Java 封装继承多态

2022-02-18 23:39:57

Java 继承

继承的概念

继承是java面向对象编程技术的一块基石，因为它允许创建分等级层次的类。

继承就是子类继承父类的特征和行为，使得子类对象（实例）具有父类的实例域和方法，或子类从父类继承方法，使得子类具有父类相同的行为。

生活中的继承：

兔子和羊属于食草动物类，狮子和豹属于食肉动物类。

食草动物和食肉动物又是属于动物类。

所以继承需要符合的关系是：is-a，父类更通用，子类更具体。

虽然食草动物和食肉动物都是属于动物，但是两者的属性和行为上有差别，所以子类会具有父类的一般特性也会具有自身的特性。

类的继承格式

在 Java 中通过 extends 关键字可以申明一个类是从另外一个类继承而来的，一般形式如下：

类的继承格式

class 父类 { } class 子类 extends 父类 { }

为什么需要继承

接下来我们通过实例来说明这个需求。

开发动物类，其中动物分别为企鹅以及老鼠，要求如下：

企鹅：属性（姓名，id），方法（吃，睡，自我介绍）
老鼠：属性（姓名，id），方法（吃，睡，自我介绍）

企鹅类：

public class Penguin {

    private String name;

    private int id;

    public Penguin(String myName, int  myid) {

        name = myName;

        id = myid;

    }

    public void eat(){

        System.out.println(name+"正在吃");

    }

    public void sleep(){

        System.out.println(name+"正在睡");

    }

    public void introduction() {

        System.out.println("大家好！我是"         + id + "号" + name + ".");

    }

}

老鼠类：

public class Mouse {

    private String name;

    private int id;

    public Mouse(String myName, int  myid) {

        name = myName;

        id = myid;

    }

    public void eat(){

        System.out.println(name+"正在吃");

    }

    public void sleep(){

        System.out.println(name+"正在睡");

    }

    public void introduction() {

        System.out.println("大家好！我是"         + id + "号" + name + ".");

    }

}

从这两段代码可以看出来，代码存在重复了，导致后果就是代码量大且臃肿，而且维护性不高(维护性主要是后期需要修改的时候，就需要修改很多的代码，容易出错)，所以要从根本上解决这两段代码的问题，就需要继承，将两段代码中相同的部分提取出来组成一个父类：

公共父类：

public class Animal {

    private String name;

    private int id;

    public Animal(String myName, int myid) {

        name = myName;

        id = myid;

    }

    public void eat(){

        System.out.println(name+"正在吃");

    }

    public void sleep(){

        System.out.println(name+"正在睡");

    }

    public void introduction() {

        System.out.println("大家好！我是"         + id + "号" + name + ".");

    }

}

这个Animal类就可以作为一个父类，然后企鹅类和老鼠类继承这个类之后，就具有父类当中的属性和方法，子类就不会存在重复的代码，维护性也提高，代码也更加简洁，提高代码的复用性（复用性主要是可以多次使用，不用再多次写同样的代码）继承之后的代码：

企鹅类：

public class Penguin extends Animal {

    public Penguin(String myName, int myid) {

        super(myName, myid);

    }

}

老鼠类：

public class Mouse extends Animal {

    public Mouse(String myName, int myid) {

        super(myName, myid);

    }

}

继承类型

需要注意的是 Java 不支持多继承，但支持多重继承。

继承的特性

子类拥有父类非 private 的属性、方法。
子类可以拥有自己的属性和方法，即子类可以对父类进行扩展。
子类可以用自己的方式实现父类的方法。
Java 的继承是单继承，但是可以多重继承，单继承就是一个子类只能继承一个父类，多重继承就是，例如 A 类继承 B 类，B 类继承 C 类，所以按照关系就是 C 类是 B 类的父类，B 类是 A 类的父类，这是 Java 继承区别于 C++ 继承的一个特性。
提高了类之间的耦合性（继承的缺点，耦合度高就会造成代码之间的联系越紧密，代码独立性越差）。

继承关键字

继承可以使用 extends 和 implements 这两个关键字来实现继承，而且所有的类都是继承于 java.lang.Object，当一个类没有继承的两个关键字，则默认继承object（这个类在 java.lang 包中，所以不需要 import）祖先类。

extends关键字

在 Java 中，类的继承是单一继承，也就是说，一个子类只能拥有一个父类，所以 extends 只能继承一个类。

extends 关键字

public class Animal {

    private String name;

    private int id;

    public Animal(String myName, String myid) {

        //初始化属性值

    }

    public void eat() {  //吃东西方法的具体实现  }

    public void sleep() { //睡觉方法的具体实现  }

} 

public class Penguin  extends  Animal{

}

implements关键字

使用 implements 关键字可以变相的使java具有多继承的特性，使用范围为类继承接口的情况，可以同时继承多个接口（接口跟接口之间采用逗号分隔）。

implements 关键字

public interface A {

    public void eat();

    public void sleep();

