【Java】继承和多态
上述图示中，Dog和Cat都继承了Animal类，其中：Animal类称为父类/基类或超类，Dog和Cat可以称为Animal的子类/派生类，继承之后，子类可以复用父类中成员，子类在实现时只需关心自己新增加的成员即可。总结：成员方法没有同名时，在子类方法中或者通过子类对象访问方法时，则优先访问自己的，自己没有时再到父类中找，如果父类中也没有则报错。（1）通过子类对象访问父类与子类中不同名方法时，优
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一、继承
1、继承概念
继承(inheritance)机制：是面向对象程序设计使代码可以复用的最重要的手段，它允许程序员在保持原有类特性的基础上进行扩展，增加新功能，这样产生新的类，称派生类。继承呈现了面向对象程序设计的层次结构， 体现了由简单到复杂的认知过程。继承主要解决的问题是：共性的抽取，实现代码复用。
上述图示中，Dog和Cat都继承了Animal类，其中：Animal类称为父类/基类/超类，Dog和Cat可以称为Animal的子类/派生类，继承之后，子类可以复用父类中成员，子类在实现时只需关心自己新增加的成员即可。从继承概念中可以看出继承最大的作用就是：实现代码复用（父类代码一次实现，子类多次使用），还有就是来实现多态。
2、继承的语法
修饰符 class 子类 extends 父类 {
// ...
}
class Animal {
public String name;
public int age;
public String sex;
public void eat() {
System.out.println(this.name + "eat()!");
}
public void sleep() {
System.out.println(this.name + "sleep()!");
}
}
class Cat extends Animal {
public void mew() {
System.out.println(this.name + "cat::mew()!");
}
}
class Dog extends Animal {
public void bark() {
System.out.println(this.name + "dog::bark()!");
}
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
Cat cat = new Cat();
cat.name = "咪咪";
cat.age = 6;
cat.sex = "女";
cat.sleep();
cat.mew();
cat.eat();
}
}
注意：
（1）子类会将父类中的成员变量或者成员方法继承到子类中了
（2）子类继承父类之后，必须要新添加自己特有的成员，体现出与基类的不同，否则就没有必要继承了
3、父类成员访问
3.1 子类中访问父类的成员变量
（1）子类和父类不存在同名成员变量
public class Base {
int a;
int b;
}
public class Derived extends Base{
int c;
public void method(){
a = 10; // 访问从父类中继承下来的a
b = 20; // 访问从父类中继承下来的b
c = 30; // 访问子类自己的c
}
}
（2）子类和父类成员变量同名
class Base {
public int a = 10;
public int b = 20;
public int c = 30;
}
class Derived extends Base{
public int a = 100; // 与父类中成员a同名，且类型相同
public char b = 'x'; // 与父类中成员b同名，但类型不同
public void method(){
System.out.println(a); // 100,子类和父类都有成员变量a，优先访问子类的a
System.out.println(b); // x,子类和父类都有成员变量b,但类型不同,则访问的成员变量类型为子类的,即为char
System.out.println(c); // 30,子类没有c，访问的肯定是从父类继承下来的c
// System.out.println(d); // 编译失败，因为父类和子类都没有定义成员变量d
System.out.println(super.a); // 10,访问父类的a
System.out.println("=======================");
// 用super和this去访问c都是可以的
System.out.println(super.c); // 30
System.out.println(this.c); // 30
}
}
public class TestDemo2 {
public static void main(String[] args) {
Derived derived = new Derived();
derived.method();
}
}
在子类方法中 或者 通过子类对象访问成员时：
（1）如果访问的成员变量子类中有，优先访问自己的成员变量。
（2）如果访问的成员变量子类中无，则访问父类继承下来的，如果父类也没有定义，则编译报错。
（3）如果访问的成员变量与父类中成员变量同名，则优先访问自己的，即：子类将父类同名成员隐藏了。
成员变量访问遵循就近原则，自己有优先自己的，如果没有则向父类中找。比如：你和你父亲各自有一款相同的手机，平时使用时你肯定优先用自己的，如果自己手机没电了，你才会考虑使用父亲的。
3.2 子类中访问父类的成员方法
1、成员方法名字不同
public class Base {
public void methodA(){
System.out.println("Base中的methodA()");
}
}
public class Derived extends Base{
public void methodB(){
System.out.println("Derived中的methodB()方法");
}
public void methodC(){
methodB(); // 访问子类自己的methodB()
methodA(); // 访问父类继承的methodA()
// methodD(); // 编译失败，在整个继承体系中没有发现方法methodD()
