Java —— 继承

1. 为什么需要继承

2. 继承概念

3. 继承的语法

4. 父类成员访问

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

4.2 子类中访问父类的成员方法

1. 成员方法名字不同

2. 成员方法名字相同

5. super关键字

6. 子类构造方法

7. super和this

8. 再谈初始化

9. protected 关键字

10. 继承方式

11. final 关键字

12. 继承与组合

1. 为什么需要继承

观察以下代码:

class Dog {
    public String name;
    public int age;

    public void eat() {
        System.out.println(name + "吃饭!!!");
    }

    public void barks() {
        System.out.println(name + "汪汪汪!!! " + "年龄: " + age);
    }
}

class Cat {
    public String name;
    public int age;

    public void eat() {
        System.out.println(name + "吃饭!!!");
    }

    public void catchMouse() {
        System.out.println(name + "抓老鼠!!!");
    }
}

可以看到, 以上代码有相当一部分代码几乎相同: 都有name, age, eat(), 那么我们就可以把共同的部分抽取出来放到一个类中, 然后在Dog和Cat类加上extends Animal:

class Animal {
    public String name;
    public int age;

    public void eat() {
        System.out.println(name + "吃饭!!!");
    }
}

class Dog extends Animal {
    public void eat() {
        System.out.println(name + "吃饭!!!");
    }

    public void barks() {
        System.out.println(name + "汪汪汪!!! " + "年龄: " + age);
    }
}

class Cat extends Animal {
    public void eat() {
        System.out.println(name + "吃饭!!!");
    }

    public void catchMouse() {
        System.out.println(name + "抓老鼠!!!");
    }
}

可以看到, 我们把多个类共同的属性抽取出来放到一个类中, 然后用extends建立关系.

我们把Dog/Cat叫做子类, 把Animal叫做父类, 使用extends建立起关系, 那么下来就称作:子类 Dog继承了父类Animal.

那么当子类继承了父类之后, 就会把属性和方法全部继承, 所以在子类中就可以访问name, 并且不需要在子类中再写name和age.

子类也叫做派生类.
父类也叫做基类/超类.

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(重复使用)。

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.

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 {
    // ...
}

在使用的时候:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        dog.name = "大黄";
    }
}

在new Dog()的时候:

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

一般情况下继承不要超过3层, 否则会带来可维护的问题.

Java不支持多继承. 一个类只能继承一个类, 不能继承多个类.

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？

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

class Base {
    int a;
    int b;
}

public class Derived extends Base {
    int a;  // 子类也有一个 a
    int c;

    public void method() {
        a = 10; // 此时当 父类和子类 都拥有同名的变量的时候，优先访问子类自己
        b = 20;
        c = 30;
        System.out.println(a);
        System.out.println(b);
        System.out.println(c);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Derived derived = new Derived();
        derived.method();

        Base base = new Base();
        System.out.println(base.a);
    }
}

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。

同名了非要访问: 使用super关键字.

4.2 子类中访问父类的成员方法

1. 成员方法名字不同

class Base {
    int a;
    int b;

    public void methodA() {
        System.out.println("Base中的methodA()");
    }
}

public class Derived extends Base {
    int a;  // 子类也有一个 a
    int c;

    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
    }
}

Base类的methodA()和Derived类的methodA(int)构成了重载

【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；

5. super关键字

Java提供了super关键字，用于在子类方法中访问父类的成员.这可以让我们在子类方法中访问父类同名成员.

class Animal {
    public String name;
    public int age;

    public void eat() {
        System.out.println(name + "吃饭！");
    }
}

class Dog extends Animal {
    public boolean silly;
    public String name = "hello";

    public void houseGuard() {
        System.out.println(super.name + "正在看家护院！");   // 使用super访问父类的name
    }

//    public void houseGuard() {
//        System.out.println(this.name + "正在看家护院！");
//    }
}

class Cat extends Animal {
    public void catchMouse() {
        System.out.println(name + "抓老鼠！");
    }
}

