8 - 复习总结java中的继承与多态

1. 继承

1.1 为什么需要继承

先看一个例子:
比如猫和狗都是动物，都可以用一个类来描述。


使用java语言来描述：

class Cat{
    String name;
    int age;
    float wight;
    public void bark(){
        System.out.println(name+"汪汪汪叫");
    }
    public void eat(){
        System.out.println(name+"吃饭");
    }
    public void sleep(){
        System.out.println(name+"睡觉");
    }
}
class Dog{
    String name;
    int age;
    float wight;
    public void eat(){
        System.out.println(name+"吃饭");
    }
    public void sleep(){
        System.out.println(name+"睡觉");
    }
    public void mew(){
        System.out.println(name+"喵喵喵叫");
    }
}
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通过观察上述代码会发现，猫和狗的类中存在大量重复，它们类中的成员变量以及部分成员方法都是重复的。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。

1.2 继承概念

继承机制：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。
例如上面的猫和狗的例子，我们把他的共性内容进行抽取，然后用继承的思想来达到共用。

从上图很清晰的能看到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，子类可以调用父类中成员与方法，子类在实现时只需关心自己新增加的成员即可。

1.3 继承语法

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 {
// ...
}
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对猫和狗的例子使用继承方式重新设计：

class Animal {
    String name;
    int age;
    float wight;
    public void eat() {
        System.out.println(name + "吃饭");
    }
    public void sleep() {
        System.out.println(name + "睡觉");
    }
}
class Cat extends Animal {
    public void mew() {
        System.out.println(name + "喵喵喵叫" );
    }
}
class Dog extends Animal {
    public void bark() {
        System.out.println(name + "汪汪汪叫");
    }
}
public class test {
    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();
//bark是Dog类自己的
        dog.bark();
    }
}
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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

1.4 父类成员访问

1. 子类中访问父类的成员变量

1.1 子类和父类不存在同名成员变量

class A{
    int a;
    int b;
}
class B extends A{
int c;
public void func(){
     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=66; //访问子类自己的c
}
}
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1.2 子类和父类成员变量同名

class A{
    int a;
    int b;
    int c;
}
class B extends A {
    int a;  // 与父类中成员a同名，且类型相同
    char b;  // 与父类中成员a同名，但类型不同
   public void func(){
        a=66;   // 访问父类继承的a，还是子类自己新增的a？
        b=77;   // 访问父类继承的b，还是子类自己新增的b?
        c=88;   // 子类没有c，访问的肯定是从父类继承下来的c
   }
}
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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。

2. 子类中访问父类的成员方法

2.1 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()
}
}
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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。

2.2 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
}
}
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注意

• 通过子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，根据调用方法传递的参数选择合适的方法访问，如果没有则报错。

1.5 super关键字

子类和父类中可能会存在相同名称的成员，如何在子类方法中访问父类同名成员，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。

class A{
int a=10;
int b=20;
public void aVoid(){
    System.out.println("A666666");
}
}
class B extends  A{
    int a=100;// 与父类中成员变量同名且类型相同
    char b=200;// 与父类中成员变量同名但类型不同
    public void aVoid(){
        System.out.println("B666666");
    }
    public void show(){
        System.out.println(a);// 对于同名的成员变量，直接访问时，访问的都是子类的
        System.out.println(b);
        System.out.println(super.a);// super是获取到子类对象中从基类继承下来的部分
        System.out.println(super.b);
        super.aVoid();  // 访问基类的aVoid方法
    }
}
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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。

注意

• 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。

1.6 子类构造方法

父子父子，先有父再有子，即：子类对象构造时，需要先调用父类构造方法，然后执行子类的构造方法。

class A {
    public A() {
        System.out.println("A的构造器");
    }
}
class B extends A {
    public B() {
        // 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("B的构造器");
    }
}
class test {
    public static void main(String[] args) {
        B b = new B();
    }
}
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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