}
}
总结：成员方法没有同名时，在子类方法中或者通过子类对象访问方法时，则优先访问自己的，自己没有时再到父类中找，如果父类中也没有则报错。
2、成员方法名字相同
public class Base {
public void methodA(){
System.out.println("Base中的methodA()");
}
public void methodB(){
System.out.println("Base中的methodB()");
}
}
public class Derived extends Base{
public void methodA(int a) {
System.out.println("Derived中的method(int)方法");
}
public void methodB(){
System.out.println("Derived中的methodB()方法");
}
public void methodC(){
methodA(); // 没有传参，访问父类中的methodA()
methodA(20); // 传递int参数，访问子类中的methodA(int)
methodB(); // 直接访问，则永远访问到的都是子类中的methodB()，基类的无法访问到
}
}
【说明】
（1）通过子类对象访问父类与子类中不同名方法时，优先在子类中找，找到则访问，否则在父类中找，找到则访问，否则编译报错。
（2）通过派生类对象访问父类与子类同名方法时，如果父类和子类同名方法的参数列表不同(重载)，根据调用方法适传递的参数选择合适的方法访问，如果没有则报错；如果父类和子类同名方法的原型一致(重写)，则只能访问到子类的，父类的无法通过派生类对象直接访问到。
4、super关键字
由于设计不好，或者因场景需要，子类和父类中可能会存在相同名称的成员，如果要在子类方法中访问父类同名成员时，该如何操作？直接访问是无法做到的，Java提供了super关键字，该关键字主要作用：在子类方法中访问父类的成员。
class Base {
int a;
int b;
public void methodA(){
System.out.println("Base中的methodA()");
}
public void methodB(){
System.out.println("Base中的methodB()");
}
}
class Derived extends Base{
int a; // 与父类中成员变量同名且类型相同
char b; // 与父类中成员变量同名但类型不同
// 与父类中methodA()构成重载
public void methodA(int a) {
System.out.println("Derived中的method()方法");
}
// 与基类中methodB()构成重写(即原型一致)
public void methodB(){
System.out.println("Derived中的methodB()方法");
}
public void methodC(){
// 对于同名的成员变量，直接访问时，访问的都是子类的
a = 100; // 等价于： this.a = 100;
b = 101; // 等价于： this.b = 101;
// 注意：this是当前对象的引用
// 访问父类的成员变量时，需要借助super关键字
// super是获取到子类对象中从基类继承下来的部分
super.a = 200;
super.b = 201;
// 父类和子类中构成重载的方法，直接可以通过参数列表区分清访问父类还是子类方法
methodA(); // 没有传参，访问父类中的methodA()
methodA(20); // 传递int参数，访问子类中的methodA(int)
// 如果在子类中要访问重写的基类方法，则需要借助super关键字
methodB(); // 直接访问，则永远访问到的都是子类中的methodA()，父类的无法访问到
super.methodB(); // 访问父类的methodB()
}
}
在子类方法中，如果想要明确访问父类中成员时，借助super关键字即可。
【注意事项】
（1）只能在非静态方法中使用
（2）在子类方法中，访问父类的成员变量和方法。
5、子类构造方法
子类对象构造时，需要先调用父类构造方法，然后执行子类的构造方法。
class Base {
public Base(){
System.out.println("Base()");
}
}
class Derived extends Base{
public Derived(){
// super(); // 注意子类构造方法中默认会调用基类的无参构造方法：super(),
// 用户没有写时,编译器会自动添加，而且super()必须是子类构造方法中第一条语句，
// 并且只能出现一次
System.out.println("Derived()");
}
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
Derived d = new Derived();
}
}
在子类构造方法中，并没有写任何关于基类构造的代码，但是在构造子类对象时，先执行基类的构造方法，然后执行子类的构造方法，因为：子类对象中成员是有两部分组成的，基类继承下来的以及子类新增加的部分 。父子父子肯定是先有父再有子，所以在构造子类对象时候 ，先要调用基类的构造方法，将从基类继承下来的成员构造完整，然后再调用子类自己的构造方法，将子类自己新增加的成员初始化完整。
【注意】
（1）若父类显式定义无参或者默认的构造方法，在子类构造方法第一行默认有隐含的super()调用，即调用基类构造方法
（2）如果父类构造方法是带有参数的，此时编译器不会再给子类生成默认的构造方法，此时需要用户为子类显式定义构造方法，并在子类构造方法中选择合适的父类构造方法调用，否则编译失败。
（3）在子类构造方法中，super(…)调用父类构造时，必须是子类构造函数中第一条语句。
（4）super(…)只能在子类构造方法中出现一次，并且不能和 this() 同时出现
6、super和this
super和this都可以在成员方法中用来访问：成员变量和调用其他的成员函数，都可以作为构造方法的第一条语句，那他们之间有什么区别呢？
【相同点】
（1）都是Java中的关键字
（2）只能在类的非静态方法中使用，用来访问非静态成员方法和字段
（3）在构造方法中调用时，必须是构造方法中的第一条语句，并且不能同时存在
