【JavaSE】继承那些事儿

目录

1. 继承

    1.1 为什么要有继承

    1.2 何为继承

    1.3 继承的语法

    1.4 父类成员的访问

        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

        1.5.1 super 关键字能让子类访问父类同名成员变量及方法

        1.5.2 super 关键字在子类构造方法所起的作用 

    1.6 this 关键字与 super 关键字的区别

    1.7 protected 关键字

    1.8 继承的方式

    1.9 final 关键字

2. 组合

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1. 继承

1.1 为什么要有继承

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，那怎么才能在程序中体现两个类其实是有联系的呢？如狗跟猫这两类，两者肯定是不一样的物种，但是是不是有共性呢？比如都是哺乳动物，睡觉，吃饭等。如果我写一个猫类跟一个狗类，相同的属性，相同的行为岂不是两个类都得重复写，这里是不是过于冗余了呢？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 何为继承

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。

继续拿上面猫和狗的例子：将共性进行抽取，形成 Animal 的父类，猫类和狗类继承 Animal 类的东西，并且在此基础上，增加了自己的特点。

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 {

    //........

}

class Animal{
    public String name;
    public int age;
    public double weight;

    public static String type = "mammal";

    public void sleep(){
        System.out.println(this.name+"正在睡觉");
    }

    public void eat(){
        System.out.println(this.name+"正在进食");
    }

    public void play(){
        System.out.println(this.name+"正在跟主人玩耍！");
    }

    public void show(){
        System.out.println(this.name +" "+ "今年" +this.age + "岁了 " + "体重 "+this.weight+"斤");
    }
}

class Cats extends Animal{
    public void mews(){
        System.out.println(this.name+" 喵喵喵~");
    }
}

class Dogs extends Animal{
    public void barks(){
        System.out.println(this.name+" 汪汪汪！");
    }
}
public class Text1 {
    public static void main(String[] args) {
        Cats cat = new Cats();
        cat.name = "hello kitty";
        cat.age = 2;
        cat.weight = 7;
        cat.mews();
        cat.eat();
        cat.play();
        cat.sleep();
        cat.show();

        Dogs dog = new Dogs();
        dog.name = "旺财";
        dog.age = 1;
        dog.weight = 8;
        dog.barks();
        dog.show();
        dog.eat();
        dog.play();
        dog.sleep();
    }
}

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 父类成员的访问

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时：

class Base{
    public int a;
    public int b;
}

class Derived extends Base{
    public int c;
    public void method(){
        a = 10; //访问从父类继承下来的a
        b = 20; //访问从父类继承下来的b
        c = 30; //访问子类自己的c
    }
}

2. 子类和父类存在成员变量同名时： 

class Base{
    public int a;
    public int b;
    public char c;
    public int p;
}
class Derived extends Base{
    public int a;
    public char b;
    public int c;
    public int d;

    public void method(){
        a = 10;
        super.a = 100;
        b = 'A';
        super.b =200;
        c = 30;
        super.c = 'W';
        d = 666;
        //f = 777;
        p = 999;
    }
}

 

总结：在子类方法中或者通过子类对象访问成员时

1. 如果访问的成员变量子类中有，优先访问自己的成员变量，像上述代码中的 a、b、c、d，其中 d 是只要子类有

2. 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，像上述代码中的  p 、f

 3. 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，像上述代码中的 a、b、c，但如果想访问父类的，则需要super.变量名来进行访问

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. 成员方法名字不同时：

class Base{
    public void methodA(){
        System.out.println("A方法");
    }
}

class Derived extends Base{

    public void methodB(){
        System.out.println("B方法");
    }

    public void methodC(){
        methodA();
        methodB();
    }
}
public class Text {
    public static void main(String[] args) {
        Derived derived = new Derived();
        derived.methodA();
        derived.methodC();
    }
}

成员方法没有同名时的总结：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. 父类子类成员方法名字相同时：

class Base{
    public void methodA(){
        System.out.println("A方法");
    }
        public void methodB(){
        System.out.println("B方法");
    }
}
class Derived extends Base{
    public void methodA(int a){
        System.out.println("A方法"+ a);
    }
    public void methodB(){
        System.out.println("B方法");
    }
    public void methodC(){
        methodA();  //无参，调用的是父类中的methodA
        methodA(10); //有参，调用的是子类中的methodA
        methodB(); /// 直接访问，则永远访问到的都是子类中的methodB()
    }
}

通过派生类对象访问父类与子类同名方法时的总结:

1. 如果父类和子类同名方法的参数列表不同(也能构成重载)，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；

2. 直接访问，则一定是访问子类中的，而不是父类

1.5 super 关键字

1.5.1 super 关键字能让子类访问父类同名成员变量及方法

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。

所以对于上一个代码，Derived 子类中，想要访问父类中的 methodB，在 methodC 中，应该这样子写：

super.methodB();

 总结：

1. 在子类方法中，如果想要明确访问父类中成员变量和方法时，借助 super 关键字即可。

2. super 只能在非静态方法中使用

3. 如果是多层继承，super 只能访问上一级的父类，或者是直接父类

1.5.2 super 关键字在子类构造方法所起的作用 

学了继承，有了父类和子类的概念，很容易想到父类的构造方法长下面代码那样：

class Base{
    public int a;
    public int b;

    public Base(int a, int b) {    
        this.a = a;
        this.b = b;
    }
}

class Derived extends Base{
    public int c;
    public void method(){
        a = 10;
        b = 20;
        c = 30;
    }
}

