【Java SE】8.1继承和多态

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

1.8再谈初始化

1.9 protected关键字

1.10继承方式

1.11 final关键字

1.12继承与组合

1.继承

1.1为什么需要继承

Java中使用类对现实世界进行描述，类经过实例化之后的产物对象，则可以通过用来表示现实中的实体，但是现实世界错综复杂，事物之间会有一些关联，那在设计程序就需要考虑。

比如：猫和狗，它们都是一个动物。

使用Java语言进行描述，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~~~");
}
}

通过观察代码就会发现，猫和狗的类中存在大量重复，那么能否将这些共性进行抽取呢？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，这样产生的类，成为派生类。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：共性的抽取，实现代码的复用。

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达到共用。

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的成员，子类在实现时只需关心自己新加的成员即可。

1.3继承的语法

在Java中如果要表示类之间的关系，需要借助extends关键字，具体如下：

修饰符 class 子类 extends 父类 {
// ... 
}

对1.2中的场景重新设计：

// 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：】

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。
子类继承父类之后，必须要重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，那么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 {
int a;
int b;
int c;
}
/
public class Derived extends Base{
int a; // 与父类中成员a同名，且类型相同
char b; // 与父类中成员b同名，但类型不同
public void method(){
a = 100; // 访问父类继承的a，还是子类自己新增的a？
b = 101; // 访问父类继承的b，还是子类自己新增的b?
c = 102; // 子类没有c，访问的肯定是从父类继承下来的c
// d = 103; // 编译失败，因为父类和子类都没有定义成员变量b
}
}

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和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的方法的参数列表不同（重载），根据调用方法使用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，或者场景需要，子类和父类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，该关键字的主要作用：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，如果要明确访问父类的成员时，借助super关键字即可。

【注意事项】

只能在非静态方法使用。
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，先有父才有子，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：子类对象中成员由两部分组成的，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，先要构造基类的构造方法，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：

若父类显示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。
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。
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。
super（……）只能在子类构造方法只出现一次，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访问：成员变量和调用其他的成员函数，搜可以作为构造方法的第一条语句，那么他们之间有什么区别呢？

【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，而且不能同时存在。

【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实现。
构造方法中一定会存在super（……）的调用，用户没有写编译器也会增加，但是this（……）用户不写则没有。

1.8再谈初始化

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

1.静态代码块先执行，并且执行一次，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：

Person：静态代码块执行
Student：静态代码块执行
Person：实例代码块执行
Person：构造方法执行
Student：实例代码块执行
Student：构造方法执行
===========================
Person：实例代码块执行
Person：构造方法执行
Student：实例代码块执行
Student：构造方法执行

通过分析执行结果，得出以下结论：

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。
父类实例代码块和父类构造方法紧接着执行。
子类的实例代码块和子类构造方法紧接着执行。
第二次实例化子类对象时，父类和子类的静态代码块都不会被执行。

1.9 protected关键字

再累和对象中，为了实现封装特性，Java引用了访问限定符，主要你限定：类或者类中成员能否在类外或者其他包中被访问。

No	范围	private	default	protected	public
1	同一包中的同一类	√	√	√	√
2	同一包中的不同类		√	√	√
3	不同包中的子类			√	√
4	不同包中的非子类				√

那父类中不同访问权限的成员，在子类中的可见性又是什么样子呢？

// 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：父类中的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。

1.10继承方式

只支持单继承、多层继承、不同类继承同一个。

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（即不能进行修改）

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

3.修饰方法：表示该方法不能被重写。

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。

继承表示对象之间时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、车载系统等的关系应该就是组合，因为汽车是由这些部件组成的。

// 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
}