【JAVASE】继承

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⭐ 作者:小胡_不糊涂
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【JAVASE】继承,浅谈Java语言,python,开发语言

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。

【JAVASE】继承,浅谈Java语言,python,开发语言

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:

【JAVASE】继承,浅谈Java语言,python,开发语言
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。

【JAVASE】继承,浅谈Java语言,python,开发语言

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:

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:

//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");
        }
    }

//Dog.java
public class Dog extends Animal{
    void bark(){
        System.out.println(this.name + "汪汪汪~~~");
    }
}
//Cat.java
public class Cat extends Animal{
    void mew(){
        System.out.println(this.name + "喵喵喵~~~");
    }
}
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:

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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
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
//代码一:
public class Base {
	int a;
	int b;
	int c;
}
//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
//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:

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🍤 没有 method() 时会报错:

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

🍤 运行结果:

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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。

//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()");
    }
}
//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()
    }
}
//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:

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🍩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。

//Base.java
public class Base {
	public Base(){
		System.out.println("Base()");
	}
}
//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()");
	}
}
//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

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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:

//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");
     }
}
//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:

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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:

//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");
    }
}
//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");
    }
}
//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:

【JAVASE】继承,浅谈Java语言,python,开发语言

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:

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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)
final int a = 10;
a = 20; // 编译出错
  1. 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: 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。

// 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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