面向对象的三大特性

个人主页：告别，今天

个人专栏：java趣味之旅

本专栏旨在分享学习网络编程的学习心得和复习总结，欢迎大家在评论区交流讨论

1. 封装

1.1 封装的概念

面向对象程序三大特性：封装、继承、多态。而类和对象阶段，主要研究的就是封装特性。何为封装呢？简单来说就是套壳屏蔽细节。

比如：对于手机这样一个复杂的设备，提供给用户的就只是：开关机、通过键盘输入，打电话等，让用户来和手机进行交互，完成日常事务。但实际上：手机真正工作的却是CPU、GPU、内存等一些硬件元件。

public class Base {
int a;
int b;
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{
int a; // 与父类中成员变量同名且类型相同
char b; // 与父类中成员变量同名但类型不同
// 与父类中methodA()构成重载
public void methodA(int a) {
System.out.println("Derived中的method()方法");
}
// 与基类中methodB()构成重写(即原型一致，重写后序详细介绍)
public void methodB(){
System.out.println("Derived中的methodB()方法");
}
public void methodC(){
// 对于同名的成员变量，直接访问时，访问的都是子类的
a = 100; // 等价于： this.a = 100;
b = 101; // 等价于： this.b = 101;
// 注意：this是当前对象的引用
// 访问父类的成员变量时，需要借助super关键字
// super是获取到子类对象中从基类继承下来的部分
super.a = 200;
super.b = 201;
// 父类和子类中构成重载的方法，直接可以通过参数列表区分清访问父类还是子类方法
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)
// 如果在子类中要访问重写的基类方法，则需要借助super关键字
methodB(); // 直接访问，则永远访问到的都是子类中的methodA()，基类的无法访问到
super.methodB(); // 访问基类的methodB()
}
}

封装：将数据和操作数据的方法进行有机结合，隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口来和对象进行交互

1.2访问修饰限定符

Java中主要通过类和访问权限来实现封装：类可以将数据以及封装数据的方法结合在一起，更符合人类对事物的认知，而访问权限用来控制方法或者字段能否直接在类外使用。Java中提供了四种访问限定符：

如图所示

比如：

public：可以理解为一个人的外貌特征，谁都可以看得到

protected: 继承时详细介绍

default: 对于自己家族中(同一个包中)不是什么秘密，对于其他人来说就是隐私了

private：只有自己知道，其他人都不知道

补充点：Generate的运用（快捷键Ait + insert）

多选 :按住Shift

【说明】:

1.protected 主要是用在继承中，继承部分详细介绍

2.default 权限指：什么都不写时的默认权限

3.访问权限除了可以限定类中成员的可见性，也可以控制类的可见性

对比可以看出：default不能被其他包的类访问

对比可以看出：private属性：只能在Computer类中访问，不能被其他类访问

注意：一般情况下成员变量设置为private，成员方法设置为public。

1.3 封装扩展之包

1.3.1 包的概念

在面向对象体系中，提出了一个软件包的概念，即：为了更好的管理类，把多个类收集在一起成为一组，称为软件包。有点类似于目录。比如：为了更好的管理电脑中的歌曲，一种好的方式就是将相同属性的歌曲放在相同文件下，也可以对某个文件夹下的音乐进行更详细的分类。

在Java中也引入了包，包是对类、接口等的封装机制的体现，是一种对类或者接口等的很好的组织方式，比如：一个包中的类不想被其他包中的类使用。包还有一个重要的作用：在同一个工程中允许存在相同名称的类，只要处在不同的包中即可。

1.3.2 导入包中的类

Java 中已经提供了很多现成的类供我们使用. 例如Date类：可以使用 java.util.Date 导入 java.util 这个包中的 Date类.

public class Test {
public static void main(String[] args) {
java.util.Date date = new java.util.Date();
// 得到一个毫秒级别的时间戳
System.out.println(date.getTime());
}
}

但是这种写法比较麻烦一些, 可以使用 import语句导入包.

import java.util.Date;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Date date = new Date();
// 得到一个毫秒级别的时间戳
System.out.println(date.getTime());
}
}

如图

按住Ait鼠标点击，就能进入Date的源码

再按Ait+7就可以看到Date类里面所有的方法（左下角）

那我们不禁产生一个问题，我们导入包中的类在不在Java的包中呢？

如果需要使用 java.util 中的其他类, 可以使用 import java.util.*通配符

import java.util.*;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Date date = new Date();
// 得到一个毫秒级别的时间戳
System.out.println(date.getTime());
}
}

但是我们更建议显式的指定要导入的类名. 否则还是容易出现冲突的情况.

