Java 封装 继承 多态（深入理解）

登神长阶 第二阶 封装 继承 多态

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目录

🍒一.面向对象编程的三大特性

🍍二.封装

🧉1.定义及其作用

 🥝2.访问限定符

🫛3.封装扩展 包（package）

🥕3.1.定义及其作用

 🥦 3.2.导入包的类

🍔3.3.自定义包

🌯3.3.1基本规则

🍕3.3.2操作步骤

🥐3.3.3常见的包 

🦀三.继承

🍨1.定义及其作用 

🍯2.语法 

🍺3.子类中访问父类的成员方法

🧊3.1.成员方法名字不同

🧃3.2. 成员方法名字相同

🍬4.super关键字

🦑4.1.作用

🍝4.2.super与this作比较

 🍥4.3.继承关系下代码块的执行顺序

🍟5.继承的方式

🍡6.继承与组合 

🥜6.1.组合

🌰6.2.继承与组合优缺点对比

🍅四.多态 

🫒1.定义及其作用 

🍈2.多态实现条件

🍠3.重写

🍣3.1.定义及其规则

🥟3.2.重写与重载的区别

​🥡4.静态绑定 动态绑定

🍱5.向上转移 向下转型 

🍹5.1.向上转型

🍴5.2.向下转型

🗒五.总结与反思

🍒一.面向对象编程的三大特性

🍍二.封装

🧉1.定义及其作用

定义：

        封装指的是将数据和对数据的操作进行结合，形成一个逻辑上独立的实体。

 作用：

1. 隐藏细节：封装允许将对象的内部实现细节隐藏起来，只暴露一些必要的接口给外部。这样可以防止外部代码直接访问对象的内部状态，从而降低了代码的耦合性（模块间关联程度），使得对象的内部改变不会影响到外部使用者。

2. 提高安全性：通过封装，可以限制对数据的访问和修改方式，防止非法操作导致对象处于无效或不一致的状态。这有助于确保数据的完整性和安全性。

3. 简化复杂性：封装可以将复杂的操作逻辑封装在一个接口后面，使得外部使用者不需要了解对象内部的具体实现，只需通过公开的接口进行交互，从而简化了外部代码的复杂度。

4. 提高可维护性：封装可以使得对象的内部实现细节与外部接口分离，当需要修改对象的内部实现时，只需确保对外部接口的行为不变即可，这样就降低了修改代码所带来的风险。

  比如，通俗来讲：对于电脑这样一个复杂的设备，提供给用户的就只是：开关机、通过键盘输入，显示器，USB插孔等，让用户来和计算机进行交互，完成日常事务。实际上，电脑真正工作的却是CPU、显卡、内存等一些硬件元件。

 🥝2.访问限定符

1. public：使用public修饰的成员可以被任何类访问，无论是否属于同一包或不同包。这意味着public成员是全局可见的。

2. protected：使用protected修饰的成员对于同一包内的类和其子类是可见的。protected成员在不同包的类中也可以通过继承（后文会做详细介绍）该类的方式访问。

3. 默认（包级私有default）：如果一个成员没有使用任何访问修饰符，则默认为包级私有。这意味着该成员只能被同一包内的类访问，而对于不同包内的类是不可见的。

4. private：使用private修饰的成员只能在定义该成员的类内部访问，其他类无法直接访问private成员。

此外，需要注意以下几点：

• 访问限定符可以用于字段、方法、构造函数等。
• 成员方法的访问权限不能高于所在类的访问权限。例如，如果一个类是默认级别的，那么它的方法也不能是public或protected的。
• protected成员对于非子类的类来说，如果不在同一个包内，是不可见的。只有继承了该类的子类才能访问protected成员。（后文会做详细介绍）
• 继承关系中，子类继承了父类的protected成员，但若子类与父类不在同一包内，则除了继承之外无法访问protected成员。

  这些访问限定符帮助程序员控制类成员的可见性，从而实现信息隐藏和封装，同时确保代码的安全性和可维护性。

🫛3.封装扩展 包（package）

🥕3.1.定义及其作用

 🥦 3.2.导入包的类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        java.util.Date date = new java.util.Date();
// 得到一个毫秒级别的时间戳
        System.out.println(date.getTime());
    }
}

import java.util.Date;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Date date = new Date();
// 得到一个毫秒级别的时间戳
        System.out.println(date.getTime());
    }
}

import java.util.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Date date = new Date();
// 得到一个毫秒级别的时间戳
        System.out.println(date.getTime());
    }
}

 💡但是我们更建议显式的指定要导入的类名. 否则还是容易出现冲突的情况.

import java.util.*;
        import java.sql.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
// util 和 sql 中都存在一个 Date 这样的类, 此时就会出现歧义, 编译出错
        Date date = new Date();
        System.out.println(date.getTime());
    }
}
// 编译出错
Error:(5, 9) java: 对Date的引用不明确
        java.sql 中的类 java.sql.Date 和 java.util 中的类 java.util.Date 都匹配

