Java复习3-类的继承

2022-04-18 21:13:50

前言

本次学习面向对象设计的另外一个基本概念：继承（inheritance）。这是Java程序设计中的一项核心技术。另外，还要学习反射(reflection)的概念。

继承

类、超类、子类

public class Manager extends Employee{
    //...
}

关键字extends表明正在构造的新类派生于一个已存在的类。已存在的类称为超类(superclass)、基类(base class)或父类(parent class); 新类称为子类(sbclass)、派生类(derived class)、孩子类(childe class).

覆盖方法

子类继承父类的字段和方法，但有些方法子类想要修改，可以使用覆盖(override)。

public class Employee {

    private String name;
    private int salary;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getSalary() {
        return salary;
    }

    public void setSalary(int salary) {
        this.salary = salary;
    }
}
public class Manager extends Employee {

    private int bonus;

    public int getBonus() {
        return bonus;
    }

    public void setBonus(int bonus) {
        this.bonus = bonus;
    }

    @Override
    public String getName() {
        return "manager: " + super.getName();
    }

    @Override
    public int getSalary() {
        return super.getSalary() + bonus;
    }
}

extends关键字记得带s
超类的private字段是不能直接在子类中调用的，子类只能调用父类的protected和默认方法
覆盖的要求是完全一致，即子类的方法名，参数类型和顺序，返回值要完全一致
对于要覆盖的方法要添加注解@Overide
想要调用父类的同名方法，使用supper
子类覆盖父类的方法的权限不可以比父类小，父类是public的，子类也只能是public，父类是protected，子类不能是private

值得关注的是子类不能继承父类的private相关字段和方法。

多态

Employee manager = new Manager();

可以将子类赋值给父类。那么，我们创建多个子类，都可以赋值给Employee，employee在运行时可以知道具体是哪个子类的实例，但只能执行父类已有的方法。即子类新加的方法不能执行。子类覆盖的方法可以执行。

一个对象变量可以指示多种实际类型的现象被称为多态(polymorphism)。在运行时能够自动地选择调用哪个方法的现象称为动态绑定(dynamic binding).

Java不支持多继承，一个类只能继承一个类，而不是多个。要想要实现多个，可以使用接口。

所有的类都继承Object对象。

多态可以用关系is-a来描述，表明程序中出现超类的任何地方都可以用子类对象置换。

理解方法调用

假设要调用x.f(args), 隐式参数x声明为类C的一个对象。下面是调用过程的详细描述:

1)编译器查看对象的声明类型和方法名。假设调用x.f(args),且隐士参数x声明为C类对象。需要注意的是：有可能存在多个名字为f，但参数类型不一样的方法。例如，可能存在多个名字为f，但参数类型不一样的方法。例如，可能存在方法f(int)和方法f(String). 编译器会一一列举所有C类中名为f的方法和其超类中访问属性为public且名为f的方法(超类的私有方法不可访问)。

至此，编译器已获得所有可能被调用的候选方法。

2)接下来，编译器将查看调用方法时提供的参数类型。如果在所有名为f的方法中存在一个与提供的参数类型完全匹配，将选择这个方法。这个过程被称为重载解析(overloading resolution)。例如，对于调用x.f("Hello")，编译器将会挑选f(String), 而不是f(int). 由于允许类型转换(int可以转double，Manager可以转Employee), 所以这个过程可能很复杂。如果编译器找不到与参数匹配的方法，或发现经过类型转换后有多个方法与之匹配，将会报告一个错误。

至此，编译已获得需要调用的方法名字和参数类型。

3)如果是private方法、static方法、final方法或者构造器，那么编译器将可以准确地知道应该调用哪个方法，我们将这种调用方式成为静态绑定(static binding)。与之对应，调用的方法依赖于隐士参数的实际类型，并且在运行时实现动态绑定。

4)当程序运行，并且采用动态绑定调用方法时，虚拟机一定调用与x所引用对象的实际类型最合适的那个类的方法。假设x的实际类型是D, 它是C类的子类。如果D类定义了方法f(String), 就直接调用它，否则，将在D类的超类中寻找f(String)，以此类推。

每次调用方法都要进行搜索，时间开销相当大。因此，虚拟机预先为每个类创建了一个方法表(method table)，其中列出了所有方法的签名和实际调用的方法。这样一来，在真正调用方法的时候，虚拟机仅查找这个表就行了。