import java.util.*;
import java.sql.*;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// util 和 sql 中都存在一个 Date 这样的类, 此时就会出现歧义, 编译出错
Date date = new Date();
System.out.println(date.getTime());
}
}
// 编译出错
Error:(5, 9) java: 对Date的引用不明确
java.sql 中的类 java.sql.Date 和 java.util 中的类 java.util.Date 都匹配

在这种情况下需要使用完整的类名

import java.util.*;
import java.sql.*;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
java.util.Date date = new java.util.Date();
System.out.println(date.getTime());
}
}

可以使用import static导入包中静态的方法和字段

import static java.lang.Math.*;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
double x = 30;
double y = 40;
// 静态导入的方式写起来更方便一些.
// double result = Math.sqrt(Math.pow(x, 2) + Math.pow(y, 2));
double result = sqrt(pow(x, 2) + pow(y, 2));
System.out.println(result);
}
}

注意事项: import 和 C++ 的 #include 差别很大. C++ 必须 #include 来引入其他文件内容, 但是 Java 不需要.import 只是为了写代码的时候更方便. import 更类似于 C++ 的 namespace 和 using

1.3.3自定义包

基本规则：

在文件的最上方加上一个 package 语句指定该代码在哪个包中.

包名需要尽量指定成唯一的名字, 通常会用公司的域名的颠倒形式(例如 com.baidu.test ).

包名要和代码路径相匹配. 例如创建 com.bit.demo1 的包, 那么会存在一个对应的路径com/baidu/test 来存储代码.

如果一个类没有 package 语句, 则该类被放到一个默认包中（src中）

如图：新建包

输入包名：

把此设置关掉就可以开启分级目录

输入类名：

右键直接找到文件目录

如图：

同时我们也看到了, 在新创建的 Test.java 文件的最上方, 就出现了一个 package 语句

package作用：声明当前java文件在那个包底下

1.3.4 包的访问权限控制举例

Computer类位于com.baidu.test包中，TestComputer位置com.baidu.test1包中：

1.3.5 常见的包

1. java.lang:系统常用基础类(String、Object),此包从JDK1.1后自动导入。

2. java.lang.reflect:java 反射编程包;

3. java.net:进行网络编程开发包。

4. java.sql:进行数据库开发的支持包。

5. java.util:是java提供的工具程序包。(集合类等) 非常重要

6. java.io:I/O编程开发包。

以上的包我们会在学习中逐步深入

2. 继承

2.1 为什么需要继承

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，事物之间可能会存在一些关联，那在设计程序是就需要考虑。

如图，它们的最显著的特征是什么？

对，都是动物，有点不讲武德，但我是作者我说的算！！！！

使用Java语言来进行描述，就会设计出：

// Fish.java
public class Fish{
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 + "正在游");

}
}
// Rabbit.java
public class Rabbit{
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 + "正在打洞");
}
}

通过观察上述代码会发现，代码中存在大量重复，如下所示

那能否将这些共性抽取呢？面向对象思想中提出了继承的概念，专门用来进行共性抽取，实现代码复用。

2.2 继承的概念

继承(inheritance)机制：是面向对象程序设计使代码可以复用的最重要的手段，它允许程序员在保持原有类特性的基础上进行扩展，增加新功能，这样产生新的类，称派生类。继承呈现了面向对象程序设计的层次结构，体现了由简单到复杂的认知过程。继承主要解决的问题是：共性的抽取，实现代码复用

像我们上面举的例子，就可以用继承的思想来达到共用

上述图示中，Fish和Rabbit都继承了Animal类，其中：Animal类称为父类/基类或超类，Fish和Rabbit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。

从继承概念中可以看出继承最大的作用就是：实现代码复用，还有就是来实现多态(后序讲)。

2.3 继承的意义

通过设计继承的过程你可以累积面向对象的经验值。通过提取出一组类间共同的抽象性，你能够排除掉重复的程序代码而将这个部分放在父类中。如此一来，如果有共同的部分需要改变，就只会有一个地方要修改而已,且这样的改变会应用到所有继承此行为的类。修改之后只需要重新编译就行，不必动子类!
换上改变过的父类，则所有扩充过它的类都会自动使用到新的版本。
Java程序只是由一堆类组成的，因此，子类不需要重新编译就能运用到新版本的父类。如果父类没有破坏到子类,万事都会OK(稍后我们会讨论到何谓破坏，现在你可以先想象如果父类修改了方法的参数数目、类型或返回类型会怎么样)。

避免了代码的重复性

在单一的位置定义共同程序代码，然后让子类继承父类的程序代码。当你想要改变这个行为程序时，只需修改这个地方，而子类就会发生同样的改变。

2. 定义出共同的协议

2.3.1 什么是协议呢？

继承让你可以确保某个父型之下的所有类都会有父型所持有的全部可继承方法。也就是说你会通过继承来定义相关内间的共同协议。

当你在父类中定义方法时,它们会被子类继承，这样你就是在对其他程序代码声明:“我所有的子类（例如说subclass)都能用这些方法来执行这几项工作……”。

也就是说你拟出了一份“合约”。
Animal这个类拟出所有动物子型的共同协议

要记得，当我们说所有的动物时，意思是Animal以及所有继承过Animal的类。也就是说在继承层次上方有Animal的任何一个类。

2.4 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 {

// ...