以上代码中的super与this的区别可由下图说明:

1. this 会优先访问子类自己的，如果子类没有，访问的是父类的
2. super 只是一个关键字，在代码层面上，能够达到易读的效果。有些书说，super是父类的引用，这个是错误的说法。

super有三个用法:
super.data; 访问父类的普通成员变量
super.func(); 调用父类的普通成员方法
super(); 调用父类的构造方法

【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。

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

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

8. 再谈初始化

以下代码的执行结果是什么?

class Animal {
    public String name;
    public int age;

    static {
        System.out.println("Animal::static{}");
    }

    {
        System.out.println("Animal::{}");
    }

    public Animal(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        System.out.println("Animal(String, int)");
    }
}  

class Dog extends Animal {
    public boolean silly;

    static {
        System.out.println("Dog::static{}");
    }

    {
        System.out.println("Dog::{}");
    }

    public Dog(String name, int age, boolean silly) {
        super(name, age);
        this.silly = silly;
        System.out.println("Dog(String, int, boolean)");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog("hello", 10, false);
    }
}

1. 静态初始化块优先于实例初始化块和构造方法执行。 在类加载时，首先执行父类 Animal 的静态初始化块，然后执行子类 Dog 的静态初始化块。
2. 实例初始化块和构造方法的执行顺序。 在创建对象时，先执行父类 Animal 的实例初始化块和构造方法，然后执行子类 Dog 的实例初始化块和构造方法。这表明在对象的构建过程中，初始化块的执行顺序紧跟在构造方法之后。
3. 继承关系中的构造方法调用。 在子类 Dog 的构造方法中，通过 super(name, age); 调用了父类 Animal 的构造方法，确保了父类的初始化工作先于子类的初始化工作。
总体而言，这个执行顺序遵循了Java类加载和对象初始化的规则，即静态内容在类加载时执行，而实例初始化块和构造方法在对象创建时执行。

9. protected 关键字

在类和对象中，为了实现封装特性，Java中引入了访问限定符，主要限定：类或者类中成员能否在类外或者其他包中被访问。

来看下面的例子:

package demo1;

public class TestDemo {
    protected int a = 10;

    public void func() {
        System.out.println(a);  // a是同一包下的同一类, 可访问
    }
}

再比如:

package demo1;

public class TestDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 想访问 TestDemo 中的 a, 那么这个类的位置直接 new TestDemo() 即可
        TestDemo testDemo = new TestDemo();
        System.out.println(testDemo.a);
    }
}

运行可以看到, 访问到了TestDemo中的protected int a = 10;

接下来我们新建包demo2, 并新建类Test, 让它继承demo1.TestDemo:

package demo2;

import demo1.TestDemo;

public class Test extends TestDemo {

    public void test() {
        // a是 protected, 是不同包的子类可访问, 但是这里会报错, 要访问就要通过 super 访问
//        TestDemo testDemo = new TestDemo();
//        System.out.println(testDemo.a);
        System.out.println(super.a);

    }

    public static void main(String[] args) {
        Test t = new Test();
        t.test();
    }
}

注意进行测试时候的问题: 这些类的访问权限必须是public.

类的修饰符只能是public, 或者什么都不写. 这是由Java语言的设计原则和访问控制机制所决定的。
1. Public类： 如果一个类被声明为 public，那么该类可以被其他任何类访问，无论这个类属于哪个包。
2. 默认类： 如果没有使用 public， private等修饰符来修饰类，那么这个类将拥有默认的访问级别。默认级别在类所属包内是可见的，但在其他包中是不可见的。
这样的设计有助于控制类的访问范围，符合面向对象编程中的封装思想。如果一个类被声明为 public，那么该类的实现细节对其他程序的开发者就是公开的。而如果一个类是默认访问级别的，那么它对于同一包下的其他类是可见的，但对于其他包下的类是隐藏的，从而限制了类的访问范围，增强了程序的安全性和模块化。

10. 继承方式

注意：Java中不支持多继承。
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

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)

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(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。