【详识JAVA语言】面向对象程序三大特性之二:继承

简介: 【详识JAVA语言】面向对象程序三大特性之二:继承

继承

为什么需要继承

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,那在设计程序是就需要考虑。

比如:狗和猫,它们都是一个动物。

使用Java语言来进行描述,就会设计出:

// Dog.java
public class Dog{
string name;
int age;
float weight;
public void eat(){
System.out.println(name + "正在吃饭");
}
public void sleep(){
System.out.println(name + "正在睡觉");
}
void Bark(){
System.out.println(name + "汪汪汪~~~");
}
}
// Cat.Java
public class Cat{
string name;
int age;
float weight;
public void eat(){
System.out.println(name + "正在吃饭");
}
public void sleep() {
System.out.println(name + "正在睡觉");
}
void mew(){
System.out.println(name + "喵喵喵~~~");
}
}

通过观察上述代码会发现,猫和狗的类中存在大量重复,如下所示:

那能否将这些共性抽取呢?面向对象思想中提出了继承的概念,专门用来进行共性抽取,实现代码复用。

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。

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)。

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 {
// ...
}

对之前中场景使用继承方式重新设计:

// Animal.java
public class Animal{
String name;
int age;
public void eat(){
System.out.println(name + "正在吃饭");
}
public void sleep(){
System.out.println(name + "正在睡觉");
}
}
// Dog.java
public class Dog extends Animal{
void bark(){
System.out.println(name + "汪汪汪~~~");
} }
// Cat.Java
public class Cat extends Animal{
void mew(){
System.out.println(name + "喵喵喵~~~");
} }
// TestExtend.java
public class TestExtend {
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()和sleep()方法也是从Animal中继承下来的
dog.eat();
dog.sleep();
dog.bark();
}
}

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

父类成员访问

在继承体系中,子类将父类中的方法和字段继承下来了,那在子类中能否直接访问父类中继承下来的成员呢?

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
public class Base { int a; int b; int c; }
/ 
public class Derived extends Base{
int a; // 与父类中成员a同名,且类型相同 
char b; // 与父类中成员b同名,但类型不同
public void method(){ 
// 访问父类继承的a,还是子类自己新增的a? 
// 访问父类继承的b,还是子类自己新增的b?
a = 100;
b = 101;
c = 102;
// 子类没有c,访问的肯定是从父类继承下来的c 
// d = 103; /
/ 编译失败,因为父类和子类都没有定义成员变量b }
}

在子类方法中 或者 通过子类对象访问成员时:

如果访问的成员变量子类中有,优先访问自己的成员变量。

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。

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。

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。

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】

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;

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?

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

public 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()");
}
}
public 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,重写后序详细介绍)
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(),基类的无法访问到 super.methodB();
// 访问基类的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。

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。

public class Base {
public Base(){ 
System.out.println("Base()");
} }
public 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 Test { 
public static void main(String[] args) { 
Derived d = new Derived(); 
} }
结果打印: Base() 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

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. 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

4. 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

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。

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("bit",10);
System.out.println("============================");
Person person2 = new Person("gaobo",20);
}
}

执行结果:

静态代码块执行

实例代码块执行

构造方法执行

============================

实例代码块执行

构造方法执行

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 Person {
public String name; 
public int age; 
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
System.out.println("Person:构造方法执行"); } {
System.out.println("Person:实例代码块执行"); 
} static {
System.out.println("Person:静态代码块执行"); }
}
class Student extends Person{
public Student(String name,int age) { 
super(name,age); 
System.out.println("Student:构造方法执行"); }
{
System.out.println("Student:实例代码块执行");
}
static { 
System.out.println("Student:静态代码块执行"); }
}
public class TestDemo4 {
public static void main(String[] args) { 
Student student1 = new Student("张三",19);
System.out.println("===========================");
Student student2 = new Student("gaobo",20); }
public static void main1(String[] args) { 
Person person1 = new Person("bit",10);
System.out.println("============================");
Person person2 = new Person("gaobo",20);
}
}

执行结果:

Person:静态代码块执行

Student:静态代码块执行

Person:实例代码块执行

Person:构造方法执行

Student:实例代码块执行

Student:构造方法执行

===========================

Person:实例代码块执行

Person:构造方法执行

Student:实例代码块执行

Student:构造方法执行

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

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。

那父类中不同访问权限的成员,在子类中的可见性又是什么样子的呢?