}

public interface B {

    public void show();

}

public class C implements A,B {

}

super 与 this 关键字

super关键字：我们可以通过super关键字来实现对父类成员的访问，用来引用当前对象的父类。

this关键字：指向自己的引用。

实例

class Animal {

  void eat() {

    System.out.println("animal : eat");

  }

}

class Dog extends Animal {

  void eat() {

    System.out.println("dog : eat");

  }

  void eatTest() {

    this.eat();   // this 调用自己的方法

    super.eat();  // super 调用父类方法

  }

}

public class Test {

  public static void main(String[] args) {

    Animal a = new Animal();

    a.eat();

    Dog d = new Dog();

    d.eatTest();

  }

}

输出结果为：

animal : eat

dog : eat

animal : eat

final关键字

final 关键字声明类可以把类定义为不能继承的，即最终类；或者用于修饰方法，该方法不能被子类重写：

声明类：

final class 类名 {//类体}

声明方法

修饰符(public/private/default/protected) final 返回值类型 方法名(){//方法体}

注:实例变量也可以被定义为 final，被定义为 final 的变量不能被修改。被声明为 final 类的方法自动地声明为 final，但是实例变量并不是 final

构造器

子类是不继承父类的构造器（构造方法或者构造函数）的，它只是调用（隐式或显式）。如果父类的构造器带有参数，则必须在子类的构造器中显式地通过 super 关键字调用父类的构造器并配以适当的参数列表。

如果父类构造器没有参数，则在子类的构造器中不需要使用 super 关键字调用父类构造器，系统会自动调用父类的无参构造器。

实例

class SuperClass {

  private int n;

  SuperClass(){

    System.out.println("SuperClass()");

  }

  SuperClass(int n) {

    System.out.println("SuperClass(int n)");

    this.n = n;

  }

}

// SubClass 类继承

class SubClass extends SuperClass{

  private int n;

  SubClass(){ // 自动调用父类的无参数构造器

    System.out.println("SubClass");

  }  

  public SubClass(int n){

    super(300);  // 调用父类中带有参数的构造器

    System.out.println("SubClass(int n):"+n);

    this.n = n;

  }

}

// SubClas2 类继承

class SubClass2 extends SuperClass{

  private int n;

  SubClass2(){

    super(300);  // 调用父类中带有参数的构造器

    System.out.println("SubClass2");

  }  

  public SubClass2(int n){ // 自动调用父类的无参数构造器

    System.out.println("SubClass2(int n):"+n);

    this.n = n;

  }

}

public class TestSuperSub{

  public static void main (String args[]){

    System.out.println("------SubClass 类继承------");

    SubClass sc1 = new SubClass();

    SubClass sc2 = new SubClass(100);

    System.out.println("------SubClass2 类继承------");

    SubClass2 sc3 = new SubClass2();

    SubClass2 sc4 = new SubClass2(200);

  }

}

输出结果为：

------SubClass 类继承------

SuperClass()

SubClass

SuperClass(int n)

SubClass(int n):100

------SubClass2 类继承------

SuperClass(int n)

SubClass2

SuperClass()

SubClass2(int n):200

Java 封装

在面向对象程式设计方法中，封装（英语：Encapsulation）是指一种将抽象性函式接口的实现细节部份包装、隐藏起来的方法。

封装可以被认为是一个保护屏障，防止该类的代码和数据被外部类定义的代码随机访问。

要访问该类的代码和数据，必须通过严格的接口控制。

封装最主要的功能在于我们能修改自己的实现代码，而不用修改那些调用我们代码的程序片段。

适当的封装可以让程式码更容易理解与维护，也加强了程式码的安全性。

封装的优点

1. 良好的封装能够减少耦合。
2. 类内部的结构可以*修改。
3. 可以对成员变量进行更精确的控制。
4. 隐藏信息，实现细节。

实现Java封装的步骤

1. 修改属性的可见性来限制对属性的访问（一般限制为private），例如：

public class Person {

    private String name;

    private int age;

