JAVA继承和多态详细讲解

面向对象编程的重要知识：继承和多态。通过类的继承机制，可以使用已有的类为基础派生出新类，无需编写重复的程序代码，很好地实现程序代码复用。多态是面向对象编程中继封装和继承之后的另一大特征，它具体是指同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。使用多态机制，可以提高程序的抽象程度和简洁性，最大程度地降低类和程序模块间的耦合性，并提高程序的可扩展性和可维护性。从Java语言的底层逻辑上看，封装和继承是为实现多态做准备的。

6.1 类的继承

继承描述了类的所属关系，多个类通过继承可形成一个关系体系，进而在原有类的基础上派生出新的类，扩展新的功能，从而实现了代码的复用。采用继承机制来设计软件系统中的类，可以提高程序的抽象程度，降低程序维护工作量，提高开发效率。

6.1.1 继承的概念

在现实生活中，“继承”是指一个对象直接使用另一对象的属性和方法，也可以指按照法律或遵照遗嘱接受死者的财产、职务、头衔、地位等。我们先利用现实生活中的例子来说明继承的含义。如图6.1所示，卡车（Truck类）和公交车（Bus类）都属于汽车（Car类），它们都有发动机（engine）和轮子(wheel)，都可以行驶(run)和刹车(stop)，但是卡车类新增了载重量（capacity）、拉货(load)和卸货(unload)方法，公共车类新增了载客量（capacity）、报站(busstop)和停靠（dock）方法。

在面向对象程序设计中，一个新类从已经存在的类中获得成员变量或成员方法，这种现象称为继承。提供继承信息的类被称为父类（超类、基类），得到继承信息的类被称为子类（派生类）。一个父类可以同时拥有多个子类，但Java语言不支持多重继承，所以一个类只能有一个父类。父类是所有子类的公共成员变量和成员方法的集合，而子类是父类的特例，子类继承父类的成员变量和成员方法，可以修改父类的成员变量或重写父类的方法，也可以增加新的成员变量或成员方法。采用继承机制来设计系统中的类，可以提高程序的抽象程度，更加接近于人类的思维方式。

继承机制的显著特点之一是可以实现代码复用。以第5章的Dog类为例，我们能够以它为样板而设计新的Cat类，代码如下：

1​ public class Cat {

2​  private String name;

3​  private int age;

4​  public void show(){

5​  System.out.println("猫咪"+name+"在吃咸鱼");

6​  }

7​ }

仔细观察这段代码我们会发现，在Dog类和Cat类中有很多重复代码, 假设我们后续增加Pig类、Monkey类等类，重复代码还不断增加。这时候，我们就可以提取这些类的相同的成员变量和成员方法，设计一个Anima（动物类），使Dog类、Cat类等继承Animal类。

6.1.2 继承的使用

在Java语言中，类的继承通过extends关键字来实现，在定义类时通过extends关键字指出新定义类的父类，表示在两个类之间建立了继承关系。新定义的类称为子类，它可以从父类那里继承所有非private(私有)的成员。Java继承的语法格式如下：

class 子类A extends 父类B{

// 代码块

}

该语法表示子类A派生于父类B，如果类B又是某个类的子类，则类A同时也是该类的间接子类。如果没有extends关键字，则该类默认为java.lang.Object类的子类。Java语言中的所有类都是直接或间接地继承java.langObject类得到的，所以之前所有例子中的类均是java.lang.Object类的子类。

接下来，通过案例来演示如何通过继承Animal类来派生Dog类、Cat类，从而形成类的继承体现，实现代码复用，如例6-1所示。

例6-1 Demo0601.java

1​ package com.aaa.p0601; // 需要先建立包

2​ 

3​ class Animal { // 定义父类Animal类

4​  public String name;

5​  public int age;

6​  public void show() {

7​  System.out.println("名字是" + name + ",年龄：" + age);

8​  }

9​ }

10​ class Dog extends Animal { // 定义子类Dog类

11​  String color;

12​  public void eat(){

13​  System.out.println(color + "色的狗狗在啃骨头");