【不同点】
（1）this是当前对象的引用，当前对象即调用实例方法的对象，super相当于是子类对象中从父类继承下来部分成员的引用
（2）在非静态成员方法中，this用来访问本类的方法和属性，super用来访问父类继承下来的方法和属性
（3）this是非静态成员方法的一个隐藏参数，super不是隐藏的参数
（4）成员方法中直接访问本类成员时，编译之后会将this还原，即本类非静态成员都是通过this来访问的；在子类中如果通过super访问父类成员，编译之后在字节码层面super实际是不存在的(通过字节码文件可以验证)
（5）在构造方法中：this(…)用于调用本类构造方法，super(…)用于调用父类构造方法，两种调用不能同时在构造方法中出现
（6）构造方法中一定会存在super(…)的调用，用户没有写编译器也会增加，但是this(…)用户不写则没有
7、再谈初始化
代码块分为：实例代码块和静态代码块。在没有继承关系时的执行顺序。
class Person {
public String name;
public int age;
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
System.out.println("构造方法执行");
}
{
System.out.println("实例代码块执行");
}
static {
System.out.println("静态代码块执行");
}
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
Person person1 = new Person("frost",10);
System.out.println("============================");
Person person2 = new Person("cold",20);
}
}
（1）静态代码块先执行，并且只执行一次，在类加载阶段执行
（2）当有对象创建时，才会执行实例代码块，实例代码块执行完成后，最后构造方法执行
【继承关系上的执行顺序】
class Animal {
public String name;
public int age;
static {
System.out.println("Animal的静态代码块。");
}
{
System.out.println("Animal的实例代码块。");
}
public Animal() {
System.out.println("Animal的不带参数的构造方法。");
}
public Animal(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
System.out.println("Animal的带两个参数的构造方法。");
}
public void eat() {
System.out.println(this.name + "eat()!");
}
public void sleep() {
System.out.println(this.name + "sleep()!");
}
}
class Cat extends Animal {
public String fur;
static {
System.out.println("Cat的静态代码块。");
}
{
System.out.println("Cat的实例代码块。");
}
public Cat() {
super(); // 必须放在第一行
System.out.println("Cat的不带参数的构造方法。");
}
public Cat(String name, int age, String fur) {
super(name, age); // 显示调用父类的构造方法,来初始化子类从父类继承过来的东西
this.fur = fur; // 一定要先调用父类的构造方法,再完成子类的构造,否则报错
System.out.println("Cat的带三个参数的构造方法。");
}
public void mew() {
System.out.println(this.name + "cat::mew()!");
}
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
Cat cat1 = new Cat("咪咪", 2, "black");
System.out.println("==============================");
Cat cat2 = new Cat("喵喵", 3, "orange");
}
}
通过分析执行结果，得出以下结论：
（1）父类静态代码块优先于子类静态代码块执行，且是最早执行
（2）父类实例代码块和父类构造方法紧接着执行
（3）子类的实例代码块和子类构造方法紧接着再执行
（4）第二次实例化子类对象时，父类和子类的静态代码块都将不会再执行
8、protected 关键字
为了实现封装特性，Java中引入了访问限定符，主要限定：类或者类中成员能否在类外或者其他包中被访问。
| No | 范围 | private | default | protected | public |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 同一包中的同一类 | √ | √ | √ | √ |
| 2 | 同一包中的不同类 | √ | √ | √ | |
| 3 | 不同包中的子类 | √ | √ | ||
| 4 | 不同包中的非子类 | √ |
注意：父类中 private 成员变量随时在子类中不能直接访问，但是也继承到子类中了
9、继承方式
Java 中的继承方式：
注意：Java 不支持多继承
10、final 关键字
final关键可以用来修饰变量、成员方法以及类
-
修饰变量或字段，表示常量(即不能修改)
-
修饰类：表示此类不能被继承
我们平时是用的 String 字符串类，就是用 final 修饰的，不能被继承 -
修饰方法：表示该方法不能被重写
11、继承与组合
和继承类似, 组合也是一种表达类之间关系的方式, 也是能够达到代码重用的效果。组合并没有涉及到特殊的语法(诸如 extends 这样的关键字), 仅仅是将一个类的实例作为另外一个类的字段。
继承表示对象之间是is-a的关系，比如：狗是动物，猫是动物
组合表示对象之间是has-a的关系，比如：汽车
// 轮胎类
class Tire{
// ...
