Java超详细讲解继承和多态的使用

继承和多态

学习继承、组合、多态

1、继承

1.1、继承概念

专门用来进行共性抽取，实现代码复用。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。

1.2、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

class Animal{
    public String name;
    public int age;
    public String sex;
    public void eat(){
        System.out.println(this.name+"cat::eat()!");
    }
    public void sleep(){
        System.out.println(this.name+"睡觉！");
    }
}
/**
 * 继承  其实就是对共性的抽取  从而达到了代码的复用
 */
class Cat extends Animal{
    public void mew(){
        System.out.println(this.name+"cat::mew()!");
    }
}
class Dog extends Animal{
    public void bark(){
        System.out.println("dog::bark()!");
    }
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat();
        cat.name = "咪咪";
        cat.sleep();
        cat.eat();
        cat.mew();
    }
}

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，尽量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

1.3、父类成员的访问

1.31、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
   }
}

1.32、子类和父类成员变量同名

class Base {
    public int a = 1;
    public int b = 2;
    public void method(){
        System.out.println("BASE::TEST()");
    }
}
class Derived extends Base{
    public int a = 3;
    public int d = 4;
    public void method2(){
        System.out.println("Derived::method2()");
    }
    public void test(){
        method2();
        method();
        /*System.out.println(a);//如果重名类  优先访问自己的
        System.out.println(super.a);//写代码的时候  让这个代码更已读
        System.out.println(this.b);
        System.out.println(d);*/
    }
}
public class TestDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Derived derived = new Derived();
        derived.test();
    }
}

1、如果访问的成员变量子类中有，访问自己的成员变量。

2、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。

3、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，即：子类将父类同名成员隐藏了。

4、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。

比如：你和你父亲各自有一款相同的手机，平时使用时你肯定优先用自己的，如果自己手机没电了，你才会考虑使用父亲的。

1.33、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。

1.34、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
   }
}

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；如果父类和子类同名方法的原型一致，则只能访问到子类的，父类的无法通过派生类对象直接访问到。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？

1.4、super关键字

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
    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methodB()，基类的无法访问到
        super.methodB(); // 访问基类的methodB()
   }
}

【注意事项】

1. 只能在非静态方法中使用

2. 在子类方法中，访问父类的成员变量和方法。

1.5、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。

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
       System.out.println("Derived()");
   }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Derived d = new Derived();
   }
}

结果打印：
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，此时编译器不会再给子类生成默认的构造方法，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

1.6、super和this

【相同点】

1. 都是Java中的关键字

2. 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

3. 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】

1. 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

2. 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

3. this是非静态成员方法的一个隐藏参数，super不是隐藏的参数

4. 成员方法中直接访问本类成员时，编译之后会将this还原，即本类非静态成员都是通过this来访问的；在子类中如果通过super访问父类成员，编译之后在字节码层面super实际是不存在的

5. 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

6. 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

1.7、初始化

class Person {
    public String name;
    public int age;
    public Person(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");
        }
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Person person1 = new Person("bit",10);
        System.out.println("============================");
        Person person2 = new Person("gaobo",20);
   }
}

执行结果：
静态代码块执行
实例代码块执行
构造方法执行
============================
实例代码块执行
构造方法执行

注意：

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，最后构造方法执行

继承关系上的执行顺序：

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

1.8、protected关键字

// 为了掩饰基类中不同访问权限在子类中的可见性，为了简单类B中就不设置成员方法了
// extend01包中
public class B {
    private int a;
    protected int b;
    public int c;
    int d;
}
// extend01包中
// 同一个包中的子类
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
   }
}
// extend02包中
// 不同包中的子类
public class C extends B {
    public void method(){
        // super.a = 10;     // 编译报错，父类中private成员在不同包子类中不可见
        super.b = 20;        // 父类中protected修饰的成员在不同包子类中可以直接访问
        super.c = 30;        // 父类中public修饰的成员在不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不同包子类中不能直接访问
   }
}
// extend02包中
// 不同包中的类
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成员在不同包其他类中不可见
        // 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他类中不能直接访问
   }
}

注意：父类中private成员变量随时在子类中不能直接访问，但是也继承到子类中了

1.9、继承方式

Java超详细讲解继承和多态的使用

1.10、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)

