【JAVASE】继承

小胡_不糊涂2023-08-04 19:49

⭐ 作者：小胡_不糊涂

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📀 收录专栏：浅谈Java

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继承

  • [1. 为什么要继承](#1. 为什么要继承)
  • [2. 继承概念](#2. 继承概念)
  • [3. 继承的语法](#3. 继承的语法)
  • [4. 父类成员访问](#4. 父类成员访问)
    • [4.1 子类中访问父类的成员变量](#4.1 子类中访问父类的成员变量)
    • [4.2 子类中访问父类的成员方法](#4.2 子类中访问父类的成员方法)
  • [5. super 关键字](#5. super 关键字)
  • [6. 子类构造方法](#6. 子类构造方法)
  • [7. super 和 this](#7. super 和 this)
  • [8. 再谈初始化](#8. 再谈初始化)
  • [9. protected 关键字](#9. protected 关键字)
  • [10. 继承方式](#10. 继承方式)
  • [11. final 关键字](#11. final 关键字)
  • [12. 继承与组合](#12. 继承与组合)

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，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：

java 复制代码 
//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~~~");
    }
}
java 复制代码 
//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。

2. 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。

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：

java 复制代码 
修饰符 class 子类 extends 父类 {
	// ... 
}

对上述 2 中场景使用继承方式重新设计：

java 复制代码 
//Animal.java
public class Animal {
        String name;
        int age;

        public void eat(){
            System.out.println(this.name + "正在吃饭");
        }

        public void sleep(){
            System.out.println(this.name + "正在睡觉");
        }
    }
java 复制代码 
//Dog.java
public class Dog extends Animal{
    void bark(){
        System.out.println(this.name + "汪汪汪~~~");
    }
}
java 复制代码 
//Cat.java
public class Cat extends Animal{
    void mew(){
        System.out.println(this.name + "喵喵喵~~~");
    }
}
java 复制代码 
TestExtend.java
public class TestExtend {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        dog.name="Peter";
        dog.age=3;
	// 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();
    }
}

🍤 运行结果：

注：

  • 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，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

4. 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？

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成员变量
java 复制代码 
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
	}
}
  1. 子类和父类成员变量同名
java 复制代码 
//代码一：
public class Base {
	int a;
	int b;
	int c;
}
java 复制代码 
//代码二：
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(){
		a = 100; // 访问父类继承的a，还是子类自己新增的a？
		b = 101; // 访问父类继承的b，还是子类自己新增的b?
		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d
	}
}

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。

4.2 子类中访问父类的成员方法

  1. 成员方法名字不同
java 复制代码 
//Base.java
public class Base {
	public void methodA(){
		System.out.println("Base中的methodA()");
	}
}

//Derived.java
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()
	}
}

//Main.java
public class Main{
    public static void main(String[] args) {
        Derived derived=new Derived();
        derived.methodC();
    }
}

🍤 运行结果：

🍤 没有 method() 时会报错：

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. 成员方法名字相同
java 复制代码 
//Base.java
public class Base {
	public void methodA(){
	System.out.println("Base中的methodA()");
	}
	public void methodB(){
	System.out.println("Base中的methodB()");
	}
}
java 复制代码 
//Derived.java
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
	}
}
java 复制代码 
//Main.java
public class Main{
    public static void main(String[] args) {
        Derived derived=new Derived();
        derived.methodC();
    }
}

🍤 运行结果：

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？

5. 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。

java 复制代码 
//Base.java
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()");
    }
}
java 复制代码 
//Derived.java
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
    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()
    }
}
java 复制代码 
//Main.java
public class Main{
    public static void main(String[] args) {
        Derived derived=new Derived();
        derived.methodC();//调用子类的methodC()
    }
}

🍤 运行结果：


🍩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：

  • 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。

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。

java 复制代码 
//Base.java
public class Base {
	public Base(){
		System.out.println("Base()");
	}
}
java 复制代码 
//Derived.java
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()");
	}
}
java 复制代码 
//Main.java
public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		Derived d = new Derived();
	}
}

//打印结果：
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：

  • 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

7. 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：

  • 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
  • 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

8. 再谈初始化

上一篇文章有讲过代码块，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。

我们看这段代码：

java 复制代码 
//Dog_.java
class Dog_ {
    public String name;
    public int age;
    public Dog_(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");
     }
}
java 复制代码 
//Test.java
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Dog_ dog1 = new Dog_("Peter",3);
        System.out.println("============================");
        Dog_ dog2 = new Dog_("Jack",1);
    }
}

🍤 运行结果：

说明：

  • 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：

java 复制代码 
//Person.java
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");
    }
}
java 复制代码 
//Student.java
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");
    }
}
java 复制代码 
//Test1.java
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        Student student1 = new Student("张三",19);
        System.out.println("===========================");
        Student student2 = new Student("李四",20);
    }
}

🍤 运行结果：

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

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。

范围 private default protected public
同一包的同一类 √ √ √ √
同一包的不同类 √ √ √
不同包中的子类 √ √
不同包中的非子类 √

10. 继承方式

Java中的几种继承方式：


Java中不支持多继承

一般不要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。

如果想从语法上进行限制继承，就可以使用 final 关键字。

11. 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)
java 复制代码 
final int a = 10;
a = 20; // 编译出错
  1. 修饰类：表示此类不能被继承
java 复制代码 
final public class Animal {
	...
}
public class Bird extends Animal {
	...
}

// 编译出错
Error: 无法从最终com.bit.Animal进行继

平时是用的 String 字符串类，就是用 final 修饰的，不能被继承

  1. 修饰方法：表示该方法不能被重写

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。

java 复制代码 
// 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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