（java）继承和多态 （详解）

目录

1 继承

1.1为什么需要继承

1.2 继承概念

1.3 继承的语法

1.4 父类成员访问 

1.4.1 子类中访问父类的成员变量

1.4.2 子类中访问父类的成员方法 

 1.5 super关键字

1.6 子类构造方法

1.7 super和this

1.7.1 this

1.7.2 super和this 

1.8 再谈初始化

1.9 继承方式

1.10 继承与组合

2 多态

2.1 多态的概念

2.2 多态实现条件

2.3 重写

2.4 向上转移和向下转型

2.4.1 向上转型

2.4.2 向下转型

2.5 多态的优缺点

2.6 避免在构造方法中调用重写的方法

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

 那我们在对猫和狗的各种动作进行描述时，利用Java,就会设计出这样的代码

发现了吗，这里面有很多重复的地方 

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。（共性的抽取，达到代码的复用）

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：上面的代码，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

图解：

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

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{

}

实操 ：（将上面的代码用继承方法重新设计）

上面的代码： 

重新设计的： 

然后我们测试一下 ：

运行： 

注意：1.没有赋值的话，默认放null或0

2.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
3. 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，那在子类中如何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

 2. 子类和父类成员变量同名

总结：由上诉可知 

• 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（与类型无关，同名都先访问自己），则优先访问自己的

1.4.2 子类中访问父类的成员方法 

1. 成员方法名字不同 

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
 

 总结：

• 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(重载)，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

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，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方法");
    }
    public void methodB() {
        System.out.println("Base中的methodB方法");
    }
}
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
    //与父类中的methodA构成重载
    public void methodA(int a){
        System.out.println("Derived中的methodA方法");
    }
    //与父类中的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 = 10;//相当于 this.a = 10
        b = '1';//相当于 this.b = '1'
        
        // 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 = 3;
        super.b = 4;
        // 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()
    }
}

简单来说就是，想要明确访问父类中的成员，要使用 super 关键字 

 注意：

• super只能在非静态方法中使用
• super是在子类方法中，访问父类的成员变量和方法。 

ps：那super和this的区别是什么？ 

• this可以访问父类，也可以访问子类
• this优先访问子类（有同名时）
• super只能访问从父类继承下来的成员变量
• 当前类使用了super,那当前类一定是子类

1.6 子类构造方法

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。

• 当子类继承了父类之后，一定要先帮助父类构造他的构造方法，然后再构造子类自己的构造方法（因为子类对象中成员是有两部分组成的，父类继承下来的以及子类新增加的部分）
• 父类的构造方法只能在子类中调用

代码演示： 

初学小贴士：构造方法不需要通过d.来访问，只要实例化对象就行 😀

                    （当调用完相应的构造方法之后，实例化对象才产生，也就是说你创建对象的时候即使不写构造方法,也会有一个默认的空构造方法）

注意：

• 子类构造方法中默认会调用父类的无参构造方法：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,并且不能和this（）同时出现
• 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。

代码演示：

父类的构造方法有参数，子类没有，编译失败，如何做看下面吧

 在调用构造方法时，super(..)与this（）不能同时出现，因为他们俩都只能在第一行

1.7 super和this

1.7.1 this

再说super和this之前我先来介绍一下this 

1. this引用 用在形参名不小心与成员变量名相同时

那函数体中到底是谁给谁赋值？形参给成员变量？还是成员变量给形参？傻傻分不清楚😵😵😵

看看这样会打印出什么？

这不是我们想要的，这时候就要用this了，

我们可以使用"this.属性"或"this.方法"的方式，调用当前正在运行的对象属性或方法。

如果方法的形参和类的属性同名时，我们必须显式的使用"this.变量"的方式，表明此变量是属性（类中的属性），而非形参。

 总结：

• this表示当前对象的引用，不能再引用其他对象（成员方法运行时调用该成员方法的对象）
• this只能使用在非静态方法（又称实例方法，或成员方法）中。谁调用这个实例方法，this就是谁。所以this代表的是：当前对象。
• this不能在静态方法中使用， 因为this代表当前对象，静态方法中不存在当前对象。  

ps:静态方法静态方法属于类，可以在实例化之前被类直接调用

   2.可以通过this调用其他构造方法来简化代码 （语法this();）

• this()；调用当前类当中的其他构造方法（看匹配到那个，就调用那个）
• 只能在当前的构造方法内部来使用
• 只能在第一行 

1.7.2 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的方法和字段
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(...)用于调用本类中的其他构造方法，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