14​  }

15​ }

16​ class Cat extends Animal{ // 定义子类Cat类

17​ }

18​ public class Demo0601{

19​  public static void main(String[] args) {

20​  Dog d = new Dog();

21​  d.name = "旺财";

22​  d.age = 3;

23​  d.color = "黑色";

24​  d.show();

25​  d.eat();

26​  }

27​ }

程序的运行结果如下：

名字是旺财,年龄：3

黑色的狗狗在啃骨头

例6-1中，Dog类通过extends关键字继承了Animal类，它就是Animal的子类，Cat类同样如此。从程序运行结果中可发现，Dog类虽然没有定义name、age成员变量和show()成员方法，但却能访问这些成员，说明子类可以继承父类所有的成员。

编程技巧： 使用继承时，先定义父类（超类、基类），再定义子类（派生类），很好地体现了面向对象的思想。

6.2 方法重写

在继承机制中，当父类中的方法无法满足子类需求或子类具有特有的功能的时候，就需要在子类中重写父类的方法（也称为方法覆盖）。准确地说，方法重写建立在继承关系之上，具体是指子类从父类中继承方法时，如果在子类中有定义名称、参数个数、参数类型均与父类中的方法完全一致，但方法内容不同，即子类修改了父类中方法的实现，此时创建的子类对象调用这个方法时，程序会调用子类的方法来执行，即子类的方法重写了从父类继承过来的同名方法。

当子类重写父类方法的时候，可以使用与父类相同的方法名及参数列表，也可以执行不同的功能。子类既可以隐藏和访问父类的方法，也可以覆盖继承父类的方法，体现了Java语言的优越性和灵活性。

接下来，通过案例来演示方法重写。以Animal为父类，Dog类、Cat类继承Animal类，Dog类重写了父类的show()方法，如例6-2所示。

例6-2 Demo0602.java

1​ package com.aaa.p0602;

2​ 

3​ class Animal { // 定义父类Animal类

4​  public String name;

5​  public int age;

6​  public Animal(){

7​  System.out.println("调用了动物类的构造方法Animal()");

8​  }

9​  public void show() {

10​  System.out.println("父类名字是" + name + ",年龄：" + age);

11​  }

12​ }

13​ class Dog extends Animal { // 定义子类Dog类

14​  String color;

15​  public Dog(){

16​  System.out.println("调用了狗类的构造方法Dog()");

17​  }

18​  public void eat(){

19​  System.out.println(color + "色的狗狗在啃骨头");

20​  }

21​  public void show() {

22​  System.out.println("狗狗名字是" + name + ",颜色是" + color);

23​  }

24​ }

25​ class Cat extends Animal { // 定义子类Cat类

26​ }

27​ public class Demo0602{

28​  public static void main(String[] args) {

29​  Dog d = new Dog();

30​  d.name = "旺财";

31​  d.age = 2;

32​  d.color = "黑色";

33​  d.show();

34​  d.eat();

35​  Cat c = new Cat();

36​  c.show();

37​  }

38​ }

程序的运行结果如下：

调用了动物类的构造方法Animal()

调用了狗类的构造方法Dog()

名字是旺财,颜色是黑色

黑色色的狗狗在啃骨头

调用了动物类的构造方法Animal()

父类名字是null,年龄：0

例6-2中，Dog类继承了Animal类的show()方法，但在子类Dog中对父类的show()进行了重写，Cat类只是继承了Animal类。从程序运行结果中可发现，第29行代码直接调用Dog()构造方法，理应输出“调用了狗类的构造方法Dog()”，但是先输出“调用了动物类的构造方法Animal()”，这是因为在执行子类的构造方法前，会首先调用父类中无参的构造方法，其目的是为了继承自父类的成员进行初始化操作。 第33行代码在调用Dog类对象的show()方法时，只会调用子类重写的方法，并不会调用父类的show()方法。Cat类中没有重写父类的show()方法，第36行代码中的Cat类对象仍然调用的是父类的show()方法，同时由于没有给Cat类对象的成员变量name和age赋值，所以显示的名字是默认值“null”，年龄也是默认值“