}

对2.2中场景使用继承方式重新设计：

// Animal.java
public class Animal{
String name;
int age;
public void eat(){
System.out.println(name + "正在吃饭");
}
public void sleep(){
System.out.println(name + "正在睡觉");
}
}
// Fish.java
public class Fish extends Animal{
void bark(){
System.out.println(name + "正在游");
}
}
// Rabbit.Java
public class Rabbit extends Animal{
void mew(){
System.out.println(name + "正在打洞");
}
}
// TestExtend.java
public class TestExtend {
public static void main(String[] args) {
Fish fish = new Fish();
// fish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
System.out.println(fish.name);
System.out.println(fish.age);
// fish访问的eat()和sleep()方法也是从Animal中继承下来的
fish.eat();
fish.sleep();
fish.bark();
}
}

注意：

1. 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

2. 子类继承父类之后，必须要新添加自己特有的成员，体现出与基类的不同，否则就没有必要继承了(不报错，画蛇添足)

2.5 是一个与有一个（继承与组合）

2.5.1 是一个

继承表示对象之间是is-a的关系，比如：狗是动物，猫是动物

当一个类继承自另外一个类时,我们会说这是子类去继承父类。若你想要知道某物是否应该要继承另一物时,则可以用IS-A 测试来检验。
三角形是一个多边型……嗯，没错。外科医生是一个医生……OK。哈啰凯蒂是一个猫……算是吧。澡盆是一个浴室……失败!
大肠没有洗干净……失败中的失败!要确认你的设计是否正确，使用这样的测试来加以检验。如果不合理,表示你的设计有问题。
浴室与澡盆确实有关联,但不是继承上的关系。浴室与澡盆发生的是HAS-A的关系。如果“浴室有一个澡盆”成立的话,这表示浴室带有澡盆的实例变量。也就是说浴室会有个澡盆的引用,但是浴室并没有继承过澡盆。

2.5.2 有一个

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。

组合表示对象之间是has-a的关系，比如：汽车

汽车和其轮胎、发动机、方向盘、车载系统等的关系就应该是组合，因为汽车是有这些部件组成的。

// 轮胎类
class Tire{
// ...
}
// 发动机类
class Engine{
// ...
}
// 车载系统类
class VehicleSystem{
// ...
}
class Car{
private Tire tire; // 可以复用轮胎中的属性和方法
private Engine engine; // 可以复用发动机中的属性和方法
private VehicleSystem vs; // 可以复用车载系统中的属性和方法
// ...
}
// 奔驰是汽车
class Benz extend Car{
// 将汽车中包含的：轮胎、发送机、车载系统全部继承下来
}

组合和继承都可以实现代码复用，应该使用继承还是组合，需要根据应用场景来选择，一般建议：能用组合尽量用组合。

2.6 父类成员访问

2.6.1 子类中访问父类的成员变量

1. 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
}
}

2. 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
}
}

补充：

1.this访问的时候，不仅可以访问父类的，也可以访问子类的。
2.当使用this访问父类和子类同名的成员变量的时候,子类优先。
3.super只能访问从父类继承过来的成员变量。
也可以理解为：
先在子类找，子类没有去父类找，父类也没有，编译报错。

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。（如上图：访问方法内部自己的成员变量）

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。

2.6.2 子类中访问父类的成员方法

1.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。

2. 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；（根据传入的参数进行自动匹配）

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？

2.7 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。

super是一个关键字；提高代码的可读性；使别人看到这样的访问就知道是访问父类的关键字

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】：

1. 只能在非静态方法中使用（super依赖于对象的引用）

2. 在子类方法中，访问父类的成员变量和方法。所以，super在当前类中使用，当前类一定是子类

super的三种用法：

super.方法名访问父类的成员方法

super.变量名访问父类的成员变量

super() 调用父类的构造方法

2.8 子类构造方法

父子父子，先有父再有子，即：子类对象构造时，需要先调用基类构造方法，然后执行子类的构造方法。

 class Base {
public Base(){
System.out.println("Base()");
}
}
 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(),
// 用户没有写时,编译器会自动添加，而且super()必须是子类构造方法中第一条语句，
// 并且只能出现一次
System.out.println("Derived()");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Derived d = new Derived();
}
}
结果打印：
Base()
Derived()