动态绑定有一个非常重要的特性：无需对现存程序进行扩展。

阻止继承：final类和方法

有时候，可能希望阻止人们利用某个类定义的子类。不允许扩展的类被成为final类。如果在定义类的时候使用了final修饰符就表明这个类是final类。

类的特定方法也可以声明为final的。这样，子类就不能覆盖这个方法(final类中的所有方法自动成为final方法)。

我们将方法声明为final的主要目的是：确保他们不会在子类中改变语义。

强制转换

只能在继承层次内进行类型转换。

在将超类转换成子类之前，应该使用instanceof进行检查。

抽象类

用abstract修饰的类是抽象类。用abstract修饰的方法是抽象方法。

抽象类不能实例化。抽象方法没有方法体。

受保护访问

仅本类可见--private
所有类可见--public
对本包和所有子类可见--protected
对本包可见--默认，不需要修饰符

equals方法

java.util.Objects#equals

public static boolean equals(Object a, Object b) {
    return (a == b) || (a != null && a.equals(b));
}

java.util.Arrays#equals(long[], long[])

 public static boolean equals(long[] a, long[] a2) {
    if (a==a2)
        return true;
    if (a==null || a2==null)
        return false;

    int length = a.length;
    if (a2.length != length)
        return false;

    for (int i=0; i<length; i++)
        if (a[i] != a2[i])
            return false;

    return true;
}

hashcode

java.util.Objects#hashCode

public static int hashCode(Object o) {
    return o != null ? o.hashCode() : 0;
}

java.util.Arrays#hashCode(long[])


public static int hashCode(long a[]) {
    if (a == null)
        return 0;

    int result = 1;
    for (long element : a) {
        int elementHash = (int)(element ^ (element >>> 32));
        result = 31 * result + elementHash;
    }

    return result;
}

对象包装器与自动装箱

所有的基本类型都有一个与之对应的类。Integer对应int。这些类称为包装器（wrapper）.

对象包装器不可变，且是final的。

int当做Integer叫做自动装箱（autoboxing）


list.add(1) 会被编译器编译成

list.add(Integer.valueOf(3))

Integer当做int叫做自动拆箱。

装箱和拆箱是编译器认可的，而不是虚拟机。编译器在生成类的字节码时，插入必要的方法调用。虚拟机只是执行这些字节码。

反射

反射库（reflection library）提供了一个非常丰富且精心设计的工具集，以便编写能够动态操纵Java代码的程序。

Class类

Class类保存了Java对象归属类的信息。

虚拟机为每个类型管理一个Class对象。所以，只有是这个类的Class对象，都是同一个。如何获得这个Class呢？

//通过类名获取
Class clazz = Employee.class;

Employee employee = new Employee();

//通过实例获取
Class<? extends Employee> aClass = employee.getClass();
String name = aClass.getName();
assertEquals("com.test.java.clazz.polimophic.entity.Employee", name);

//通过名字加载
Class<?> fromName = Class.forName("com.test.java.clazz.polimophic.entity.Employee");

另外，数组的class对象有点特殊。

String doubleArrayName = Double[].class.getName();
assertEquals("[Ljava.lang.Double;", doubleArrayName);

String intArrayName = int[].class.getName();
assertEquals("[I", intArrayName);

那么，我拿到Class对象如何确定是不是我需要的呢，用equals比较吗？因为虚拟机为每个类管理一个Class对象，所以可以用==。

对于上述三种方式获得的Class对象

assertTrue(clazz == aClass);
assertEquals(clazz, aClass);
assertEquals(clazz, fromName);

Class.forName("xxx.xx.xxx")会抛出一个检查性异常，如果找不到class会报ClassNotFoundException.

利用反射分析类的能力

在java.lang.reflect包中有三个类Field、Method和Constructor分别用户描述类的字段、方法和构造器。这三个类都有一个getName方法，返回名称。

Field类有个getType方法，返回描述字段所属的Class对象。

Method和Constructor类有能够报告参数类型的方法，Method类还有一个可以报告返回类型的方法。

这三个类还有一个叫做getModifiers的方法，它将返回一个整型数值，用不同的位开关描述public和static这样的修饰符使用情况。总之Modifiers提供了修饰符的判断方法。

Class类中的getFields、getMethods和getConstructors方法将分别返回类提供的public字段、方法和构造器组，其中包括超类的共有成员。

Class类的getDeclareFields、getDeclareMethods和getDeclareConstructors方法将分别返回类中声明的全部字段、方法和构造器，其中包括私有和受保护的成员，但不包括超类的成员。

获取Class name, 修饰符，父类

public void printClazz() {
    Class clazz = Employee.class;
    Class superclass = clazz.getSuperclass();
    String modifiers = Modifier.toString(clazz.getModifiers());
    if (modifiers.length()>0){
        System.out.print(modifiers + " ");
    }

    System.out.println("class " + clazz.getName());

    if (superclass!=null && superclass != Object.class){
        System.out.print(" extends " + superclass.getName());
    }
}

打印：

public class com.test.java.clazz.polimophic.entity.Employee

获取构造器

@Test
public void prinConstructor() {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    Class clazz = Manager.class;
    Constructor[] declaredConstructors = clazz.getDeclaredConstructors();
    for (Constructor declaredConstructor : declaredConstructors) {
        String name = declaredConstructor.getName();
        String modifiers = Modifier.toString(clazz.getModifiers());
        if (modifiers.length()>0){
            sb.append(modifiers).append(" ");
        }
        sb.append(name).append("(");

