继承和多态

继承

为什么要继承

在现实生活中，我们能发现一个现象房子和房子之间有着相同的特征，动物与动物之间也会有这相同的特征。这些特征都能很好被总结归纳下来，如：颜色，年龄，体重等。

通过代码，我们发现它们有相同的属性和方法，也有不同的属性和方法。
那么我们是否能够抽取共性的部分呢？面向对象思想中提出了一个继承的概念，专门用来进行共性的抽取，实现代码的重复利用。

继承的概念

继承机制；是现面向对象程序设计使代码可以重复使用的手段，它允许在原来保持原有类特征的基础上进行扩展，增加新的功能，这样产生新的类，称为派生类。继承主要解决的问题是：共性的抽取，实现代码复用。
例如：狗猫都是动物，那么我们就将共性的内容进行抽取，然后采取继承的思想来达到公用的目的。

Dog和Cat都继承了Animal类，其中：被继承的类叫做父类、基类、超类，继承父类的类叫做子类、超类。
从继承的概念中我们可以看出继承的最大的作用就是：实现代码的复用，还有实现多态（后面内容）。

继承的语法

在Java中如果要表示类之间的继承关系，我们使用extends关键字，具体如下：

修饰符 class 子类 extend 父类 {
//…
}
对上面场景用继承方法来重新设计。

//用继承重新设计
class Animal {
    String name;
    int age;

    public void sleep() {
        System.out.println(name + "正在睡觉~~~");
    }
}

class Dog extends Animal{
    public void eat() {
        System.out.println(name + "正在吃骨头~~~");
    }
}

class Cat extends Animal {
    public void eat() {
        System.out.println(name + "正在吃鱼~~~");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Animal a = new Animal();
        Dog dog = new Dog();
        Cat cat = new Cat();
        dog.sleep();
        cat.sleep();
    }
}
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【注意】

1. 子类会将父类中的成员白能量或者成员方法继承到子类中；
2. 子类继承父类后，要添加自己特有的成员，以体现出与父类的不同，否则没有必要（从设计的角度来说）

父类成员访问

在继承体系中，子类将父类的方法和字段继承下来，在子类中能否直接访问父类中继承下来的成员呢？

子类中访问父类的成员变量

1. 子类和父类不存在同名的成员变量
   //子类和父类不存在同名的成员变量

class Base {
    int a;
    int b;
}

class Derived extends Base {
    int c;
    
    public void method() {
        a = 20;//访问从父类继承下来的a
        b = 30;//访问从父类继承下来的b
        c = 40;//访问子类自己的C
    }
}
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2. 子类和父类成员变量重名

//子类和父类成员变量重名
class Base {
    int a;
    int b;
    int c;
}

class Derived extends Base {
    int a;  //子类与父类成员变量重名
    char b; //与父类成员变量重名，但类型不同；

    public void method() {
        a = 20;//访问的是父类的A，还是子类的A
        b = 30;//访问的是父类的B，还是子类的B
        c = 40;//访问地是父类的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没有，则访问从父类继承下来的变量；
• 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
  成员变量访问遵循就近原则，自己有优先自己的，如果没有则访问从父类继承下来的。

子类中访问父类的成员方法

1. 成员方法名不同，直接访问；
2. 成员方法名相同
   【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，找到访问；
• 通过派生类对象访问父类和子类同名方法时，如果子类和父类同名方法参数列表不同，则进行重载，根据调用方法传递的参数，选择不同的方法。
  问：如果子类和父类中存在相同的成员时，如何在子类中访问父类的成员变量？？？

super关键字

由于设计问题或者是场景需要，子类和父类可能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，我们应当怎么做呢？
java提供了super关键字，该关键字的作用：在子类方法中访问父类的成员。

