Java继承：抽取相同共性，实现代码复用

news2024/11/29 10:36:07

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  • 一、继承的概念
  • 二、继承的语法
  • 三、父类成员访问
    • 1、子类中访问父类成员变量
      • Ⅰ、子类和父类不存在同名成员变量
      • Ⅱ、子类和父类成员变量同名
    • 2、子类中访问父类的成员方法
      • Ⅰ、成员方法名字不同
      • Ⅱ、成员方法名字相同
    • 3、`super`关键字
    • 4、子类构造方法
    • 5、`super`和`this`的区别
  • 四、继承方式
    • 1、 `final`关键字
    • 2、继承与组合

(｡･∀･)ﾉﾞ嗨，今天让我们来一起学习一下Java的继承吧。

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，可能两个对象之间会存在某种关系。继承在编程中也是类似的概念，其中一个类可以继承另一个类的属性和方法，并且可以在此基础上添加或修改。这样可以使代码更加模块化、可维护，同时提高代码的复用性。
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一、继承的概念

假设我们现在有两个类，一个是猫类，另外一个是狗类。

// Dog.java
public class Dog{
    string name;
    int age;
    float weight;
    public void eat(){
    	System.out.println(name + "正在吃饭");
    }
    public void sleep(){
    	System.out.println(name + "正在睡觉");
    }
    void Bark(){
    	System.out.println(name + "汪汪汪~~~");
    }
}

// Cat.java
public class Cat{
    string name;
    int age;
    float weight;
    public void eat(){
   		System.out.println(name + "正在吃饭");
    }
    public void sleep()
    {
    	System.out.println(name + "正在睡觉");
    }
    void mew(){
    	System.out.println(name + "喵喵喵~~~");
    }
}

通过观察上述代码会发现，猫和狗的类中存在大量重复，如下所示：

image-20230510003440174
那能否将这些共性抽取呢？既然狗和猫都是动物，那么我们就可以将共性的内容进行抽取，然后采用继承的思想来达到共用。
image-20230510004236552
上述图示中，Dog和Cat都继承了Animal类，其中：Animal类称为父类/基类或超类，Dog和Cat可以称为Animal的子类/派生类，继承之后，子类可以复用父类中成员，子类在实现时只需关心自己新增加的成员即可。
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从上面可以看出，继承概念中可以看出继承最大的作用就是：共性的抽取，实现代码复用。

二、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 {
// ... 
}

图片描述

让我们对上面的常见用继承重新设计一下吧。
首先，我们可以创建一个父类叫做动物类。

// nimal.java
public class Animal {
    String name; // 动物的名字
    int age; // 动物的年龄
    
    // 动物吃饭的方法
    public void eat() {
        System.out.println(name + "正在吃饭");
    }

    // 动物睡觉的方法
    public void sleep() {
        System.out.println(name + "正在睡觉");
    }
}

然后，让猫类和狗类分别继承动物类。

// Dog.java
public class Dog extends Animal { // Dog类继承自Animal类
    // 狗叫的方法
    void bark() {
        System.out.println(name + "汪汪汪~~~");
    }
}


// Cat.Java
public class Cat extends Animal { // Cat类继承自Animal类
    // 猫叫的方法
    void mew() {
        System.out.println(name + "喵喵喵~~~");
    }
}

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这里，dog类和Cat类中并没有定义任何成员变量，name和age属性肯定是从父类Animal中继承下来的，其使用的eat()和sleep()方法也是从Animal中继承下来的。

注意：

  • 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

  • 子类继承父类之后，必须要新添加自己特有的成员，否则就没有必要继承了

三、父类成员访问

在继承体系中，子类将父类中的方法和字段继承下来了，那在子类中能否直接访问父类中继承下来的成员呢？

1、子类中访问父类成员变量

Ⅰ、子类和父类不存在同名成员变量

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

Ⅱ、子类和父类成员变量同名

public class Base {
    int a;
    int b;
    int c;
}
/
public class Derived extends Base{
    int a; // 与父类中成员a同名，且类型相同
    char b; // 与父类中成员b同名，但类型不同
	public void method(){
        a = 100; // 访问父类继承的a，还是子类自己新增的a？
        b = 101; // 访问父类继承的b，还是子类自己新增的b?
        c = 102; // 子类没有c，访问的肯定是从父类继承下来的c
        // d = 103; // 编译失败，因为父类和子类都没有定义成员变量b
    }
}