2. 修饰类：表示此类不能被继承

2、继承与组合

组合表示对象之间的关系

// 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
}

3、多态

3.1、多态概念

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。

3.2、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

3.3、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。

1. 子类在重写父类的方法时，一般必须与父类方法原型一致：修饰符返回值类型方法名(参数列表) 要完全一致

2. JDK7以后，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

3. 父类被static、private修饰的方法、构造方法都不能被重写。

子类和父类在同一个包中，那么子类可以重写父类所有方法，除了声明为 private 和 final 的方法。

4. 子类和父类不在同一个包中，那么子类只能够重写父类的声明为 public 和 protected 的非 final 方法。

5. 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.

重载与重写区别：

Java超详细讲解继承和多态的使用

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。

3.4、向上转型和向下转型

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()

【使用场景】

1. 直接赋值

2. 方法传参

3. 方法返回

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" == var){
            return new Dog("狗狗",1);
       }else if("猫" == 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();
   }
}

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。

Java超详细讲解继承和多态的使用

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。

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();
       }
   }
}

3.5、多态优缺点

【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

就晓得了什么叫 “圈复杂度” ?那么我们来对比一下

这是if-else分支语句:

public static void drawShapes() {
    Rect rect = new Rect();
    Cycle cycle = new Cycle();
    Flower flower = new Flower();
    String[] shapes = {"cycle", "rect", "cycle", "rect", "flower"};
    
    for (String shape : shapes) {
        if (shape.equals("cycle")) {
            cycle.draw();
       } else if (shape.equals("rect")) {
            rect.draw();
       } else if (shape.equals("flower")) {
            flower.draw();
       }
   }
}

如果使用使用多态:

public static void drawShapes() {
    // 我们创建了一个 Shape 对象的数组. 
    Shape[] shapes = {new Cycle(), new Rect(), new Cycle(), 
                      new Rect(), new Flower()};
    for (Shape shape : shapes) {
        shape.draw();
   }
}

2. 可扩展能力更强

如果要新增一种新的形状, 使用多态的方式代码改动成本也比较低.

class Triangle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("△");
   }
}

对于类的调用者来说(drawShapes方法), 只要创建一个新类的实例就可以了, 改动成本很低. 而对于不用多态的情况, 就要把drawShapes 中的 if – else 进行一定的修改, 改动成本更高.

多态缺陷：代码的运行效率降低。

3.6、避免在构造方法中调用重写的方法

我们创建两个类, B 是父类, D 是子类. D 中重写 func 方法. 并且在 B 的构造方法中调用 func

class B {
    public B() {
        // do nothing
        func();
   }
    public void func() {
        System.out.println("B.func()");
   }
}
class D extends B {
    private int num = 1;
    @Override
    public void func() {
        System.out.println("D.func() " + num);
   }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        D d = new D();
        }
}

执行结果
D.func() 0

1. 构造 D 对象的同时, 会调用 B 的构造方法.

2. B 的构造方法中调用了 func 方法, 此时会触发动态绑定, 会调用到 D 中的 func此时 D 对象自身还没有构造, 此时 num 处在未初始化的状态, 值为 0.

结论: “用尽量简单的方式使对象进入可工作状态”, 尽量不要在构造器中调用方法(如果这个方法被子类重写, 就会触发动态绑定,

但是此时子类对象还没构造完成), 可能会出现一些隐藏的但是又极难发现的问题.

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Java超详细讲解继承和多态的使用

目录

继承和多态

1、继承

1.1、继承概念

1.2、继承的语法

1.3、父类成员的访问

1.31、子类和父类不存在同名成员变量

1.32、子类和父类成员变量同名

1.33、成员方法名字不同

1.34、 成员方法名字相同

1.4、super关键字

1.5、子类构造方法

1.6、super和this

1.7、初始化

1.8、protected关键字

1.9、继承方式

1.10、final关键字

2、继承与组合

3、多态

3.1、多态概念

3.2、多态实现条件

3.3、重写

3.4、向上转型和向下转型

3.5、多态优缺点

3.6、避免在构造方法中调用重写的方法

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