//super关键字
class Base {
    int a;
    int b;

    public void methodA() {
        System.out.println("父类中的methodA()");
    }
    public void methodB() {
        System.out.println("父类中的methodB()");
    }
}

class Derived extends Base {
    int a;//与父类成员变量重名
    char b;//与父类成员方法重名

    //与父类成员方法形成重载关系
    public void methodA(int a) {
        System.out.println("子类中的methodA");
    }
    //与基类中的方法形成重写关系
    public void methodB() {
        System.out.println("子类中的methodB");
    }
    public void methodC() {
        //对于同名的成员变量，直接访问时，访问的是子类的
        a = 100;
        b = 200;
        //访问父类的成员变量
        super.a = 300;
        super.b = 400;
        //子类和父类方法methodB形成重写的关系
        methodB();
        super.methodB();
    }
}
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【注意事项】

1. 只能在非静态方法中使用（静态方法是储存在静态区的，静态区会随着类的加载而一起加载到内存中，此时没有产生实例化的对象，this表示当前对象，super表示父类的对象，连对象都没有，所以super 不能出现在静态方法中）
2. 在子类方法中，发访问父类成员变量和方法

子类构造方法

子类对象构造时，需要先调用基类构造方法，然后才执行子类构造方法。

//子类构造方法
class Base {
    public Base() {
        System.out.println("调用了父类的构造方法~~~");
    }
}
class Derived extends Base {
    public Derived() {
        //super();//注意子类构造方法中默认会调用父类不带参数的构方法
        //用户没有写时，编译器也会自动加上，而且super()必须是子类构造方法中第一条语句，
        //并且只能出现出现一次
        System.out.println("父类的构造方法");
    }
}
class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Derived d1 = new Derived();
        Derived d2 = new Derived();
        Derived d3 = new Derived();
    }
}
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在子类构造方法中，并没有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：子类对象中的成员是由两部分组成的，基类继承下来的以及子类新增的。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，然后在调用子类的构造方法。
【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super()调用；
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先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(…)必须是子类构造方法第一条语句；
4. super(…)在子类构造方法中只能出现一次，不能多次调用，并且不能与this（…）同时出现。

super和this

super和this都可以在成员方法用来访问：成员方法和调用其他的成员函数，都可以用作函数构造方法的第一条语句，那么它们有什么区别呢？
【相同点】

1. 只能在类的非静态方法中使用，用来访问非静态方法和字段；
2. 在构造方法中调用时，必须是构造方法中的第一条语句，并且不能同时出现。
   【不同点】
3. 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
4. 在非静态方法中，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，两种调用不能同时出现在构造方法中；
5. 构造方法中一定会出现super(…)的调用，用户没有写，编译器会自己调用。

再谈初始化

我们简单回顾一下几个重要的代码块，在没有继承关系的前提下：

1. 先执行静态代码块，并且只会执行一次，因为静态代码块是在类加载的时候执行的；
2. 再执行实例代码块，因为实例代码块是在创建对象前被执行的。然后才会执行构造方法。
   【继承顺序关系上的执行顺序】

//在继承的关系上，各代码块的执行顺序
class Person {
    public String name;
    public int age;
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        System.out.println("父类构造方法~~~");
    }

    {
        System.out.println("父类实例代码块~~~");
    }
    static {
        System.out.println("父类静态代码块~~~");
    }
}

class Student extends Person {
    public Student(String name, int age) {
        super(name, age);
        System.out.println("子类构造方法~~~");
    }

    {
        System.out.println("子类实例代码块~~~");
    }
    static {
        System.out.println("子类静态代码块~~~");
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("小明", 11);
        System.out.println("=================");
        Student s2 = new Student("小红", 12);
    }
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【结论】

1. 父类静态代码块优于子类静态代码块，且最早执行；（因为静态代码块是随着类的加载而执行，且先有父，后有子）
2. 父类实例代码块和父类实例代码块紧接着执行；
3. 子类实例代码块和父类实例代码块被执行；
4. 第二次实例化子类对象时，静态代买快不会被执行。（因为静态代码块只随着类的加载而被执行。）

protected关键字

在类和对象章节中，为了实现封装，Java引入了访问限定符，主要限制：类或者类中成员变量能否在类外或者其他包中被访问。

父类中不同的访问权限的成员，在子类中的可见性又是怎么样的呢？
com.bite.extend01包中
B.java文件

package com.bite.extend01;

public class B {
    private int a;
    protected int b;
    public int c;
    int d;
}
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D.java文件

package com.bite.extend01;