在子类方法中 或者 通过子类对象访问成员时：

  • 如果访问的成员变量子类中有，优先访问自己的成员变量。

  • 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。

  • 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。

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。

2、子类中访问父类的成员方法

Ⅰ、成员方法名字不同

public class Base {
    public void methodA(){
        System.out.println("Base中的methodA()");
    }
}
/
public class Derived extends Base{
    public void methodB(){
        System.out.println("Derived中的methodB()方法");
    }
    
    public void methodC(){
        methodB(); // 访问子类自己的methodB()
        methodA(); // 访问父类继承的methodA()
        // methodD(); // 编译失败，在整个继承体系中没有发现方法methodD()
    }
}

总结：成员方法没有同名时，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。

Ⅱ、成员方法名字相同

public class Base {
    public void methodA(){
        System.out.println("Base中的methodA()");
    }
    
    public void methodB(){
        System.out.println("Base中的methodB()");
    }
}
/
public class Derived extends Base{
    public void methodA(int a) {
        System.out.println("Derived中的method(int)方法");
    }
    
    public void methodB(){
        System.out.println("Derived中的methodB()方法");
    }
    
    public void methodC(){
        methodA(); // 没有传参，访问父类中的methodA()
        methodA(20); // 传递int参数，访问子类中的methodA(int)
        methodB(); // 直接访问，则永远访问到的都是子类中的methodB()，基类的无法访问到
    }
}

【说明】

  • 通过子类对象访问父类与子类中不同名方法时，优先在子类中找，找到则访问，否则在父类中找，找到则访问，否则编译报错。

  • 通过派生类对象访问父类与子类同名方法时，如果父类和子类同名方法的参数列表不同(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。

问题：如果子类中存在与父类中相同的成员时，那如何在子类中访问父类相同名称的成员呢？

在Java中，如果子类中存在与父类中相同名称的成员，那么在子类中默认访问的是子类自己的成员。要在子类中访问父类的同名成员，可以使用super关键字。super关键字用于引用当前子类实例的直接父类。

3、super关键字

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。

public class Base {
    int a; // 基类中的成员变量
    int b; // 基类中的成员变量
    
    public void methodA(){
        System.out.println("Base中的methodA()"); // 打印表明在基类中的语句
    }
    
    public void methodB(){
        System.out.println("Base中的methodB()"); // 打印表明在基类中的语句
    }
}

/

public class Derived extends Base {
    int a; // 使用相同的名称和类型遮蔽了基类中的成员变量'a'
    char b; // 使用相同的名称但不同类型遮蔽了基类中的成员变量'b'
    
    // 重载了基类中的methodA()
    public void methodA(int a) {
        System.out.println("Derived中的method()方法"); // 打印表明在派生类中的语句
    }
    
    // 重写了基类中的methodB()
    public void methodB(){
        System.out.println("Derived中的methodB()方法"); // 打印表明在派生类中的语句
    }
    
    public void methodC(){
        // 对于同名的成员变量，直接访问时，访问的是派生类中的变量
        this.a = 100; // 等价于：this.a = 100;
        this.b = 101; // 等价于：this.b = 101;
        
        // 注意：'this' 是当前对象的引用
        
        // 要访问基类中的成员变量，需要使用'super'关键字
        super.a = 200;
        super.b = 201;
        
        // 在基类和派生类中都存在重载的方法，可以通过参数列表区分访问基类还是派生类的方法
        methodA(); // 没有传参，访问基类中的methodA()
        methodA(20); // 传递int参数，访问派生类中的methodA(int)
        
        // 要访问重写的基类方法，需要使用'super'关键字
        methodB(); // 直接访问，则永远访问派生类中的methodB()，无法访问基类的
        super.methodB(); // 访问基类的methodB()
    }
}

