Java的继承

鲜于言悠

发布于 2024-05-31 12:52:48

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发布于 2024-05-31 12:52:48

文章被收录于专栏：c/c++的学习笔记c/c++的学习笔记

Java的继承

前言
一、继承是什么
- 简介
- 背景
- 示例
二、继承的语法规则
- 基本语法
- 改写Animal
三、protected 关键字
- 简介
- 总结
- - 什么时候下用哪一种呢
四、更复杂的继承关系
- ﬁnal 关键字
五、拓展
- 组合
- - 组合表示 has - a 语义
  - 继承表示 is - a 语义

前言

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Java的继承是一种面向对象编程的核心概念，允许一个类（子类或派生类）继承另一个类（父类或基类）的属性和方法，从而实现代码的重用和扩展。通过继承，子类可以继承父类的所有非私有属性和方法，并可以添加或覆盖自己的属性和方法，以实现特定的功能。这种机制提高了代码的复用性和可维护性。

一、继承是什么

简介

Java的继承是面向对象编程中的一个重要概念。它允许一个类（称为子类）继承另一个类（称为父类）的属性和方法。

继承通过创建类之间的关系，使得子类可以重用父类的代码，并且可以在不修改父类的情况下添加新的功能。当一个类继承自另一个类时，它继承了父类的公共属性和方法，并且可以添加自己的特定属性和方法。被继承的类被称为超类或基类，继承的类被称为子类或派生类。子类可以访问父类的公有和受保护的成员，但不能访问父类的私有成员。通过继承，可以实现代码的重用、层次化管理和多态性等特性。

背景

代码中创建的类, 主要是为了抽象现实中的一些事物(包含属性和方法).

有的时候客观事物之间就存在一些关联关系, 那么在表示成类和对象的时候也会存在一定的关联.

示例

例如, 设计一个类表示动物

注意, 我们可以给每个类创建一个单独的 java 文件. 类名必须和 .java 文件名匹配(大小写敏感).

// Animal
//
class Animal {
    public String name;
    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void eat(String food) {
        System.out.println(this.name + "正在吃" + food);
    }
}

// Cat.java 
class Cat {
    public String name;

    public Cat(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void eat(String food) {
        System.out.println(this.name + "正在吃" + food);
    }
}

// Bird.java 
class Bird {
    public String name;

    public Bird(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void eat(String food) {
        System.out.println(this.name + "正在吃" + food);
    }

    public void fly() {
        System.out.println(this.name + "正在飞 ︿(￣︶￣)︿");
    }
}

这个代码我们发现其中存在了大量的冗余代码.

仔细分析, 我们发现 Animal 和 Cat 以及 Bird 这几个类中存在一定的关联关系:

这三个类都具备一个相同的 eat 方法, 而且行为是完全一样的.
这三个类都具备一个相同的 name 属性, 而且意义是完全一样的.
从逻辑上讲, Cat 和 Bird 都是一种 Animal (is - a 语义).

此时我们就可以让 Cat 和 Bird 分别继承 Animal 类, 来达到代码重用的效果.

此时, Animal 这样被继承的类, 我们称为父类 , 基类或超类, 对于像 Cat 和 Bird 这样的类, 我们称为子类, 派生类和现实中的儿子继承父亲的财产类似, 子类也会继承父类的字段和方法, 以达到代码重用的效果.

二、继承的语法规则

基本语法

class 子类 extends 父类 { 
 
}

使用 extends 指定父类.
Java 中一个子类只能继承一个父类 (而C++/Python等语言支持多继承).
子类会继承父类的所有 public 的字段和方法.
对于父类的 private 的字段和方法, 子类中是无法访问的.
子类的实例中, 也包含着父类的实例. 可以使用 super 关键字得到父类实例的引用.

改写Animal

对于上面的代码, 可以使用继承进行改进.

此时我们让 Cat 和 Bird 继承自 Animal 类, 那么 Cat 在定义的时候就不必再写 name 字段和 eat 方法.

public class Animal {
    public String name;

    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void eat(String food) {
        System.out.println(this.name + "正在吃" + food);
    }
}

class Cat extends Animal {
    public Cat(String name) {
        // 使用 super 调用父类的构造方法. 
        super(name);
    }
}

class Bird extends Animal {
    public Bird(String name) {
        super(name);
    }

    public void fly() {
        System.out.println(this.name + "正在飞 ︿(￣︶￣)︿");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat("小黑");
        cat.eat("猫粮");
        Bird bird = new Bird("圆圆");
        bird.fly();
    }
}

extends 英文原意指 “扩展”. 而我们所写的类的继承, 也可以理解成基于父类进行代码上的 “扩展”.