1.7 supre和this

😏 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默认增加，但是this(…)用户不写则没有
  
  图片加描述复习效果翻倍😁

1.8 初始化

复习静态代码块与实例代码块的执行顺序

非继承关系

class A{
    public A() {
        System.out.println("构造方法");
    }
    static {
        System.out.println("静态代码块");
    }
    {
        System.out.println("实例代码块");
    }
}
public class test {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println("========================");
        new A();
    }
}
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通过执行结果我们发现

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，最后执行构造方法

继承关系

class A{
    public A() {
        System.out.println("A的构造方法");
    }
    static {
        System.out.println("A的静态代码块");
    }
    {
        System.out.println("A的实例代码块");
    }
}
class B extends A{
    public B() {
        System.out.println("B的构造方法");
    }
    static {
        System.out.println("B的静态代码块");
    }
    {
        System.out.println("B的实例代码块");
    }
}
public class test {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new B();
        System.out.println("========================");
        new B();
    }
}
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根据结果我们发现执行顺序为：

1.父类静态方法
2.子例静态方法
3.父类的实例方法
4.父类的构造方法
5.子类的实类方法
6.子例的构造方法

总结

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

1.9 protected关键字

public class A {// extend01包中
    private int a;
    int b;
    protected int c;
    public int d;
}
// extend01包中
// 同一个包中的子类
class B extends A{
    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=10;
        super.c=20;
        super.d=30;
    }
}
// extend02包中
// 不同包中的子类
class C extends A{
void method(){
    //super.b=20;// 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
    super.c=30;
    super.d=40;
}
}
// extend02包中
// 不同包中的类
public class test6 {
    public static void main(String[] args) {
        C c = new C();
        //c.c=50;// 父类中protected成员在不同包其他类中不能直接访问
        c.d=66;
    }
}
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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。
什么时候该用哪一种呢？

• 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.

1.10 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,例如:

java中只支持以下继承:

• 单继承,一个子类只能有一个直接父类.

• 多层继承,即子类继承自己的父类,还可以被自己的子类所继承.

• 不同类继承同一个父类.
  注意：Java中不支持多继承.
  建议：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.

1.11 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
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2. 修饰类：表示此类不能被继承

final class Q{
}
class W extends Q{// 编译出错
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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

class A{
public final void func(){
    System.out.println("66666");
}
}
class B extends A{
    //public void func(){}编译出错
}
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1.12 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
  

// 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
}
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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。
建议在同样可行的情况下，优先使用组合而不是继承。
因为组合更安全，更简单，更灵活，更高效。

2. 多态

2.1 多态概念

多态字面理解就是多种状态，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。

总的来说：同一件事情，发生在不同对象身上，就会产生不同的结果。

2.2 多态实现条件

在java中要实现多态，必须要满足如下几个条件，缺一不可：

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
   多态体现：在代码运行时，当传递不同类对象时，会调用对应类中的方法

class per{
    String name;
    int age;
    public per(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public void eat(){
        System.out.println(name+"吃饭");
    }
}
class stu extends per{
    public stu(String name, int age) {
        super(name, age);
    }
    @Override
    public void eat(){
        System.out.println(name+"吃学生餐");
    }
}
class tea extends per{
    public tea(String name, int age) {
        super(name, age);
    }
    @Override
    public void eat(){
        System.out.println(name+"吃教师餐");
    }
}
public class test8 {
    // 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 test(per a) {
        a.eat();
    }
    public static void main(String[] args) {
        stu stu1 = new stu("张三",99);
        tea tea1 = new tea("韩顺平老师",44);
        test(stu1);
        test(tea1);
    }
}
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在上述代码中, 公共类上方的代码是类的实现者编写的, 公共类下方的代码是类的调用者编写的.
当类的调用者在编写 eat 这个方法的时候, 参数类型为 per(父类), 此时在该方法内部并不知道, 也不关注当前的a 引用指向的是哪个类型(哪个子类)的实例. 此时 a这个引用调用 eat方法可能会有多种不同的表现(和 a 引用的实例相关), 这种行为就称为多态.

