【JavaSE】还在担心搞不懂“继承和多态”吗？一篇文章帮你解决

1.继承

1.1为什么要继承

Java中使用类对现实世界中实体来进行描述
类经过实例化之后的产物对象，则可以用来表示现实中的实体
但是现实世界错综复杂，事物之间可能会存在一些关联，这时我们就要考虑

先看一个代码

class Cat{
    public String name;
    public int age;
    public String sex;
    public void eat(){
        System.out.println("cat:eat()!");
    }
    public void mew(){
        System.out.println("cat:mew()");
    }
}
class dog{
    public String name;
    public int age;
    public String sex;
    public void eat(){
        System.out.println("dog:eat()!");
    }
    public void bark(){
        System.out.println("dog:bark()");
    }
}

那么我们怎么实现代码复用，用上共性抽取出的这部分呢？

于是我们引出了继承

像这样在类名的后面使用extends关键字+想要继承的类名，这就实现了继承

这时我们就能使用Animal类中的成员变量和方法了

继承其实就是对共性的抽取，从而达到了代码的复用

1.2继承的概念

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

例如：狗和猫都是动物，那么我们就可以将共性的内容进行抽取，然后采用继承的思想来达到共用。

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。
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，还有就是来实现多态(后序讲)

1.3继承的语法

在Java中如果要表示类之间的继承关系，需要借助extends关键字，具体如下

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()!");
    }
}
//继承
class Cat extends Animal{
    public void mew(){
        System.out.println("cat:mew()");
    }
}
class Dog extends Animal{
    public void bark(){
        System.out.println("dog:bark()");
    }
}

public class TestDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
// dog类中并没有定义任何成员变量，name和age属性肯定是从父类Animal中继承下来的
        System.out.println(dog.name);
        System.out.println(dog.age);
// dog访问的eat()方法也是从Animal中继承下来的
        dog.eat();
        dog.bark();
    }
}

继承后

【注意】：

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
子类继承父类之后，建议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

1.4父类成员访问

1.4.1子类中访问父类的成员变量

**1.子类和父类不存在同名的成员变量 **

我们看一个代码

//基类
class Base {
    public int a = 1;
    public int b = 2;
}
//派生类
class Derived extends Base{
   public int c = 3;
   public int d = 4;
   public void test(){
       System.out.println(a);
       System.out.println(b);
       System.out.println(c);
       System.out.println(d);
   }
}
public class TestDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Derived derived = new Derived();
        derived.test();
    }
}

我们用一个图帮助理解

2.子类和父类存在同名成员变量

class Base2 {
    public int a = 1;
    public int b = 2;
}
//派生类
class Derived2 extends Base{
    public int a = 3;
    public int d = 4;
    public void test(){
        System.out.println(a);//如果重名了，优先访问子类自己的
        System.out.println(super.a);//如果要访问父类中的同名成员变量

        System.out.println(b);
        System.out.println(d);
    }
}
public class TestDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Derived2 derived2 = new Derived2();
        derived2.test();
    }
}

父类和子类中的成员变量重名时，优先访问子类自己的
如果要访问父类中的同名成员变量，要用super.变量名

super其实就是一个普通的关键字，让别人或自己能够知道或者易读

由图可以知道，如果this.a，那么得到的值还是3

1.4.2子类中访问父类的成员方法

1.成员方法名字不同

class Base3 {
    public int a = 1;
    public int b = 2;
    public void method(){
        System.out.println("BASE的method方法");
    }
}
//派生类
class Derived3 extends Base3{
    public int a = 3;
    public int d = 4;
    public void method2(){
        System.out.println("BASE的method2方法");
    }
    public void test(){
        method();
        method2();
    }
}

public class TestDemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Derived3 derived3 = new Derived3();
        derived3.test();
    }
}

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 **

/**
 * 父类和子类中有同名的成员方法
 */
class Base4 {
    public int a = 1;
    public int b = 2;
    public void method(){
        System.out.println("BASE4的method方法");
    }
}
//派生类
class Derived4 extends Base4{
    public int a = 3;
    public int d = 4;
    public void method(int a){
        System.out.println("Derived4的method方法"+a);
    }
    public void test(){
        method();
        method(10);
    }
}

public class TestDemo5 {
    public static void main(String[] args) {
        Derived4 derived4 = new Derived4();
        derived4.test();
    }
}

这两个同名的方法构成了重载

这个时候我们有了一个疑问，不是在同一个类中的方法才能构成重载吗？我们在这里补充一下，如果这两个类中，但是一个类是继承某一个类的，它们中的方法也能构成重载

【说明】

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。
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-后面讲)，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。

问题：如果子类中存在与父类中相同的成员时，那如何在子类中访问父类相同名称的成员呢？

通过super

1.5super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。

【注意事项】

只能在非静态方法中使用
在子类方法中，访问父类的成员变量和方法。

1.6子类构造方法

父子父子，先有父再有子，即：子类对象构造时，需要先调用基类构造方法，然后执行子类的构造方法。

class Animal{
    public String name;
    public int age;