}
// 发动机类
class Engine{
// ...
}
// 车载系统类
class VehicleSystem{
// ...
}
class Car{
private Tire tire; // 可以复用轮胎中的属性和方法
private Engine engine; // 可以复用发动机中的属性和方法
private VehicleSystem vs; // 可以复用车载系统中的属性和方法
// ...
}
// 奔驰是汽车
class Benz extend Car{
// 将汽车中包含的：轮胎、发送机、车载系统全部继承下来
}
二、多态
1、多态的概念
多态的概念：通俗来说，就是多种形态，具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生出不同 的状态。
2、多态实现条件
在Java中要实现多态，必须要满足如下几个条件，缺一不可：
（1）必须在继承体系下
（2）子类必须要对父类中方法进行重写
（3）通过父类的引用调用重写的方法
多态体现：在代码运行时，当传递不同类对象时，会调用对应类中的方法。
代码示例一：
class Shapes {
public void draw() {
System.out.println("画图");
}
}
class Cycle extends Shapes{
@Override
public void draw() {
System.out.println("●");
}
}
class Rect extends Shapes{
@Override
public void draw() {
System.out.println("◇");
}
}
class Flower extends Shapes{
@Override
public void draw() {
System.out.println("❀");
}
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
Rect rect = new Rect();
Cycle cycle = new Cycle();
Flower flower = new Flower();
Shapes[] shapes = {cycle,rect,flower};
for (Shapes shape : shapes) {
shape.draw();
}
}
}
代码示例二：
class Animal {
String name;
int age;
public Animal(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public void eat(){
System.out.println(name + "吃饭");
}
}
class Cat extends Animal{
public Cat(String name, int age){
super(name, age);
}
@Override
public void eat(){
System.out.println(name+"吃鱼~~~");
}
}
class Dog extends Animal {
public Dog(String name, int age){
super(name, age);
}
@Override
public void eat(){
System.out.println(name+"吃骨头~~~");
}
}
//分割线
public class TestDemo {
// 编译器在编译代码时，并不知道要调用Dog 还是 Cat 中eat的方法
// 等程序运行起来后，形参a引用的具体对象确定后，才知道调用那个方法
// 注意：此处的形参类型必须时父类类型才可以
public static void eat(Animal a){
a.eat();
}
public static void main(String[] args) {
Cat cat = new Cat("咪咪",2);
Dog dog = new Dog("旺财", 1);
eat(cat);
eat(dog);
}
}
在上述代码中, 分割线上方的代码是 类的实现者 编写的, 分割线下方的代码是 类的调用者 编写的.当类的调用者在编写 eat 这个方法的时候, 参数类型为 Animal (父类), 此时在该方法内部并不知道, 也不关注当前的 a 引用指向的是哪个类型(哪个子类)的实例. 此时 a这个引用调用 eat方法可能会有多种不同的表现(和 a 引用的实例相关), 这种行为就称为 多态 。
3、重写
重写（override）：也称为覆盖，是子类对于父类非静态、非 private 修饰、非 final 修饰、非构造方法等的的实现过程进行重新编写，返回值和参数都不能改变。即外壳一样，核心重写。重写的好处在于子类可以根据自己的需求，定义特定于自己的行为。也就是说子类可以根据需要实现父类的方法。
【方法重写的规则】
- 子类在重写父类的方法时，一般必须与父类方法原型一致：修饰符 返回值类型 方法名(参数列表) 要完全一致
- JDK7以后，被重写的方法返回值类型可以不同，但是必须是具有父子关系的
- 访问权限不能比父类中被重写的方法的访问权限更低。例如：如果父类方法被public修饰，则子类中重写该方法就不能声明为 protected
- 父类被static、private修饰的方法、构造方法都不能被重写。
- 子类和父类在同一个包中，那么子类可以重写父类所有方法，除了声明为 private 和 final 的方法。
- 子类和父类不在同一个包中，那么子类只能够重写父类的声明为 public 和 protected 的非 final 方法。