结果-?编译直接报错！！！！那么父类和子类的构造方法到底该如何表示呢？

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，即先初始化父类的成员变量，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 。

父类的构造方法定义情况有如下情况：

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(用户写与不写都可以)，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. 如果父类构造方法既有无参的构造方法，又有带参的构造方法，那么子类构造方法就看用户需要写

class Base{
    public int a;
    public int b;

    public Base(int a, int b) {
        this.a = a;
        this.b = b;
    }

    //表示无参或者默认的构造函数
    public Base() {

    }
}

class Derived extends Base{
    public int c;
    public void method(){
        a = 10;
        b = 20;
        c = 30;
    }

    public Derived(int c){
        super(10,30);
        this.c = c;

    }

    public Derived(int a,int b,int c){
        super(a,b); //使用super(...)调用父类的构造方法进行初始化
        this.c = c; //对子类成员变量进行初始化
    }

    public Derived(){
        super();
    }
    
    public Derived(int a,int b ){
        super();
    }
}

注意：

1. 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。

2. 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

请问如下代码输出何种结果？

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

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

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

class Cat extends Animal{
    static {
        System.out.println("CatStatic");
    }

    {
        System.out.println("Cat{}");
    }

    public Cat(){
        super();
        System.out.println("Cat()");

    }
}

public class Text {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat();
    }
}

输出：

        AnimalStatic
        CatStatic
        Animal{}
        Animal()
        Cat{}
        Cat()

前面的学习我们知道，只要类被加载，就会执行静态代码块，所以在程序开始，加载了 Animal 类及 Cat 类。而非静态代码块其实会与构造方法合并，执行子类构造方法的第一步，是执行父类构造方法。那么我们可以有以下总结：

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

1.6 this 关键字与 super 关键字的区别

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(...) 用户不写则不存在

1.7 protected 关键字

在类和对象章节中，为了实现封装特性，Java 中引入了访问限定符：

	范围	private	default	protected	public
1	同一包中同一类	✔	✔	✔	✔
2	同一包中不同类		✔	✔	✔
3	不同包中的子类			✔	✔
4	不同包中的非子类				✔

在这一小节中，将探讨 protected 的使用方式

同一个包中同一类：

public class Text {
    protected int a = 100;
    public static void main(String[] args) {
        Text text = new Text();
        System.out.println(text.a);
    }
}

同一包中不同类：

class Text1 {
    public static void main(String[] args) {
        Text text = new Text();
        System.out.println(text.a+10);
    }
} //类Text1 调用了 类Text 中 protected 修饰的成员变量a

public class Text {
    protected int a = 1000;
    public static void main(String[] args) {
        Text text = new Text();
        System.out.println(text.a);
    }
}

不同包中的子类：

//包 demo1 
package demo1;
import demo2.TextDemo2;

public class TextDemo1 extends TextDemo2{
    void fun(){
        System.out.println(super.a);
        super.bbKing();
    }
}

//包 demo2 
package demo2;

public class TextDemo2 {
    protected int a = 666;
    protected void bbKing(){
        System.out.println("BBBBBBB");
    }
}

 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的呢？

// 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 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

什么时候下用哪一种修饰符呢?

我们希望类要尽量做到 "封装", 即隐藏内部实现细节, 只暴露出必要的信息给类的调用者。因此我们在使用的时候应该尽可能的使用比较严格的访问权限。例如如果一个方法能用 private , 就尽量不要 用 public。希望同学们能写代码的时候认真思考, 该类提供的字段方法到底给 "谁" 使用(是类内 部自己用, 还是类的调用者使用, 还是子类使用)。

1.8 继承的方式

Java中支持以下的继承方式：

1. 单继承：

 public class A{

        ......

} 

class B extends A{

        ......

}

2. 多层继承 

 public class A{

        ......

} 

class B extends A{

        ......

}

class C extends B{

        ......

}

 3. 不同类继承同一个类

 public class A{

        ......

} 

class B extends A{

        ......

}

class C extends A{

        ......

}

 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。

如果想从语法上进行限制继承, 就可以使用 final 关键字

1.9 final 关键字

final 关键字可以用来修饰变量、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 = 20;
        System.out.println(A);
        A = 666; //编译报错！

此时的变量名要大写

那如果 final 修饰数组呢？

        final int[] arr = {1,2,3,4,5};
        arr[0] = 666;
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
        arr = new int [10]; //编译报错！

要知道 new 一个，是为 arr 开辟一个新的空间，那么这样 arr 里面存放的地址就会改变，而 arr 已经被 final 修饰了，所以 final 修饰数组就意味着，arr 存放的地址不能更改！

2. 修饰类：表示此类不能被继承

final public class Animal{

        ......

}

  

 //编译报错！！ 

public class Bird extends Animal{

        ......

}

 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)

2. 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
}

请问如果 Car car = new Car();  内存情况是如何的呢？

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。