【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。

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