【Java】继承
1.继承
1.1 为什么需要继承
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
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,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 。
1.2 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。
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 ( 后序讲 )
1.3 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 1.2 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(name + "正在吃饭");
}
public void sleep(){
System.out.println(name + "正在睡觉");
}
}
// Dog.java
public class Dog extends Animal{
void bark(){
System.out.println(name + "汪汪汪~~~");
}
}// Cat.Java
public class Cat extends Animal{
void mew(){
System.out.println(name + "喵喵喵~~~");
}
}
// TestExtend.java
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();
}
}
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
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 ?
1.4.1 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
}
}
2. 子类和父类成员变量同名
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()
}
}
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 。
1.4.2 子类中访问父类的成员方法
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。
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
}
}
【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;
1.5 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 。
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
// 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()
}
}
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 。
super 的其他用法在后文中介绍。
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 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 】
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. 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
4. 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
1.8 再谈初始化
我们还记得之前讲过的代码块吗?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。在没有继承关系时的执行顺序。
class Person {
public String name;
public int age;
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
System.out.println("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
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 】
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 TestDemo4 {
public static void main(String[] args) {
Student student1 = new Student("张三",19);
System.out.println("===========================");
Student student2 = new Student("gaobo",20);
}
public static void main1(String[] args) {
Person person1 = new Person("bit",10);
System.out.println("============================");
Person person2 = new Person("gaobo",20);
}
}
执行结果:
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
1.9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,比如:
但在 Java 中只支持以下几种继承方式:
1.单继承: B继承A(B->A)
2.多层继承:C继承B,B继承A(C->B->A)
3.不同类继承同一个类:B继承A,C也继承A(B->A<-C)
4. 注意: Java 中 不支持 多继承,C继承B的同时也继承A(C->B,C->A)
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
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 )
final int a = 10;
a = 20; // 编译出错
2.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:(3, 27) java: 无法从最终com.bit.Animal进行继承
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 ( 后序介绍 )
1.10 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。