Java面向对象高级-继承、多态

小学生闹钟2025-03-15 10:14

一、继承

继承是 Java 中实现代码复用的重要手段，它允许一个类获取另一个类的属性和方法。通过extends关键字，建立类之间的父子关系。

（一）继承的定义与作用

例如，在员工管理系统的场景下，Teacher类和Consultant类都有name属性，为了减少重复代码，可以创建一个父类People，将name属性提取到People类中。

java

typescript 复制代码 
class People {
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

class Teacher extends People {
    private String skill;

    public String getSkill() {
        return skill;
    }

    public void setSkill(String skill) {
        this.skill = skill;
    }
}

class Consultant extends People {
    private int number;

    public int getNumber() {
        return number;
    }

    public void setNumber(int number) {
        this.number = number;
    }
}

在上述代码中，Teacher和Consultant类继承自People类，它们可以使用People类中的getName和setName方法，提高了代码的重用性。

（二）权限修饰符

权限修饰符用于限制类中成员（成员变量、成员方法、构造器）的访问范围，Java 中有private、缺省（默认不写修饰符）、protected和public四种权限修饰符。

修饰符 本类里 同一个包中的其他类 不同包的子孙类 不同包的任意类
private √
缺省（默认不写修饰符） √ √
protected √ √ √
public √ √ √ √
Java 复制代码 
class AccessModifierExample {
    private int privateVar;
    int defaultVar;
    protected int protectedVar;
    public int publicVar;

    private void privateMethod() {}
    void defaultMethod() {}
    protected void protectedMethod() {}
    public void publicMethod() {}
}

在这个类中，privateVar和privateMethod只能在本类中访问；defaultVar和defaultMethod在同一个包中的其他类可以访问；protectedVar和protectedMethod在不同包的子孙类中也能访问；publicVar和publicMethod在任何地方都可以访问 。

（三）继承的特点

  1. 单继承模式：Java 是单继承的，一个类只能继承一个直接父类，这避免了多继承带来的冲突。例如：

java

kotlin 复制代码 
class A {}
class B {}
// 以下代码会报错，因为Java不支持多继承
// class C extends A, B {}
  1. 多层继承 ：Java 支持多层继承，所有类最终都直接或间接继承自Object类。例如：

java

scala 复制代码 
class Grandparent {}
class Parent extends Grandparent {}
class Child extends Parent {}

在这个例子中，Child类间接继承了Grandparent类的非私有成员，并且Object类是所有类的祖宗类。

  1. 子类访问成员特点 ：子类访问成员遵循就近原则，先在子类局部范围找，然后到子类成员范围找，最后到父类成员范围找，找不到则报错。如果子父类中出现重名成员，优先使用子类的，若要访问父类成员，可通过super关键字。例如：

java

scala 复制代码 
class ParentClass {
    int value = 10;
}

class ChildClass extends ParentClass {
    int value = 20;

    void printValue() {
        // 输出子类的value
        System.out.println("子类的value: " + value);
        // 输出父类的value
        System.out.println("父类的value: " + super.value);
    }
}

在ChildClass的printValue方法中，通过super.value访问父类的value成员变量。

（四）方法重写

当子类觉得父类中的某个方法不好用或无法满足自身需求时，可以重写该方法。方法重写需要满足方法名称、参数列表一样，并且要注意一些规则。

java

scala 复制代码 
class Animal {
    public void sound() {
        System.out.println("动物发出声音");
    }
}

class Dog extends Animal {
    // 使用@Override注解校验方法重写格式
    @Override
    public void sound() {
        System.out.println("狗汪汪叫");
    }
}

在上述代码中，Dog类重写了Animal类的sound方法。重写时需注意：

  • 子类重写父类方法时，访问权限必须大于或者等于父类该方法的权限（public > protected > 缺省）。
  • 重写的方法返回值类型，必须与被重写方法的返回值类型一样，或者范围更小。
  • 私有方法、静态方法不能被重写，如果重写会报错。

（五）子类构造器

子类的全部构造器，都会先调用父类的构造器，再执行自己。默认情况下，子类构造器的第一行代码是super()（写不写都有），它会调用父类的无参数构造器；如果父类没有无参数构造器，则必须在子类构造器的第一行手写super(...)，指定调用父类的有参数构造器。

java

arduino 复制代码 
class People {
    private String name;
    private int age;

    public People() {}

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

class Teacher extends People {
    private String skill;

    public Teacher() {}

    public Teacher(String name, int age, String skill) {
        // 调用父类有参数构造器
        super(name, age);
        this.skill = skill;
    }
}