- 重写的方法, 可以使用 @Override 注解来显式指定. 有了这个注解能帮我们进行一些合法性校验. 例如不小心将方法名字拼写错了 (比如写成 aet), 那么此时编译器就会发现父类中没有 aet 方法, 就会编译报错, 提示无法构成重写
【重写和重载的区别】
| 区别点 | 重载(overloading) | 重写(override) |
|---|---|---|
| 参数列表 | 必须修改 | 一定不能修改 |
| 返回类型 | 可以修改 | 一定不能修改 |
| 访问限定符 | 可以修改 | 一定不能做更严格的限制（可以降低限制） |
| 异常 | 可以修改 | 可以减少或删除，一定不能抛出新的或者更广的异常 |
即：方法重载是一个类的多态性表现,而方法重写是子类与父类的一种多态性表现。
静态绑定：也称为前期绑定(早绑定)，即在编译时，根据用户所传递实参类型就确定了具体调用那个方法。典型代表函数重载。
动态绑定：也称为后期绑定(晚绑定)，即在编译时，不能确定方法的行为，需要等到程序运行时，才能够确定具体调用哪个类的方法。
4、向上转移和向下转型
4.1 向上转型
向上转型：实际上就是创建一个子类对象，将其当成父类对象来使用
语法格式：父类类型 对象名 = new 子类类型();
Aninal animal = new Dog("旺财", 5);
优点：让代码实现更加简单灵活
缺点：不能调用到子类特有的成员方法
4.2 向下转型
将子类向上转型后当成父类来使用，再也无法调用子类特有的方法，但此时需要调用子类方法，则将其类型还原为子类类型，即向下转型。
向下转型用的比较少，而且不安全，万一转换失败，运行时就会抛异常。Java中为了提高向下转型的安全性，引入了 instanceof ，如果该表达式为true，则可以安全转换。
class Animal {
String name;
int age;
public Animal(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public void eat(){
System.out.println(name + "吃饭");
}
}
class Cat extends Animal{
public Cat(String name, int age){
super(name, age);
}
@Override
public void eat(){
System.out.println(name+"吃鱼~~~");
}
public void run(){
System.out.println(name+"跑");
}
}
class Dog extends Animal {
public Dog(String name, int age){
super(name, age);
}
@Override
public void eat(){
System.out.println(name+"吃骨头~~~");
}
public void swim(){
System.out.println(name+"游泳");
}
}
public class TestAnimal {
public static void main(String[] args) {
Cat cat = new Cat("猫猫", 10);
Dog dog = new Dog("旺旺", 6);
// 向上转型
Animal animal = cat;
animal.eat();
animal = dog;
animal.eat();
if (animal instanceof Cat) {
cat = (Cat)animal;
cat.run();
}
if (animal instanceof Dog) {
dog = (Dog) animal;
dog.swim();
}
}
}
输出结果：
猫猫吃鱼~~~
旺旺吃骨头~~~
旺旺游泳
5、多态的优缺点
优点：
- 能够降低代码的 “圈复杂度”，避免使用大量的 if - else
什么叫 “圈复杂度” ?
圈复杂度是一种描述一段代码复杂程度的方式. 一段代码如果平铺直叙, 那么就比较简单容易理解. 而如果有很多的条件分支或者循环语句, 就认为理解起来更复杂.
因此我们可以简单粗暴的计算一段代码中条件语句和循环语句出现的个数, 这个个数就称为 “圈复杂度”。如果一个方法的圈复杂度太高, 就需要考虑重构.
- 可扩展能力更强
缺点：代码的运行效率降低
6、避免在构造方法中调用重写的方法
一段有坑的代码. 我们创建两个类, B 是父类, D 是子类. D 中重写 func 方法. 并且在 B 的构造方法中调用 func
class B {
public B() {
// do nothing
func();
}
public void func() {
System.out.println("B.func()");
}
}
class D extends B {
private int num = 1;
@Override
public void func() {
System.out.println("D.func() " + num);
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
D d = new D();
}
}
运行结果：
D.func() 0
- 构造 D 对象的同时, 会调用 B 的构造方法.
- B 的构造方法中调用了 func 方法, 此时会触发动态绑定, 会调用到 D 中的 func
- 此时 D 对象自身还没有构造, 此时 num 处在未初始化的状态, 值为 0.
结论: “用尽量简单的方式使对象进入可工作状态”，尽量不要在构造器中调用方法(如果这个方法被子类重写，就会触发动态绑定，但是此时子类对象还没构造完成)，可能会出现一些隐藏的但是又极难发现的问题。
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