可以使用import static导入包中静态的方法和字段

import static java.lang.Math.*;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        double x = 30;
        double y = 40;
// 静态导入的方式写起来更方便一些.
// double result = Math.sqrt(Math.pow(x, 2) + Math.pow(y, 2));
        double result = sqrt(pow(x, 2) + pow(y, 2));
        System.out.println(result);
    }
}

💡 import 和 C++ 的 #include 差别很大 . C++ 必须 #include 来引入其他文件内容 , 但是 Java 不需要。 import 只是为了写代码的时候更方便 . import 更类似于 C++ 的 namespace 和 using

🍔3.3.自定义包

🌯3.3.1基本规则

• 在文件的最上方加上一个 package 语句指定该代码在哪个包中
• 包名需要尽量指定成唯一的名字, 通常会用公司的域名的颠倒形式(例如 com.text.demo1 )
• 包名要和代码路径相匹配 . 例如创建 com.text.demo1的包, 那么会存在一个对应的路径 com.text.demo1来存储代码.
• 如果一个类没有 package 语句, 则该类被放到一个默认包中.

🍕3.3.2操作步骤

1. 在 IDEA 中先新建一个包 : 右键 src -> 新建 -> 包

 2. 在弹出的对话框中输入包名, 例如 com.text.demo1

3. 此时可以看到我们的磁盘上的目录结构已经被 IDEA 自动创建出来了

4. 同时我们也看到了, 在新创建的 Test.java 文件的最上方, 就出现了一个 package 语句

🥐3.3.3常见的包 

1. java.lang:系统常用基础类(String、Object),此包从JDK1.1后自动导入。

2. java.lang.reflect:java 反射编程包;

3. java.sql:进行数据库开发的支持包。

4. java.net:进行网络编程开发包。

5. java.util:是java提供的工具程序包。(集合类等) 非常重要

6. 6. java.io:I/O编程开发包。

🦀三.继承

🍨1.定义及其作用 

定义：

       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。

 作用：

1. 代码重用：通过继承，在子类中可以直接使用父类已有的属性和方法，无需重复编写相同的代码，从而提高了代码的复用性。

2. 类层次结构：继承使得类之间形成了一种层级关系，这样可以更好地组织和管理代码，形成清晰的类之间的关系图。

3. 方法覆盖（重写）：子类可以重写父类中的方法，以满足自身的需要。这样可以根据具体情况来定制特定的行为，实现了多态性的特性。

4. 多态性：由于继承关系，可以使用父类类型的引用指向子类对象。这样可以在运行时动态确定调用哪个类的方法，实现了多态的特性。

5. 接口实现：接口也可以继承其他接口，类可以实现接口，这种多继承的方式实现了接口的复用性和扩展性。

6. 继承现有的类库：Java中的许多类都是通过继承关系进行设计和实现的，开发者可以通过继承这些类来扩展其功能或定制特定的行为。

7. 维护和更新：通过继承，对于共性的部分只需要在父类中进行修改，就可以同时影响所有子类。这样大大简化了维护和更新的工作。

🍯2.语法 

   在了解它的语法之前我们先看这样一段代码：

//Dog
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
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~~~");
    }
}
//仔细观察以上代码

      观察以上代码可知：  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几新增加的成员即可。 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(后文讲)。

   此处我们运用继承的方法改写代码

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

🍺3.子类中访问父类的成员方法

🧊3.1.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。

🧃3.2. 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
    }
}

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（在类和对象有做详细介绍）
// 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()
    }
}

💡注意：只能在非静态方法中使用 

🥧3.调用父类的构造方法：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
// 很重要！！！！！！
        System.out.println("Derived()");
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Derived d = new Derived();
    }
}

//结果打印：
//    Base()
//    Derived()

💡 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 。

🍝4.2.super与this作比较

（详细请看同专栏 Java 类和对象）

 🍥4.3.继承关系下代码块的执行顺序

   我们可以通过以下代码验证在继承关系下代码块的执行顺序

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 Text {
    public static void main(String[] args) {
        Student student1 = new Student("zcy",19);
        System.out.println("===========================");
        Student student2 = new Student("zhaozihao",20);}

}

运行结果如下：

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

🍟5.继承的方式

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。

🍡6.继承与组合 

🥜6.1.组合

  组合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。形象而言：

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：汽车有发动机，轮胎

代码举例如下

// 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

🍅四.多态 

🫒1.定义及其作用 

定义：

      多态允许不同类的对象对同一消息作出不同的响应。在Java中，多态性通过方法重写和方法重载来实现。具体来说，当子类继承并重写父类的方法时，可以根据实际调用的对象来决定到底调用哪个版本的方法。通俗来说，就是多种形态，具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生出不同的状态