}

这段代码中，将 name 和 age 属性设置为私有的，只能本类才能访问，其他类都访问不了，如此就对信息进行了隐藏。

2. 对每个值属性提供对外的公共方法访问，也就是创建一对赋取值方法，用于对私有属性的访问，例如：

public class Person{

    private String name;

    private int age;



    public int getAge(){

      return age;

    }



    public String getName(){

      return name;

    }



    public void setAge(int age){

      this.age = age;

    }



    public void setName(String name){

      this.name = name;

    }

}

采用 this 关键字是为了解决实例变量（private String name）和局部变量（setName(String name)中的name变量）之间发生的同名的冲突。

实例

让我们来看一个java封装类的例子：

EncapTest.java 文件代码：

/* 文件名: EncapTest.java */

public class EncapTest{

   private String name;

   private String idNum;

   private int age;

   public int getAge(){

      return age;

   }

   public String getName(){

      return name;

   }

   public String getIdNum(){

      return idNum;

   }

   public void setAge( int newAge){

      age = newAge;

   }

   public void setName(String newName){

      name = newName;

   }

   public void setIdNum( String newId){

      idNum = newId;

   }

}

以上实例中public方法是外部类访问该类成员变量的入口。

通常情况下，这些方法被称为getter和setter方法。

因此，任何要访问类中私有成员变量的类都要通过这些getter和setter方法。

通过如下的例子说明EncapTest类的变量怎样被访问：

RunEncap.java 文件代码：

/* F文件名 : RunEncap.java */

public class RunEncap{

   public static void main(String args[]){

      EncapTest encap = new EncapTest();

      encap.setName("James");

      encap.setAge(20);

      encap.setIdNum("12343ms");

      System.out.print("Name : " + encap.getName()+

                             " Age : "+ encap.getAge());

    }

}

以上代码编译运行结果如下:

Name : James Age : 20

Java 多态

多态是同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。

多态就是同一个接口，使用不同的实例而执行不同操作，如图所示：

多态性是对象多种表现形式的体现。

现实中，比如我们按下 F1 键这个动作：

如果当前在 Flash 界面下弹出的就是 AS 3 的帮助文档；

如果当前在 Word 下弹出的就是 Word 帮助；

在 Windows 下弹出的就是 Windows 帮助和支持。

同一个事件发生在不同的对象上会产生不同的结果。

多态的优点

1. 消除类型之间的耦合关系
2. 可替换性
3. 可扩充性
4. 接口性
5. 灵活性
6. 简化性

多态存在的三个必要条件

继承
重写
父类引用指向子类对象

比如：

Parent p = new Child();

当使用多态方式调用方法时，首先检查父类中是否有该方法，如果没有，则编译错误；如果有，再去调用子类的同名方法。

多态的好处：可以使程序有良好的扩展，并可以对所有类的对象进行通用处理。

以下是一个多态实例的演示，详细说明请看注释：

Test.java 文件代码：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

      show(new Cat());  // 以 Cat 对象调用 show 方法

      show(new Dog());  // 以 Dog 对象调用 show 方法

      Animal a = new Cat();  // 向上转型

      a.eat();               // 调用的是 Cat 的 eat

      Cat c = (Cat)a;        // 向下转型

      c.work();        // 调用的是 Cat 的 work

  }  

    public static void show(Animal a)  {

      a.eat();

        // 类型判断

        if (a instanceof Cat)  {  // 猫做的事情

            Cat c = (Cat)a;

            c.work();

        } else if (a instanceof Dog) { // 狗做的事情

            Dog c = (Dog)a;

            c.work();

        }

    }

}

abstract class Animal {

    abstract void eat();

}  

class Cat extends Animal {

    public void eat() {

        System.out.println("吃鱼");

    }

    public void work() {

        System.out.println("抓老鼠");

    }

}  

class Dog extends Animal {

    public void eat() {

        System.out.println("吃骨头");

    }

    public void work() {

        System.out.println("看家");

    }

}

执行以上程序，输出结果为：

吃鱼

抓老鼠

吃骨头

看家

吃鱼

抓老鼠

虚函数

虚函数的存在是为了多态。

Java 中其实没有虚函数的概念，它的普通函数就相当于 C++ 的虚函数，动态绑定是Java的默认行为。如果 Java 中不希望某个函数具有虚函数特性，可以加上 final 关键字变成非虚函数。