在子类方法中，如果想要明确访问父类中成员时，借助super关键字即可。

【注意事项】

  • 只能在非静态方法中使用。

  • 在子类方法中，访问父类的成员变量和方法。

4、子类构造方法

在这里插入图片描述
子类对象构造时，需要先调用基类（父类）构造方法，然后执行子类的构造方法。

public class Base {
    public Base(){
        System.out.println("Base()"); // 打印在基类构造方法中的语句
    }
}

public class Derived extends Base{
    public Derived(){
        // super(); 注意：子类构造方法中默认会调用基类的无参构造方法：super()
        // 当用户没有显式写出时，编译器会自动添加super()，并且super()必须是子类构造方法中的第一条语句，
        // 并且只能出现一次
        System.out.println("Derived()"); // 打印在派生类构造方法中的语句
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Derived d = new Derived(); // 创建派生类的实例
    }
}
结果打印：
    Base()
    Derived()

在子类的构造方法中，如果没有显式地写出关于基类构造的代码，那么在构造子类对象时会先执行基类的构造方法，然后再执行子类的构造方法。

这是因为子类对象的成员由两部分组成：继承自基类的部分和子类新增加的部分。

因此，在构造子类对象时，需要先调用基类的构造方法来构造继承下来的成员，然后再调用子类自己的构造方法来初始化子类新增加的成员。

需要注意以下几点：

  1. 如果父类显式地定义了无参或默认的构造方法，那么在子类的构造方法中，默认会隐含地调用super()，即调用基类的构造方法。
  2. 如果父类的构造方法带有参数，那么在子类中就需要显式地定义构造方法，并在子类的构造方法中选择适合的父类构造方法进行调用，否则会导致编译错误。
  3. 在子类的构造方法中，通过super(...)调用父类构造方法时，必须作为子类构造函数中的第一条语句。
  4. super(...)只能在子类的构造方法中出现一次，并且不能与this同时出现。

5、super和this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】

  • 都是Java中的关键字

  • 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

  • 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】

  • 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

image-20230511174010010

  • 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

  • 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

  • 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(...)用户不写则没有

四、继承方式

在Java中只支持以下几种继承方式：

image-20230512151133518
注意：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了。如果想从语法上进行限制继承, 就可以使用final 关键字。

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1、 final关键字

final关键可以用来修饰变量、成员方法以及类。

final修饰符大多数应用于基本类型域，或不可变类的域。

将方法或者类的声明为final的主要目的是：确保它们不会在子类中改变语义。

  • 修饰变量或字段，表示常量(即不能修改)
final int a = 10;
a = 20; // 编译出错
  • 修饰类：表示此类不能被继承
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

image-20230512151520650

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

  • 修饰方法：表示该方法不能被重写

2、继承与组合

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。

组合（或聚合）是另一种关系，表示一个类是由其他类的对象组成的。换句话说，一个类的对象包含了其他类的对象。这种关系通常被描述为“有-a"关系。例如，一辆汽车有一个引擎和四个轮子，因此汽车类可以包含一个引擎对象和四个轮子对象。
image-20230512151945967
组合的主要优点是它提供了更好的封装，更强的代码灵活性，更易于修改和维护。由于类之间的关系不再像继承那样紧密，所以修改一个类的实现不太可能影响到使用该类的其他类。此外，组合也使得代码更加模块化，每个类都专注于一个单一的职责。

然而，组合也有一些缺点。它可能导致更复杂的代码，因为你需要管理和协调多个对象之间的交互。选择使用继承还是组合通常取决于具体的需求和上下文。

一般来说，如果两个类之间存在"is-a"（是一个）的关系，比如“苹果是一种水果”，那么继承可能是最好的选择；如果两个类之间存在"has-a"（有一个）的关系，比如“汽车有一个引擎”，那么组合可能是更好的选择。

更详细的可以看这个大佬的文章：深入理解Java中的组合和继承

继承就先说到这里了，我们下次再见！

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