        //打印参数
        Class[] parameterTypes = declaredConstructor.getParameterTypes();
        for (int i = 0; i < parameterTypes.length; i++) {
            if (i>0){
                sb.append(", ");
            }
            sb.append(parameterTypes[i].getName());
        }
        sb.append(");");
    }

    assertEquals("public com.test.java.clazz.polimophic.entity.Manager(java.lang.String, int, int);", sb.toString());
}

打印声明的方法

只打印自己的声明的方法，而不包含父类的。

/**
 *  public java.lang.String getName();
 *  public int getSalary();
 *  public void setBonus(arg0);
 *  public int getBonus();
 */
@Test
public void printMethod() {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    Class clazz = Manager.class;
    Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods();
    for (Method method : methods) {
        Class<?> returnType = method.getReturnType();
        String name = method.getName();

        System.out.print(" ");
        String modifiers = Modifier.toString(method.getModifiers());
        if (modifiers.length()>0){
            System.out.print(modifiers + " ");
        }

        System.out.print(returnType.getName() + " " + name + "(");

        Parameter[] parameters = method.getParameters();
        for (int i = 0; i < parameters.length; i++) {
            if (i>0){
                System.out.print(", ");
            }
            System.out.print(parameters[i].getName());
        }
        System.out.print(");\n");
    }
}

打印声明的字段

/**
 *  private int bonus;
 */
@Test
public void printFields() {
    Class clazz = Manager.class;
    Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
    for (Field declaredField : declaredFields) {
        Class<?> type = declaredField.getType();
        String name = declaredField.getName();
        System.out.print(" ");
        String modifiers = Modifier.toString(declaredField.getModifiers());
        if (modifiers.length() > 0) {
            System.out.print(modifiers + " ");
        }
        System.out.println(type.getName() + " " + name + ";");
    }
}

获取某个字段的value

Field提供了get方法，来获取字段value。

@Test
public void getFieldVal() throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
    Manager manager = new Manager("a", 1, 100);
    Class<? extends Manager> clazz = manager.getClass();
    Field bonus = clazz.getDeclaredField("bonus");
    bonus.setAccessible(true);
    Object bonusVal = bonus.get(manager);
    System.out.println((int)bonusVal);
    System.out.println(bonus.getInt(manager));
}

有几个需要注意的地方。

clazz.getDeclaredField("bonus"); 注意参数的内容要和filed一致
由于该字段是private的，不能直接获取，需要设置访问权限，强制获取，bonus.setAccessible(true);
Field.get(instance)这个方法返回Object对象，可以强转，也可以使用其他api、

修改某个字段的value

能读就能写

@Test
public void writeFiledVal() throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
    Manager manager = new Manager("a", 1, 100);
    Class<? extends Manager> clazz = manager.getClass();
    Field bonus = clazz.getDeclaredField("bonus");
    bonus.setAccessible(true);
    bonus.set(manager, 1000);

    assertEquals(1000, manager.getBonus());
}

利用反射创建一个对象

前面获取到constructor之后就可以使用newInstance方法来创建新对象了。

@Test
public void newInstanceTest()
    throws IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException, NoSuchMethodException {
    Class clazz = Manager.class;
    Constructor constructor = clazz.getConstructor(String.class, int.class, int.class);
    Manager instance = (Manager) constructor.newInstance("a", 1, 1);
    assertEquals(1, instance.getBonus());
}

需要注意的是基本类型的class是int.class，而不是Integer.class.
`

利用反射创建数组

数组和普通对象有所不同。下面演示通过反射拷贝数组。

private Object goodCopyOf(Object a, int newLength) {
    Class cl = a.getClass();
    if (!cl.isArray()) {
        return null;
    }

    int length = Array.getLength(a);
    Object newArray = Array.newInstance(cl.getComponentType(), newLength);
    System.arraycopy(a, 0, newArray, 0, Math.min(length, newLength));
    return newArray;
}
@Test
public void newArray() {
    int[] a = {1,2,3};
    int[] a2 =(int[]) goodCopyOf(a, 2);
    assertEquals(1, a2[0]);
    assertEquals(2, a2[1]);

    String[] str = {"a","b","c"};
    String[] str2 = (String[]) goodCopyOf(str, 2);
    assertEquals("a", str2[0]);
    assertEquals("b", str2[1]);
}

反射执行instance的某个方法

@Test
public void invokeMethod()
    throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
    Manager manager = new Manager("a", 1, 100);
    Class<? extends Manager> clazz = manager.getClass();
    Method method = clazz.getDeclaredMethod("getBonus");
    int rs = (int) method.invoke(manager);
    assertEquals(100, rs);

    Method setBonus = clazz.getDeclaredMethod("setBonus", int.class);
    Object invoke = setBonus.invoke(manager, 0);
    assertNull(invoke);
    assertEquals(0, manager.getBonus());
}

继承的设计技巧

将公共操作和字段放在超类
不要使用受保护的字段，非必须要，不要使用protected，而推荐用private
使用继承实现is-a的关系，不是这样关系的类不应该使用继承
除非所有继承的方法都有意义，否则不要使用继承
在覆盖方法时，不要改变预期的行为
使用多态，而不是类型信息

来源

Java核心技术卷一原书第10版

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