重写

我们将介绍在 Java 中，当设计类时，被重写的方法的行为怎样影响多态性。

我们已经讨论了方法的重写，也就是子类能够重写父类的方法。

当子类对象调用重写的方法时，调用的是子类的方法，而不是父类中被重写的方法。

要想调用父类中被重写的方法，则必须使用关键字 super。

Employee.java 文件代码：

/* 文件名 : Employee.java */

public class Employee {

   private String name;

   private String address;

   private int number;

   public Employee(String name, String address, int number) {

      System.out.println("Employee 构造函数");

      this.name = name;

      this.address = address;

      this.number = number;

   }

   public void mailCheck() {

      System.out.println("邮寄支票给： " + this.name

       + " " + this.address);

   }

   public String toString() {

      return name + " " + address + " " + number;

   }

   public String getName() {

      return name;

   }

   public String getAddress() {

      return address;

   }

   public void setAddress(String newAddress) {

      address = newAddress;

   }

   public int getNumber() {

     return number;

   }

}

假设下面的类继承Employee类：

Salary.java 文件代码：

/* 文件名 : Salary.java */

public class Salary extends Employee

{

   private double salary; // 全年工资

   public Salary(String name, String address, int number, double salary) {

       super(name, address, number);

       setSalary(salary);

   }

   public void mailCheck() {

       System.out.println("Salary 类的 mailCheck 方法 ");

       System.out.println("邮寄支票给：" + getName()

       + " ，工资为：" + salary);

   }

   public double getSalary() {

       return salary;

   }

   public void setSalary(double newSalary) {

       if(newSalary >= 0.0) {

          salary = newSalary;

       }

   }

   public double computePay() {

      System.out.println("计算工资，付给：" + getName());

      return salary/52;

   }

}

现在我们仔细阅读下面的代码，尝试给出它的输出结果：

VirtualDemo.java 文件代码：

/* 文件名 : VirtualDemo.java */

public class VirtualDemo {

   public static void main(String [] args) {

      Salary s = new Salary("员工 A", "北京", 3, 3600.00);

      Employee e = new Salary("员工 B", "上海", 2, 2400.00);

      System.out.println("使用 Salary 的引用调用 mailCheck -- ");

      s.mailCheck();

      System.out.println("\n使用 Employee 的引用调用 mailCheck--");

      e.mailCheck();

    }

}

以上实例编译运行结果如下：

Employee 构造函数

Employee 构造函数

使用 Salary 的引用调用 mailCheck --

Salary 类的 mailCheck 方法

邮寄支票给：员工 A ，工资为：3600.0

使用 Employee 的引用调用 mailCheck--

Salary 类的 mailCheck 方法

邮寄支票给：员工 B ，工资为：2400.0

例子解析

实例中，实例化了两个 Salary 对象：一个使用 Salary 引用 s，另一个使用 Employee 引用 e。
当调用 s.mailCheck() 时，编译器在编译时会在 Salary 类中找到 mailCheck()，执行过程 JVM 就调用 Salary 类的 mailCheck()。
因为 e 是 Employee 的引用，所以调用 e 的 mailCheck() 方法时，编译器会去 Employee 类查找 mailCheck() 方法。
在编译的时候，编译器使用 Employee 类中的 mailCheck() 方法验证该语句，但是在运行的时候，Java虚拟机(JVM)调用的是 Salary 类中的 mailCheck() 方法。

以上整个过程被称为虚拟方法调用，该方法被称为虚拟方法。

Java中所有的方法都能以这种方式表现，因此，重写的方法能在运行时调用，不管编译的时候源代码中引用变量是什么数据类型。

多态的实现方式

方式一：重写：

这个内容已经在上一章节详细讲过，就不再阐述，详细可访问：Java 重写(Override)与重载(Overload)。

方式二：接口

1. 生活中的接口最具代表性的就是插座，例如一个三接头的插头都能接在三孔插座中，因为这个是每个国家都有各自规定的接口规则，有可能到国外就不行，那是因为国外自己定义的接口类型。

码农公寓

Java 继承

继承的概念

生活中的继承：

类的继承格式

类的继承格式

为什么需要继承

企鹅类：

老鼠类：

公共父类：

企鹅类：

老鼠类：

继承类型

继承的特性

继承关键字

extends关键字

extends 关键字

implements关键字

implements 关键字

super 与 this 关键字

实例

final关键字

构造器

实例

Java 封装

封装的优点

实现Java封装的步骤

实例

EncapTest.java 文件代码：

RunEncap.java 文件代码：

Java 多态

多态的优点

多态存在的三个必要条件

Test.java 文件代码：

虚函数

重写

Employee.java 文件代码：

Salary.java 文件代码：

VirtualDemo.java 文件代码：

例子解析

多态的实现方式

方式一：重写：

方式二：接口

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