// 为了掩饰基类中不同访问权限在子类中的可见性,为了简单类B中就不设置成员方法了 
// extend01包中 public class B {
private int a;
protected int b;
public int c;
int d; }
// extend01包中 
// 同一个包中的子类 
public class D extends B{
public void method(){ 
// super.a = 10; 
// 编译报错,父类private成员在相同包子类中不可见 
super.b = 20; 
// 父类中protected成员在相同包子类中可以直接访问 
super.c = 30; 
// 父类中public成员在相同包子类中可以直接访问 
super.d = 40; 
// 父类中默认访问权限修饰的成员在相同包子类中可以直接访问 
}
}
// extend02包中 
// 不同包中的子类 
public class C extends B { public void method(){
// super.a = 10; 
// 编译报错,父类中private成员在不同包子类中不可见 
super.b = 20; 
// 父类中protected修饰的成员在不同包子类中可以直接访问 
super.c = 30;
// 父类中public修饰的成员在不同包子类中可以直接访问
//super.d = 40; 
// 父类中默认访问权限修饰的成员在不同包子类中不能直接访问
}
}
// extend02包中 
// 不同包中的类 
public class TestC { public static void main(String[] args) {
C c = new C();
c.method(); 
// System.out.println(c.a); 
// 编译报错,父类中private成员在不同包其他类中不可见
// System.out.println(c.b); 
// 父类中protected成员在不同包其他类中不能直接访问
System.out.println(c.c); 
// 父类中public成员在不同包其他类中可以直接访问
// System.out.println(c.d); 
// 父类中默认访问权限修饰的成员在不同包其他类中不能直接访问
}
}

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, 还是更希望同学们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).

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

final 关键字

final关键可以用来修饰变量、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

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。

相关文章
|
1天前
|
Java
揭秘!为何Java多线程中,继承Thread不如实现Runnable?
【6月更文挑战第19天】在Java多线程中,实现`Runnable`比继承`Thread`更佳,因Java单继承限制,`Runnable`可实现接口复用,便于线程池管理,并分离任务与线程,提高灵活性。当需要创建线程或考虑代码复用时,实现`Runnable`是更好的选择。
|
1天前
|
Java 开发者
JAVA多线程初学者必看:为何选择继承Thread还是Runnable,这其中有何玄机?
【6月更文挑战第19天】在Java中创建线程,可选择继承Thread类或实现Runnable接口。继承Thread直接运行,但限制了多重继承;实现Runnable更灵活,允许多线程共享资源且利于代码组织。推荐实现Runnable接口,以保持类的继承灵活性和更好的资源管理。
|
1天前
|
Java 开发者
告别单线程时代!Java 多线程入门:选继承 Thread 还是 Runnable?
【6月更文挑战第19天】在Java中,面对多任务需求时,开发者可以选择继承`Thread`或实现`Runnable`接口来创建线程。`Thread`继承直接但限制了单继承,而`Runnable`接口提供多实现的灵活性和资源共享。多线程能提升CPU利用率,适用于并发处理和提高响应速度,如在网络服务器中并发处理请求,增强程序性能。不论是选择哪种方式,都是迈向高效编程的重要一步。
|
1天前
|
Java 调度
【实战指南】Java多线程高手秘籍:线程生命周期管理,掌控程序命运的钥匙!
【6月更文挑战第19天】Java多线程涉及线程生命周期的五个阶段:新建、就绪、运行、阻塞和死亡。理解这些状态转换对性能优化至关重要。线程从新建到调用`start()`变为就绪,等待CPU执行。获得执行权后进入运行状态,执行`run()`。遇到阻塞如等待锁时,进入阻塞状态。完成后或被中断则死亡。管理线程包括合理使用锁、利用线程池、处理异常和优雅关闭线程。通过控制这些,能编写更高效稳定的多线程程序。
|
1天前
|
安全 Java 数据安全/隐私保护
Java基础之类封装、继承、多态
Java基础的封装、继承和多态是OOP的核心。封装通过访问控制(如private)隐藏类的内部细节,提供公共接口供外部交互。例如,`Person`类封装`name`和`age`,通过`getName()`和`setAge()`方法访问。继承允许子类(如`Dog`)继承父类(如`Animal`)的属性和方法,并可扩展或覆盖。多态使得父类引用可指向子类对象,调用方法时根据实际对象类型执行,如不同动物的`makeSound()`。接口实现多态提供了一种定义行为而不必关心实现的方式。向上转型(子类→父类)安全且默认,而向下转型(父类→子类)需类型检查以避免异常。
6 1
|
1天前
|
Java 数据安全/隐私保护
Java基础之类封装、继承、多态
Java基础之类封装、继承、多态
8 2
|
1天前
|
Java 数据安全/隐私保护
Java基础之类封装、继承、多态
Java基础之类封装、继承、多态
8 4
|
1天前
|
Java
在Java中,你可以创建一个简单的四则运算程序来执行小学级别的加减乘除操作
【6月更文挑战第19天】Java程序实现简单四则运算,接收用户输入的两个数字和运算符,根据运算符调用相应函数进行计算。包含加、减、乘、除功能,其中除法操作检查了除数是否为零,避免运行时错误。
14 5
|
2天前
|
Java 大数据 API
|
2天前
|
存储 安全 Java
告别低效!Java Queue与LinkedList的完美结合,让你的程序更高效!
【6月更文挑战第18天】Java的`LinkedList`作为`Queue`实现,提供高效并发队列。利用双向链表,它在头部和尾部操作有O(1)复杂度,适合大量数据和高并发。通过`Collections.synchronizedList`可使其线程安全,用于任务调度等场景,展现灵活性和高性能。