public class D extends B {
    public 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 = 20;   //父类中protected成员在相同包 子类中可以直接访问
        super.c = 30;   //父类中public成员在相同包 子类中可以直接访问
        super.d = 40;   //父类中默认访问权限修饰的成员在相同包 子类中可以直接访问
    }
}
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com.bite.extend02包中
C.java文件

package com.bite.extend02;


import com.bite.extend01.B;

public class C extends B{
    public void method() {
        //super.a = 10; //编译报错，父类中的private成员在不同包 子类中不可见
        super.b = 20;   //父类中的protected修饰的成员变量在不同的包 子类中可以直接访问
        super.c = 30;   //父类中public修饰的成员变量在不同包 子类中可以直接访问
        //super.d = 40; //父类中默认的访问权限修饰的成员在不同包 子类中不能直接被访问
    }
}
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TestC.java文件

package com.bite.extend02;

public class TestC {
    public static void main(String[] args) {
        C c = new C();
        c.method();
        //System.out.println(c.a);  //编译报错，父类中private成员在不同包 其它类中不可见
        //System.out.println(c.b);  //父类中protected成员在不同包其他类中不能直接访问
        System.out.println(c.c);    //父类中public成员在不同包其他类中可以直接被访问
        //System.out.println(c.d);  //父类中默认访问权限修饰的成员在不同包其它类中不能直接访问
    }
}
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以上代码完整的解释了下面这张图的意思。

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，只要暴漏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使用比较严格的访问权限，能用provate，尽量就不要用public;
另外，还有一种简单粗暴的方法，将所有的字段设为private,将所有的方法设为public.这种方法属于是对访问权限的滥用，希望大家认真思考，到底应当使用哪种访问权限。

继承方式

在现实生活中，事物之间的关系是复杂的，包含着多层的继承关系，比如：

但是Java中只支持以下几种继承关系

【注意】Java中不支持一个类继承多个父类（多继承不支持）

我们在实际应用中可能遇到的继承关系相当复杂，但是我们一般不希望出现超过三层的继承关系。

final关键字

final关键可以用来修饰成员变量、成员方法以及类

1. 修饰变量或字段，表示常量（不能被修改）

final int a = 10;
//a = 20;//这是不被允许的

2. 修饰类：表示该类不能被继承

final public class Animal{
//…
}
//public class Bird extends Aninmal //这是不被允许的

3. 修饰方法：表示该方法不能被重写（后续的知识）

继承与组合

和继承相似，组合也是一种表达类之间的关系方式，也是能达到代码的重用的效果。组合并没有设计到什么特殊的语法（没有关键字），仅仅是将一个类的实例作为另一个类的字段。
继承和表达对象之间是is-a的关系，比如：狗是动物，猫是动物。
***组合表示对象之间has-a的关系，比如：棋盘上有个棋子等。

//组合
//汽车上有轮胎、发动机、方向盘等
//轮胎类
class Tire {
    //.....
}
//发动机
class Engine{
    //.....
}
class Car{
    private Tire tire;
    private Engine engine;
    
    //.....
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两者都能实现代码的重复利用，根据应用场景来选择，一般建议：能使用组合尽量使用组合。

多态

多态的概念

多态：具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成是会产生不同的状态。

多态的实现条件

在Java中要实现多态，必须满足如下几个条件，缺一不可：
1. 必须在继承的体系上；
2. 子类必须对父类中的方法进行重写；
3. 通过父类的引用调用重写的方法。

//多态的实现条件
class Animal{
    String name;
    int age;

    public Animal(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    //方法必须要重写
    public void eat() {
        System.out.println(name + "正在吃饭~~~");
    }
}
//要有继承关系
class Dog extends Animal {
    public Dog(String name, int age) {
        super(name, age);
    }
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(name + "吃骨头~~~");
    }
}
//要有继承关系
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 Test {
    public static void allEat(Animal animal) {
        animal.eat();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog("中华田园犬", 5);
        Cat cat = new Cat("小喵", 3);
        allEat(dog);
        allEat(cat);
    }
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多态体现：在代码运行时，当传递不同类对象时，会调用对应类中不同的方法。
当类的调用者在编写eat这个方法的时候，参数类型为Animal(父类），此时在该方法内部并不知道，也不关注当前的animal引用指向的是哪个类型的实例。此时animal这个引用调用eat方法可能会有很多种不同的表现，这种行为称为多态。