2.3 重写

重写(override)：也称为覆盖。重写是子类对父类非静态、非private修饰，非final修饰，非构造方法等的实现过程进行重新编写, 返回值和形参都不能改变。即外壳不变，核心重写！重写的好处在于子类可以根据需要，定义特定于自己的行为。 也就是说子类能够根据需要实现父类的方法。
⚽【重写规则】

• 子类在重写父类的方法时，一般必须与父类方法原型一致： 方法名 (参数列表) 要完全一致
• 被重写的方法返回值类型可以不同，但是必须是具有父子关系的。
• 访问权限不能比父类中被重写的方法的访问权限更低。例如：如果父类方法被public修饰，则子类中重写该方法就不能声明为 protected。
• 父类中被static、private修饰的方法不能被重写。
• 重写的方法, 可以使用 @Override 注解来显式指定. 有了这个注解能帮我们进行一些合法性校验. 例如不小心将方法名字拼写错了 (比如eat写成 aet), 那么此时编译器就会发现父类中没有 aet 方法, 就会编译报错, 提示无法构成重写。
  ⚽重写与重载的区别

区别 ------------------- -----------------重写-------------------- -------------重载------------

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
【重写的设计原则】
对于已经投入使用的类，尽量不要进行修改。最好的方式是：重新定义一个新的类，来重复利用其中共性的内容，并且添加或者改动新的内容。

例如：若干年前的手机，只能打电话，发短信，来电显示只能显示号码，而今天的手机在来电显示的时候，不仅仅可以显示号码，还可以显示头像，地区等。在这个过程当中，我们不应该在原来老的类上进行修改，因为原来的类，可能还在有用户使用，正确做法是：新建一个新手机的类，对来电显示这个方法重写就好了，这样就达到了我们当今的需求了。

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。
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。

2.4 向上转型与向下转型

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("狗剩",2);
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animal是父类类型，但可以引用一个子类对象，因为是从小范围向大范围的转换。

public class test {
    // 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 func(animal qq){
        qq.eat();
    }
    // 3. 作返回值：返回任意子类对象
    public static animal func1(String ww){
        if("狗".equals(ww)){
            return new animal("狗狗",1);
        }else if("猫".equals(ww)){
            return new animal("猫猫",1);
        }else
            return null;
    }
    public static void main(String[] args) {
animal  a1=new cat("小猪",18);// 1. 直接赋值：子类对象赋值给父类对象
dog  b1=new dog("小六",6);
func(a1);
func(b1);
animal w1=func1("狗");
w1.eat();
w1=func1("猫");
w1.eat();
    }
}
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");
    }
}
class cat extends animal{
    public cat(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(name+"吃鱼");
    }
}
class dog extends animal{
    public dog(String name, int age) {
        super(name, age);
    }
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(name+"吃骨头");
    }
}
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向上转型的优点：让代码实现更简单灵活。
向上转型的缺陷：不能调用到子类特有的方法。

2. 向下转型

将一个子类对象经过向上转型之后当成父类方法使用，再无法调用子类的方法，但有时候可能需要调用子类特有的方法，此时：将父类引用再还原为子类对象即可，即向下转换。

// 编译失败，编译时编译器将a当成Animal对象处理
        // 向上转型
        // 程序可以通过编程，但运行时抛出异常---因为：a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
        animal a=new dog("小猪",6);
        cat cat1=new cat("小猫",9);
        cat1=(cat)a;
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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。

animal a=new dog("小猪",6);
        if(a instanceof cat){  //显然表达式为false，不能进行转换
        cat cat1=new cat("小猫",9);
        cat1=(cat)a;}
        
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2.5 多态的优缺点

【使用多态的好处】

1. 能够降低代码的 “圈复杂度”, 避免使用大量的 if - else
2. 可扩展能力更强

【多态缺陷】

1. 代码的运行效率降低

1. 属性没有多态性
   当父类和子类都有同名属性的时候，通过父类引用，只能引用父类自己的成员属性
2. 构造方法没有多态性