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

    public void eat(){
        System.out.println(this.name+" 正在吃饭");
    }
}
class Cat extends Animal {
    public String hair;

    public Cat() {
        super("咪咪", 12);//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.hair = "black";
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat();
        cat.eat();
    }
}

**当用构造方法构造子类的时候，一定要先帮助父类进行构造 **

当我们什么构造方法都不写时，编译器会默认生成这样的构造方法

class Animal{
    public String name;
    public int age;

    public Animal() {
        
    }

    public void eat(){
        System.out.println(this.name+" 正在吃饭");
    }
}
class Cat extends Animal {
    public String hair;

    public Cat() {
       super();
 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
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat();
        cat.eat();
    }
}

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

【说明】

在子类构造方法中，并没有写任何关于父类构造的代码
但是在构造子类对象时，先执行父类的构造方法，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】：

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
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。
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。
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

1.7super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】

都是Java中的关键字
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
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】

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
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
this是非静态成员方法的一个隐藏参数，super不是隐藏的参数
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)

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
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

1.8再谈初始化

我们还记得之前讲过的代码块吗？我们简单回顾一下几个重要的代码块：实例代码块和静态代码块。在没有继承关系时的执行顺序。

静态代码块先执行，并且只执行一次，在类加载阶段执行
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(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        System.out.println("Animal带2个参数的构造方法");
    }
    public Animal(){
        System.out.println("Animal不带参数的构造方法");
    }

    public void eat(){
        System.out.println(this.name+" 正在吃饭");
    }
}
class Cat extends Animal {
    public String hair;
    static {
        System.out.println("Cat的静态代码块");
    }
    {
        System.out.println("Cat的实例代码块");
    }
    public Cat(){
        super();
        System.out.println("Cat不带参数的构造方法");
    }
    public Cat(String name,int age,String hair) {
        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.hair = hair;
        System.out.println("Cat带3个参数的构造方法");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat1 = new Cat("咪咪",6,"black");
        //Cat cat2 = new Cat("咪咪",6,"black");

    }
}

通过分析执行结果，得出以下结论：

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
父类实例代码块和父类构造方法紧接着执行
子类的实例代码块和子类构造方法紧接着再执行
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

1.9 protected 关键字

在类和对象章节中，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。

由图可见，protected修饰的成员是能在不同包中的子类被访问的

注意：父类中private成员变量虽然在子类中不能直接访问，但是也继承到子类中了

什么时候下用哪一种呢?

我们希望类要尽量做到 "封装", 即隐藏内部实现细节, 只暴露出必要的信息给类的调用者.
因此我们在使用的时候应该尽可能的使用比较严格的访问权限.
例如如果一个方法能用 private, 就尽量不要用 public.
另外, 还有一种简单粗暴的做法: 将所有的字段设为 private, 将所有的方法设为 public.
不过这种方式属于是对访问权限的滥用,
还是更希望大家能写代码的时候认真思考, 该类提供的字段方法到底给 "谁" 使用
(是类内部自己用, 还是类的调用者使用, 还是子类使用).

1.10继承方式

在现实生活中，事物之间的关系是非常复杂，灵活多样，比如：
但在Java中只支持以下几种继承方式

注意：Java中不支持多继承。

时刻牢记, 我们写的类是现实事物的抽象.
而我们真正在公司中所遇到的项目往往业务比较复杂, 可能会涉及到一系列复杂的概念,
都需要我们使用代码来表示, 所以我们真实项目中所写的类也会有很多.
类之间的关系也会更加复杂.
但是即使如此, 我们并不希望类之间的继承层次太复杂.
一般我们不希望出现超过三层的继承关系. 如果继承层次太多, 就需要考虑对代码进行重构了.
如果想从语法上进行限制继承, 就可以使用 final 关键字

1.11final关键字

final关键字可以用来修饰变量、成员方法以及类
1. 修饰变量或字段，表示常量(即不能修改)

final int a = 10;
a = 20; // 编译出错

2. 修饰类：表示此类不能被继承

final public class Animal {
...
}
public class Bird extends Animal {
...
} /
/ 编译出错
Error:(3, 27) java: 无法从最终com.bit.Animal进行继

我们平时是用的 String 字符串类, 就是用 final 修饰的, 不能被继承

3. 修饰方法：表示该方法不能被重写(后序介绍)

1.12 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

汽车和其轮胎、发动机、方向盘、车载系统等的关系就应该是组合，因为汽车是有这些部件组成的

/ 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
}

//组合
class Student{
    
}
class Teacher{
    
}
class School{
    public Student[]students;
    public Teacher[]teachers;

