Java继承与多态：深入理解继承、组合和多态的精髓！

Java继承与多态：深入理解继承、组合和多态的精髓！

引言

欢迎来到这篇关于Java继承与多态的博客！在Java编程中，继承与多态是两个非常重要的概念，它们为我们构建灵活而高效的代码提供了强大的支持。本文将深入探讨Java继承与多态的原理、语法和实践，帮助读者更好地理解和应用这两个概念。

1. 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。

语法

在Java中，使用extends关键字可以创建一个类的子类（派生类），子类会继承父类（基类）的成员变量和方法。

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");
	}
}

class Dog extends Animal{
void bark(){
System.out.println(name + "汪汪汪~~~");
	}
}

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();
}
}
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
	}
}

父类成员访问

子类可以访问父类的公有成员变量和方法，但不能访问父类的私有成员变量和方法。

class ParentClass {
    public int publicVar;
    private int privateVar;
    
    public void publicMethod() {
        System.out.println("Public method");
    }
    
    private void privateMethod() {
        System.out.println("Private method");
    }
}

class ChildClass extends ParentClass {
    void accessParentMembers() {
        publicVar = 10; // 可以访问父类的公有成员变量
        publicMethod(); // 可以调用父类的公有方法
        // privateVar = 20; // 无法访问父类的私有成员变量
        // privateMethod(); // 无法调用父类的私有方法
    }
}

子类中访问父类的成员方法

在这里插入图片描述
总结：

  1. 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。
  2. 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；

super关键字

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。该关键字主要作用：在子类方法中访问父类的成员。

class Base {
    public int a = 1;
    public int b = 2;
}

class Derived extends Base {
    public int a = 100;
    public int c = 3;
    public void test() {
        System.out.println(super.a);
        System.out.println(this.a);
        System.out.println(this.b);
        System.out.println(super.b);
        System.out.println(this.c);
    }
}

public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        Derived derived = new Derived();
        derived.test();
    }
}

在这里插入图片描述

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()

super和this

super：可以当作一个关键字，可以访问父类继承内容。
this：代表父类对象引用。

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("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);
}
}

在这里插入图片描述
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

protected 关键字

//Test.java

public class Test {
    public int a;
    protected int c = 99;


    public void func() {
        System.out.println(c);
    }
}

//TestProtected.java
public class TestProtected {
    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        System.out.println(test.c);
    }
}

//TestDemo.java
public class TestDemo extends Test{

    public void test() {
        System.out.println(super.c);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        ///System.out.println(test.c);
        //System.out.println(super.c);
    }
}

结论：在不同包的子类中，可以用super进行调用
在这里插入图片描述

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
  1. 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
  1. 修饰方法：表示该方法不能被重写(后序介绍)

2. 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。

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。

class Animal {
    void sound() {
        System.out.println("Animal makes sound");
    }
}

class Dog extends Animal {
    void sound() {
        System.out.println("Dog barks");
    }
}

class Cat extends Animal {
    void sound() {
        System.out.println("Cat meows");
    }
}

class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal dog = new Dog();
        Animal cat = new Cat();
        
        dog.sound(); // 输出：Dog barks
        cat.sound(); // 输出：Cat meows
    }
}

重写（override）

规则：

  1. 方法名相同
  2. 方法的参数列表相同（个数，顺序，类型）
  3. 方法的返回值相同
class ParentClass {
    void show() {
        System.out.println("Parent class method");
    }
}

class ChildClass extends ParentClass {
    void show() {
        System.out.println("Child class method");
    }
}

class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ParentClass obj = new ChildClass();
        obj.show(); // 输出：Child class method
    }
}

总结：

  1. 静态方法不能被重写
  2. 被private修饰的方法不能被重写
  3. 被final修饰的方法不能被重写
  4. 如果方法被重写，那么子类权限>=父类权限
    private<包访问权限<protected<public

动态绑定

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

    public void func() {
        System.out.println("B::FUNC()!");
    }
}
class D extends B {
    private int num = 1;
    public void func() {
        System.out.println("D::FUNC()!" + num);
    }
}
public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        D d = new D();
    }
}

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

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。
语法格式：父类类型 对象名 = new 子类类型()

Animal animal = new Cat("元宝",2)

animal是父类类型，但可以引用一个子类对象，因为是从小范围向大范围的转换。

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

总结：

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。

结尾

通过本文的学习，相信你对Java继承与多态有了更深入的理解和掌握。继承与多态是Java编程中非常重要的概念，可以帮助我们编写更加灵活、可扩展和易维护的代码。希望本文能够帮助你更好地应用继承与多态，提升自己的编程水平。如果有任何疑问或想法，欢迎在评论区分享，让我们一起学习进步！

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