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

Java中只支持以下几种继承方式：

1.单继承	public class A{ } public class B extends A{ }
2.多层继承	public class A{ } public class B extends A{ } public class C extends B{ }
3.不同类继承同一个类	public class A{ } public class B extends A{ } public class C extends A{ }

注意：

• Java中不支持多继承。(public class A{ }   public class B{ } public class C extends A,B )
•  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 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

ps:  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

2 多态  

2.1 多态的概念

多态的概念：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

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。

2.3 重写

重写：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,名字也要相同。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。

 方法重写的规则：

• 子类在重写父类的方法时，一般必须与父类方法原型一致： 返回值类型 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。（private < 默认权限 < protected < public）
• 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.

重写重载区别 ：

2.4 向上转移和向下转型

2.4.1 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。

当向上转型，在运行时，会遗忘子类对象中与父类对象中不同的方法。也会覆盖掉与父类中相同的方法（重写）。（向上转型，无法访问子类特有的成员）
所以向上转型时,可以调用的方法就是，父类中有的，但是子类中没有的方法，和子类中的重写父类的方法

1. 直接赋值 

2. 方法传参

3. 方法返回

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。

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

在编译的时候确实认为应该调用Animal的eat方法。但是运行的时候发现，子类重写父类的这个
eat方法，所以会直接调用子类 

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。

2.4.2 向下转型

向下转型，可以调用子类的所有成员。

我们看下面的代码报错了，因为这样调用的是父类的fly()方法，但是父类中有没有fly()方法，当然报错（上面的可以调用子类中的eat()方法，是因为父类中本来就有eat（）方法，但是子类中又重写了eat方法，调用时发生了动态绑定，所以调用了子类的方法） 

此时就利用了向下转型，但是不安全 

 你往下看

报了一个错误： Dog cannot be cast to Bird

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，是这样用的，如下：
 

2.5 多态的优缺点

比如我们想打印【"●", "♦", "●", "♦", "❀"】， 那我们利用多态思想就会写出这样的代码

public class Shape {
    public void draw() {
        System.out.println("画图形！");
    }
}
class Rect extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.print("♦ ");
    }
}
class Cycle extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.print("● ");
    }
}
class Flower extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.print("❀ ");
    }
}

利用多态 ：（动态绑定，向上转型）

public class Test {
    public static void drawMap(Shape shape){
        shape.draw();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Cycle cycle = new Cycle();
        Rect rect = new Rect();
        Flower flower = new Flower();
        Shape[] shapes = {cycle, rect, cycle, rect, flower};
        for(int i = 0; i < shapes.length; i++){
           drawMap(shapes[i]);
        }
    }

}

如果没有多态就会这样：（很多if else 语句）

public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        Cycle cycle = new Cycle();
        Rect rect = new Rect();
        Flower flower = new Flower();
        String[] shape = {"cycle", "rect", "cycle", "rect", "flower"};
        for(int i = 0; i < shape.length; i++){
            if (shape[i].equals("cycle")) {
                cycle.draw();
            } else if (shape[i].equals("rect")) {
                rect.draw();
            } else if (shape[i].equals("flower")) {
                flower.draw();
            }
        }
    }
}

总结

多态优点：

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
    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

 多态缺陷：代码的运行效率降低

2.6 避免在构造方法中调用重写的方法

一段有坑的代码. 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（）

public class B {
    public B() {
        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();
    }
}

 运行结果：

是0，可是我们的num明明被初始化赋值成了1 ，因为此时D这个对象还没有构造完成

 
所以在构造函数内，尽量避免使用实例方法，除了final和private方法。
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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