}

组合和继承都可以实现代码复用，应该使用继承还是组合，需要根据应用场景来选择，一般建议：能用组合尽量用组合

2.多态

2.1 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。

总的来说：同一件事情，发生在不同对象身上，就会产生不同的结果

2.2 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：

必须在继承体系下
子类必须要对父类中方法进行重写
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。

class Animal{
    public String name;
    public int age;
    public void eat(){
        System.out.println(this.name+"吃饭");
    }
}
class Cat extends Animal{
    public String hair;

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(this.name+" 吃猫粮");
    }

    public void mew(){
        System.out.println(this.name+"正在叫");
    }
}
class Dog extends Animal{
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(this.name+" 吃狗粮");
    }
}
///分割线/
public class TestDemo {
    public static void function(Animal animal){
       animal.eat();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat();
        Dog dog = new Dog();
        function(cat);
        function(dog);
    }

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

2.3重写

重写(override)：也称为覆盖。
重写是子类对父类非静态、非private修饰，非final修饰，非构造方法等的实现过程进行重新编写, 返回值和形参都不能改变。
即外壳不变，核心重写！
重写的好处在于子类可以根据需要，定义特定于自己的行为。
也就是说子类能够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修饰的方法不能被重写。（静态方法不能重写）
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(overload)*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）

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。

总结：

【重写的设计原则】
对于已经投入使用的类，尽量不要进行修改。

最好的方式是：重新定义一个新的类，来重复利用其中共性的内容，并且添加或者改动新的内容

例如：若干年前的手机，只能打电话，发短信，来电显示只能显示号码，而今天的手机在来电显示的时候，不仅仅可以显示号码，还可以显示头像，地区等。在这个过程当中，我们不应该在原来老的类上进行修改，因为原来的类，可能还在有用户使用，正确做法是：新建一个新手机的类，对来电显示这个方法重写就好了，这样就达到了我们当今的需求了。

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。典型代表方法重载。
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那个类的方法。

2.4向上转型和向下转型

2.4.1向上转型

向上转型：实际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()

      Animal animal = new Cat();

animal是父类类型，但可以引用一个子类对象，因为是从小范围向大范围的转换。
【使用场景】

直接赋值
方法传参
方法返回

向上转型的优点：让代码实现更简单灵活。
向上转型的缺陷：不能调用到子类特有的方法

2.4.2向下转型

将一个子类对象经过向上转型之后当成父类方法使用，再无法调用子类的方法，但有时候可能需要调用子类特有的方法

此时：将父类引用再还原为子类对象即可，即向下转型

public class TestAnimal {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat("元宝",2);
        Dog dog = new Dog("小七", 1);
// 向上转型
        Animal animal = cat;
        animal.eat();
        animal = dog;
        animal.eat();
// 编译失败，编译时编译器将animal当成Animal对象处理
// 而Animal类中没有bark方法，因此编译失败
// animal.bark();
// 向上转型
// 程序可以通过编程，但运行时抛出异常---因为：animal实际指向的是狗
// 现在要强制还原为猫，无法正常还原，运行时抛出：ClassCastException
        cat = (Cat)animal;
        cat.mew();
// animal本来指向的就是狗，因此将animal还原为狗也是安全的
        dog = (Dog)animal;
        dog.bark();
    }
}

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。

如这个情况

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

public class TestAnimal {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat("元宝",2);
        Dog dog = new Dog("小七", 1);
// 向上转型
        Animal animal = cat;
        animal.eat();
        animal = dog;
        animal.eat();
        if(animal instanceof Cat){
            cat = (Cat)animal;
            cat.mew();
        } if(
                animal instanceof Dog){
            dog = (Dog)animal;
            dog.bark();
        }
    }
}

2.5多态的优缺点

【使用多态的好处】

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.
不同公司对于代码的圈复杂度的规范不一样. 一般不会超过 10 .

例如我们现在需要打印的不是一个形状了, 而是多个形状. 如果不基于多态, 实现代码如下:

public static void drawShapes() {
     Rect rect = new Rect();
     Cycle cycle = new Cycle();
     Flower flower = new Flower();
     String[] shapes = {"cycle", "rect", "cycle", "rect", "flower"};
     for (String shape : shapes) {
         if (shape.equals("cycle")) {
            cycle.draw();
          } else if (shape.equals("rect")) {
              rect.draw();
          } else if (shape.equals("flower")) {
                flower.draw();
          }
     }
}

如果使用使用多态, 则不必写这么多的 if - else 分支语句, 代码更简单

public static void drawShapes() {
    // 我们创建了一个 Shape 对象的数组.
    Shape[] shapes = {new Cycle(), new Rect(), new Cycle(),
            new Rect(), new Flower()};
    for (Shape shape : shapes) {
        shape.draw();
    }
}

可扩展能力更强

如果要新增一种新的形状, 使用多态的方式代码改动成本也比较低

多态缺陷：代码的运行效率降低

标签： java 开发语言后端

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