例如我们写的 Bird 类, 就是在 Animal 的基础上扩展出了 ﬂy 方法.

如果我们把 name 改成 private, 那么此时子类就不能访问了.

class Bird extends Animal {
    public Bird(String name) {
        super(name);
    }

    public void fly() {
        System.out.println(this.name + "正在飞 ︿(￣︶￣)︿");
    }
}

// 编译出错 
Error:(19, 32) java: name 在 Animal 中是 private 访问控制

三、protected 关键字

简介

刚才我们发现, 如果把字段设为 private, 子类不能访问. 但是设成 public, 又违背了我们 “封装” 的初衷.

两全其美的办法就是 protected 关键字.
对于类的调用者来说, protected 修饰的字段和方法是不能访问的

对于类的子类和同一个包的其他类来说, protected 修饰的字段和方法是可以访问的

public class Animal {
    protected String name;

    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void eat(String food) {
        System.out.println(this.name + "正在吃" + food);
    }
}

// Bird.java 
public class Bird extends Animal {
    public Bird(String name) {
        super(name);
    }

    public void fly() {
        // 对于父类的 protected 字段, 子类可以正确访问 
        System.out.println(this.name + "正在飞 ︿(￣︶￣)︿");
    }
}

// Test.java 和 Animal.java 不在同一个 包 之中了. 
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Animal("小动物");
        System.out.println(animal.name); // 此时编译出错, 无法访问 name 
    }
}

总结

Java 中对于字段和方法共有四种访问权限

private: 类内部能访问, 类外部不能访问
默认(也叫包访问权限): 类内部能访问, 同一个包中的类可以访问, 其他类不能访问.
protected: 类内部能访问, 子类和同一个包中的类可以访问, 其他类不能访问.
public : 类内部和类的调用者都能访问

什么时候下用哪一种呢

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.

另外, 还有一种简单粗暴的做法: 将所有的字段设为 private, 将所有的方法设为 public. 不过这种方式属于是对访问权限的滥用, 还是更希望读者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).

四、更复杂的继承关系

刚才我们的例子中, 只涉及到 Animal, Cat 和 Bird 三种类. 但是如果情况更复杂一些呢?

针对 Cat 这种情况, 我们可能还需要表示更多种类的猫

这个时候使用继承方式来表示, 就会涉及到更复杂的体系.

// Animal.java 
public Animal { 
 ... 
} 
 
// Cat.java 
public Cat extends Animal { 
 ... 
} 
 
// ChineseGardenCat.java 
public ChineseGardenCat extends Cat { 
 ... 
} 
 
// OrangeCat.java 
public Orange extends ChineseGardenCat { 
 ... 
} 
......

如刚才这样的继承方式称为多层继承, 即子类还可以进一步的再派生出新的子类.

时刻牢记, 我们写的类是现实事物的抽象. 而我们真正在生活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

ﬁnal 关键字

ﬁnal 关键字, 修饰一个变量或者字段的时候, 表示常量 (不能修改).

final int a = 10; 
a = 20; // 编译出错

ﬁnal 关键字也能修饰类, 此时表示被修饰的类就不能被继承.

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

ﬁnal 关键字的功能是限制类被继承

“限制” 这件事情意味着 “不灵活”. 在编程中, 灵活往往不见得是一件好事. 灵活可能意味着更容易出错.

是用 ﬁnal 修饰的类被继承的时候, 就会编译报错, 此时就可以提示我们这样的继承是有悖这个类设计的初衷的.

我们平时是用的 String 字符串类, 就是用 ﬁnal 修饰的, 不能被继承.

五、拓展

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.

例如表示一个学校:

public class Student { 
 ... 
} 
 
public class Teacher { 
 ... 
} 
 
public class School { 
 public Student[] students; 
 public Teacher[] teachers; 
}

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.

这是我们设计类的一种常用方式之一.