对于零基础的你，我们把显微镜放大，看看内存里发生了什么：

第一步：声明 (Declaration) 📦

java

Dog maya;

• 含义: 告诉 Java，"给我准备一个盒子，名字叫 maya"。
• 限制: 这个盒子很专一，只能用来装"牵狗绳"（引用），不能装猫，也不能装数字。
• 现状: 此时盒子是空的（或者是 null），没有狗存在。

第二步：实例化 (Instantiation) 🏗️

java

new Dog(100);

• new: 这是 Java 的造物主关键字。它在内存的大草原（Heap）上，圈了一块地，造出了一只真正的 Dog 对象。
• 它调用了构造函数 Dog(100)，把这只新狗的 size 设为 100。
• 关键: 这只狗造出来了，但现在它像个野狗，没人牵着它。

第三步：赋值 (Assignment) 🔗

java

=

• 含义: 把第二步造出来的"野狗"的地址（可以想象成一条牵狗绳），放到第一步的 maya 盒子里面。
• 结果: 现在，maya 这个变量指向了那只 100 斤的狗。你拉一下 maya，那只狗就会动。

🧠 核心思维模型：遥控器与电视

• Dog maya 是 遥控器。
• new Dog(100) 是 电视机。
• = 是把遥控器和电视机 配对。
• maya.makeNoise() 是你按下了遥控器上的按钮，导致电视机发出了声音。

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3. 静态 vs 实例 (Static vs Instance) ⚔️

这是新手最大的噩梦。很多学了很久的人都解释不清楚。请集中注意力！🧠

实例成员 (Instance): "个性" / "我的"

• 没有 static 关键字。
• 它是属于个体的。
• 比喻: 每个人的名字。你有你的名字，我有我的名字。我改了名字，你的名字不会变。
• 代码: int size; (每只狗体重不同)
• 调用: 必须用 对象名.方法()。例如 maya.makeNoise() (Maya 叫了一声)。

静态成员 (Static): "共性" / "大家的"

• 有 static 关键字。
• 它是属于类 (Class) 的，或者是这个物种共有的。
• 比喻: 人类的学名 (Homo sapiens)。这不属于你，也不属于我，是属于全人类共享的。
• 代码: static String binomen = "Canis familiaris";
• 调用: 推荐用 类名.方法()。例如 Dog.binomen (狗的学名)。

场景模拟：比狗狗大赛 🏆

我们要写一个功能：找出两只狗里谁更大。

写法 A: 实例方法 (Instance Method) —— 像拳击比赛

"我 (this) 要和 另一只狗 (otherDog) 比一比。"

java

// 在 Dog 类里面
Dog maxDog(Dog otherDog) {
    // this 指代当前这只狗 (发起挑战的狗)
    if (this.size > otherDog.size) { 
        return this;
    }
    return otherDog;
}

// 实际使用：需要一只狗主动发起挑战
Dog d1 = new Dog(15);
Dog d2 = new Dog(100);
Dog winner = d1.maxDog(d2); // d1 说：d2，我要跟你比！

写法 B: 静态方法 (Static Method) —— 像裁判裁决

"裁判 (类) 看着 两只狗 (d1, d2)，宣布谁赢了。"

java

// 在 Dog 类里面
// 加上 static，这个方法就变成了"裁判席"的方法
static Dog maxDog(Dog d1, Dog d2) {
    // ⚠️ 静态方法里没有 'this'！因为裁判不是狗！裁判没有体重！
    // 裁判只能看 d1 和 d2 的体重
    if (d1.size > d2.size) {
        return d1;
    }
    return d2;
}

// 实际使用：不需要狗发起，类直接调用
Dog winner = Dog.maxDog(d1, d2); // Dog 类说：你们俩，过来比一下。

🚫 新手必坑：静态的禁忌

千万不要在 static 方法里访问非 static 变量！

比如在 static 方法里直接写 System.out.println(size);。

编译器会骂你：

"Non-static field 'size' cannot be referenced from a static context"

人话翻译: "兄弟，这个方法是裁判用的。裁判没有体重 (size)，只有具体的狗才有体重！你让我打印谁的体重？"

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4. 数组与列表 (Arrays vs Lists)

数据多了怎么办？我们需要容器。

数组 (Array): 僵硬的铁盒子 📦

你在 void main(String[] args) 里看到的 String[] 就是数组。

• 特点: 一旦创建，长度不能变！
• 如果你买了个只能装 5 个鸡蛋的盒子，想装第 6 个？没门，程序直接崩溃。
• 缺点: 太不灵活了。

列表 (List): 魔法收纳袋 🎒

这是我们更想要的东西——能自动扩容。

但在 Java 里，List 只是一个抽象概念 (Interface)。也就是"菜单"。

你不能对服务员说："给我来一份菜 (List)。"

服务员会问："先生，您要什么菜？是红烧肉 (ArrayList) 还是 清蒸鱼 (LinkedList)？"

它们都是"菜"，都能吃，但做法不一样。

Java 4.0 风格的列表 (课件演示)

在 PPT 里，教授展示了比较古老（Java 4.0）但很基础的写法：

java

// 必须先导入具体的做法（ArrayList）和菜单概念（List）
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

void main() {
    // 1. 声明：我要一个 List (菜单/接口)
    // 2. 实例化：我具体要的是 ArrayList (红烧肉/具体实现)
    List L = new ArrayList(); 
    
    // 此时 L 就像个魔法袋，可以往里塞东西
    L.add("a");
    L.add("b");
    
    System.out.println(L); // 输出 [a, b]
}

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5. 本节小结 📝

概念	比喻	关键词
类 (Class)	设计图纸	蓝图、模板
对象 (Object)	造出来的实物	实例、new
实例变量	个人属性	无 static，每个对象不同
静态变量	共享属性	有 static，所有对象共享
实例方法	个人行为	需要对象调用
静态方法	工具/裁判	类名直接调用
数组	固定铁盒	长度不可变
列表	魔法收纳袋	可扩容，是接口

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下节课预告: 我们将深入探讨如何从零手写一个 List（链表 LinkedList 和 数组列表 ArrayList），揭开 append 背后的魔法！

Happy Coding! 💻🐕