 作用：

1. 灵活性和可扩展性：通过多态机制，可以编写出更加灵活的代码，能够适应不同类型的对象，而不需要改变原有的代码结构。这使得程序更容易扩展和维护。

2. 代码复用：多态能够提高代码的复用性，因为父类的引用变量可以指向子类的对象，从而可以统一对待不同的子类对象，简化了代码的编写和维护。

3. 抽象设计：多态可以帮助进行抽象设计，将父类定义为抽象类或接口，然后由不同的子类来实现具体的行为。通过多态，可以以统一的方式处理各种不同类型的子类对象。

🍈2.多态实现条件

1.  必须在继承体系下
2. 子类必须要对父类中方法进行重写
3.  通过父类的引用调用重写的方法

public class Animal {
    String name;
    int age;
    public Animal(String name, int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public void eat(){
        System.out.println(name + "吃饭");
    }
}
public class Cat extends Animal{
    public Cat(String name, int age){
        super(name, age);
    }
    @Override
    public void eat(){
        System.out.println(name+"吃鱼~~~");
    }
}
public class Dog extends Animal {
    public Dog(String name, int age){
        super(name, age);
    }
    @Override
    public void eat(){
        System.out.println(name+"吃骨头~~~");
    }
}
///分割线//
public class TestAnimal {
    // 编译器在编译代码时，并不知道要调用Dog 还是 Cat 中eat的方法
    // 等程序运行起来后，形参a引用的具体对象确定后，才知道调用那个方法
    // 注意：此处的形参类型必须时父类类型才可以
    public static void eat(Animal a){
        a.eat();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat("元宝",2);
        Dog dog = new Dog("小七", 1);
        eat(cat);
        eat(dog);
    }
}
/*运行结果：
        元宝吃鱼~~~
        元宝正在睡觉
        小七吃骨头~~~
        小七正在睡觉*/

🥟3.2.重写与重载的区别

💡方法重载是一个类的多态性表现,而方法重写是子类与父类的一种多态性表现 

 🥡4.静态绑定 动态绑定

静态绑定：也称为前期绑定(早绑定)，即在编译时根据用户所传递实参类型就确定了具体调用那个方法。典型代表函数重载。

class A {
    void show() {
        System.out.println("A");
    }
}

class B extends A {
    void show() {
        System.out.println("B");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        A obj = new B();
        obj.show(); // 这里会调用B类的show方法，因为obj的实际类型是B
    }
}
/*运行结果：
      B   */

动态绑定：也称为后期绑定(晚绑定)，即在编译时，不能确定方法的行为，需要等到程序运行时，才能够确定具体调用那个类的方法。

class A {
    void show() {
        System.out.println("A");
    }
}

class B extends A {
    void show() {
        System.out.println("B");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        A obj;
        obj = new A();
        obj.show(); // 这里会调用A类的show方法
        obj = new B();
        obj.show(); // 这里会调用B类的show方法，因为obj的实际类型是B
    }
}
/*运行结果：
      A
      B 
           */

🍱5.向上转移 向下转型 

🍹5.1.向上转型

向上转型：实际就是创建一个子类对象，将其当成父类对象来使用。

语法格式：父类类型 对象名 = new 子类类型()

Animal animal = new Cat("元宝",2)

public class TestAnimal {
    // 2. 方法传参：形参为父类型引用，可以接收任意子类的对象
    public static void eatFood(Animal a){
        a.eat();
    }
    // 3. 作返回值：返回任意子类对象
    public static Animal buyAnimal(String var){
        if("狗".equals(var) ){
            return new Dog("狗狗",1);
        }else if("猫" .equals(var)){
            return new Cat("猫猫", 1);
        }else{
            return null;
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Animal cat = new Cat("元宝",2); // 1. 直接赋值：子类对象赋值给父类对象
        Dog dog = new Dog("小七", 1);
        eatFood(cat);
        eatFood(dog);
        Animal animal = buyAnimal("狗");
        animal.eat();
        animal = buyAnimal("猫");
        animal.eat();
    }
}

public class TestAnimal {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat("元宝",2);
        Dog dog = new Dog("小七", 1);
// 向上转型
        Animal animal = cat;
        animal.eat();
        animal = dog;
        animal.eat();
// 编译失败，编译时编译器将animal当成Animal对象处理
// 而Animal类中没有bark方法，因此编译失败
// animal.bark();
// 向上转型
// 程序可以通过编程，但运行时抛出异常---因为：animal实际指向的是狗
// 现在要强制还原为猫，无法正常还原，运行时抛出：ClassCastException
        cat = (Cat)animal;
        cat.mew();
// animal本来指向的就是狗，因此将animal还原为狗也是安全的
        dog = (Dog)animal;
        dog.bark();
    }
}

 💡 向下转型用的比较少，而且不安全，万一转换失败，运行时就会抛异常。Java 中为了提高向下转型的安全性，引入了 instanceof ，如果该表达式为 true ，则可以安全转换。如下代码所示：

public class TestAnimal {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat("元宝",2);
        Dog dog = new Dog("小七", 1);
// 向上转型
        Animal animal = cat;
        animal.eat();
        animal = dog;
        animal.eat();
        if(animal instanceof Cat){
            cat = (Cat)animal;
            cat.mew();
        }
        if(animal instanceof Dog){
            dog = (Dog)animal;
            dog.bark();
        }
    }
}

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