重写

重写（override）:也称覆盖，***重写是子类对父类非静态、非private修饰、非构造方法等的实现过程进行重写，返回值和形参都不改变。即外壳不变，核心重写！***重写的好处在于子类更够根据需要实现父类的方法。
【方法重写的规则】

• 子类中重写父类的方法时，必须与父类方法原型一致（返回值、方法名、参数列表都要一致）；
• 类之间必须具有父子类关系；
• 访问权限不能比父类中被重写的方法的访问权限更低。
• 父类被static\private修饰的方法，构造方法都不能被重写；
• 重写的方法，可以用@Override来显式指定，编译器会自己检查。

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。
静态绑定：也称前期绑定（早绑定），即编译时，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：也称后期绑定（晚绑定），即编译时，不能确定方法的行为，需要等到程序运行时，才能确定具体第哦啊用那个类的方法。

向上转型和向下转型

向上转型

向上转型：实际就是创建一个子类对象，将其当作父类对象来使用。
语法格式：

父类类型 对象名 = new 子类类型（）；
【使用场景】

1. 直接赋值
2. 方法传参
3. 方法返回

public class Test {
    //3.作为返回值：返回任意子类的对象
    public static Animal buyAnimal(String var){
        if("狗".equals(var)) {
            return new Dog("gougou", 1);
        }
        return new Cat("maomao", 2);
    }
    
    public static void allEat(Animal animal) {
        animal.eat();
    }

    public static void main(String[] args) {
        //1.直接赋值：子类对象赋值给父类对象
        Animal dog = new Dog("中华田园犬", 5);
        Animal cat = new Cat("小喵", 3);
        //2.方法传参：形参为父类型引用，可以接受任何子类的对象
        allEat(dog);
        allEat(cat);
    }
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向上转型的优点：让代码实现更加简单灵活；
向上转型的缺陷：不能调用到子类特有的方法。

向下转型

将一个子类对象经过向上转型后称为父类方法使用，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：将父类引用再还原成为子类对象即可，即向下转换。

想下转型用的较少，且不安全，万一转换失败，运行时就会抛出异常。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,则可以安全转型。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat("招财猫", 1);
        Dog dog = new Dog("中华田园犬", 1);
        //向上转型
        Animal animal = cat;
        animal.eat();
        animal = dog;
        animal.eat();
        System.out.println("============");
        //向下转型
        if (animal instanceof Cat) {
            cat = (Cat)animal;
            cat.eat();
        }
        if(animal instanceof Dog) {
            dog = (Dog)animal;
            dog.eat();
        }
    }
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【结果分析】
我们注意到最后 animal = dog ,animal 是 Dog类型对象的向上转型，
让animal向下转型成Cat类型是false,向下转型为Dog类型是true，所最后只打印了”中华田园犬吃骨头~~~“字样。

多态的优缺点

【使用多态的优点】

1. 能降低代码的”圈复杂度“，避免使用大量的 if-else
2. 可拓展能力强

如果要新增一种新的形状，使用多态的方法代码改动成本较低
对于类的调用者来说，只要创建一个新的实例了。

多态缺陷：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，通过父类的引用，只能引用父类自己的成员变量。
   2.构造方法没有多态

避免构造方法中调用重写的方法

我们看下面一段代码,问调用的父类func方法，还是子类func方法

//避免再构造方法中调用重写的方法
class B{
    public B() {
        func();
    }
    public void func() {
        System.out.println("B.func");
    }
}
class D extends B{
    private int num = 1;
    public void func() {
        System.out.println("D.func");
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        D d = new D();
    }
}
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• B的钩爪方法中调用了func方法，此时会触发，动态绑定，会调用D中的func方法
• 此时D队形自身还未构造，此时num还处在未初始化的状态，值为0，如果触发多态，值应当是1
• 构造方法中，尽量避免使用实例方法，除了final和private方法。