在Teacher类的有参数构造器中，通过super(name, age)调用父类的有参数构造器，先初始化从父类继承的属性，再初始化自身的skill属性。

（六）this与super

this代表本类对象的引用，super代表父类存储空间的标识，它们在访问成员变量、成员方法和构造方法时有不同的用法。

java

csharp 复制代码 
class Parent {
    int value = 10;

    void print() {
        System.out.println("父类的print方法");
    }

    Parent() {
        System.out.println("父类的无参构造器");
    }

    Parent(int value) {
        this.value = value;
        System.out.println("父类的有参构造器，value: " + value);
    }
}

class Child extends Parent {
    int value = 20;

    void print() {
        // 访问本类的value
        System.out.println("本类的value: " + this.value);
        // 访问父类的value
        System.out.println("父类的value: " + super.value);
        // 调用本类的print方法
        this.print();
        // 调用父类的print方法
        super.print();
    }

    Child() {
        // 调用父类的无参构造器
        super();
        System.out.println("子类的无参构造器");
    }

    Child(int value) {
        // 调用父类的有参构造器
        super(value);
        this.value = value;
        System.out.println("子类的有参构造器，value: " + value);
    }
}

在Child类中，通过this和super可以清晰地区分访问本类和父类的成员。需要注意的是，this(...)和super(...)都只能放在构造器的第一行，且二者不能同时出现。

二、多态

多态是在继承 / 实现情况下的一种现象，表现为对象多态和行为多态，它使程序更加灵活和可扩展。

（一）多态的定义与前提

多态的前提是有继承 / 实现关系、存在父类引用子类对象、存在方法重写。例如：

java

scala 复制代码 
class Animal {
    public void move() {
        System.out.println("动物在移动");
    }
}

class Dog extends Animal {
    @Override
    public void move() {
        System.out.println("狗在跑");
    }
}

class Cat extends Animal {
    @Override
    public void move() {
        System.out.println("猫在走");
    }
}

使用时：

java

arduino 复制代码 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 父类引用指向子类对象，体现对象多态
        Animal animal1 = new Dog();
        Animal animal2 = new Cat();

        // 调用重写的方法，体现行为多态
        animal1.move();
        animal2.move();
    }
}

在上述代码中，Animal是父类，Dog和Cat是子类，它们重写了父类的move方法。通过父类引用指向不同的子类对象，调用move方法时会执行子类中重写后的方法。需要注意的是，Java 中的属性（成员变量）不谈多态。

（二）多态的好处

  1. 解耦合与便于扩展维护：在多态形式下，右边对象是解耦合的，更便于扩展和维护。例如，当需要添加新的动物子类时，只需要创建新的子类并实现相应的方法，而不需要修改使用多态的代码。

  2. 增强方法扩展性：定义方法时，使用父类类型的形参，可以接收一切子类对象，扩展性更强、更便利。例如：

java

typescript 复制代码 
class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("动物在进食");
    }
}

class Dog extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("狗在啃骨头");
    }
}

class Cat extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("猫在吃鱼");
    }
}

public class Main {
    // 使用父类类型作为形参
    public static void feed(Animal animal) {
        animal.eat();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        Cat cat = new Cat();

        // 可以传入不同的子类对象
        feed(dog);
        feed(cat);
    }
}

在feed方法中，使用Animal类型的形参，可以接收Dog和Cat等子类对象，提高了代码的扩展性。但多态下不能直接使用子类的独有功能，例如Dog类可能有bark方法，但通过Animal引用无法直接调用bark方法。

（三）多态下的类型转换

  1. 自动类型转换 ：父类 变量名 = new 子类();，例如Animal animal = new Dog();，这是将子类对象自动转换为父类类型，也称为向上转型。在向上转型过程中，子类对象会失去子类特有的方法，只能调用父类中定义的方法。

  2. 强制类型转换 ：子类 变量名 = (子类) 父类变量，例如Dog dog = (Dog) animal;，这是将父类引用强制转换为子类类型，也称为向下转型。但在进行强制类型转换前，建议使用instanceof关键字判断当前对象的真实类型，以避免运行时的ClassCastException异常。例如：

java

java 复制代码 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Dog();

        if (animal instanceof Dog) {
            Dog dog = (Dog) animal;
            dog.bark();
        }
    }
}

在上述代码中，通过instanceof判断animal对象是否是Dog类型，如果是，则进行强制类型转换并调用Dog类特有的bark方法。需要注意的是，存在继承 / 实现关系就可以在编译阶段进行强制类型转换，但运行时如果发现对象的真实类型与强转后的类型不同，就会报类型转换异常。

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