在子类构造方法中，并没有写任何关于基类构造的代码，但是在构造子类对象时，先执行基类的构造方法，然后执行子类的构造方法，因为：子类对象中成员是有两部分组成的，基类继承下来的以及子类新增加的部分。父子父子肯定是先有父再有子，所以在构造子类对象时候，先要调用基类的构造方法，将从基类继承下来的成员构造完整，然后再调用子类自己的构造方法，将子类自己

新增加的成员初始化完整 。

若父类显式定义无参或者默认的构造方法，在子类构造方法第一行默认有隐含的super()调用，即调用基类构造方法标题

注意：

1. 若父类显式定义无参或者默认的构造方法，在子类构造方法第一行默认有隐含的super()调用，即调用基类构造方法（和this类似，如果忘了点击传送门）

2. 如果父类构造方法是带有参数的，此时需要用户为子类显式定义构造方法，并在子类构造方法中选择合适的父类构造方法调用，否则编译失败。

3. 在子类构造方法中，super(...)调用父类构造时，必须是子类构造函数中第一条语句。

4. super(...)只能在子类构造方法中出现一次，并且不能和this同时出现（因为他们两个都只能在第一行）

2.9 super和this（重点掌握）

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】

1. 都是Java中的关键字

2. 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

3. 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】

1. 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

2. 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

3. 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

4. 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

2.10 再谈初始化

我们还记得之前讲过的代码块吗？我们简单回顾一下几个重要的代码块：实例代码块和静态代码块。在没有继承关系时的执行顺序。

class Person {
public String name;
public int age;
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
System.out.println("构造方法执行");
}
{
System.out.println("实例代码块执行");
}
static {
System.out.println("静态代码块执行");
}
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
Person person1 = new Person("bit",10);
System.out.println("============================");
Person person2 = new Person("gaobo",20);
}
}

结果：

静态代码块执行

实例代码块执行

构造方法执行

============================

实例代码块执行

构造方法执行

1. 静态代码块先执行，并且只执行一次，在类加载阶段执行

2. 当有对象创建时，才会执行实例代码块，实例代码块执行完成后，最后构造方法执行

对前面的知识进行了回顾

【继承关系上的执行顺序】

class Person {
public String name;
public int age;
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
System.out.println("父类构造方法执行");
}
{
System.out.println("父类实例代码块执行");
}
static {
System.out.println("父类静态代码块执行");
}
}
class Student extends Person{
public Student(String name,int age) {
super(name,age);
System.out.println("子类构造方法执行");
}
{
System.out.println("子类实例代码块执行");
}
static {
System.out.println("子类静态代码块执行");
}
}
public class TestDemo4 {
public static void main(String[] args) {
Student student1 = new Student("张三",19);
System.out.println("===========================");
Student student2 = new Student("gaobo",20);
}
public static void main1(String[] args) {
Person person1 = new Person("bit",10);
System.out.println("============================");
Person person2 = new Person("gaobo",20);
}
}

执行结果：

通过分析执行结果，得出以下结论：

1、父类静态代码块优先于子类静态代码块执行，且是最早执行

2、父类实例代码块和父类构造方法紧接着执行

3、子类的实例代码块和子类构造方法紧接着再执行

4、第二次实例化子类对象时，父类和子类的静态代码块都将不会再执行

2.11 继承方式

IS-A测试适用在继承层次的任何地方。如果你的继承层次树设计得很好，那么所有的子类都应该通过任一个上层父类的IS-A测试。
如果类Y是继承类X，且类Y是类Z的父类，那么Z应该能通过IS-AX的测试。

它们的继承关系;
Canine继承Animal
Wolf继承Canine
Wolf继承Animal
Canine IS-A Animal
WolfIS-A Canine
Wolf IS-A Animal

就像此处所显示出的继承树，你一定可以说:“Worf继承Animal”或“Worf Is-a Animal”。只要
Animal位于Wolf之上，Wolf IS-A Animal就一定会成立。
这张Animal继承图说明了:
“Wolf是一个Canine，因此Canine能做的事情Wolf都能做，而Wolf也是个Animal，所以Animal能做的事情Wolf也都能做”。
就算Wolf已经覆盖掉某些来自Animal或Canine的方法也一样。对其他的程序来说，它们只要知道Wolf能够执行这4个方法就行。至于它是怎么做的,或者它是覆盖过哪个类的，则一点都不重要。至少有一件事情可以确定，Wolf一定可以makeNoise()、eat()、sleep()和roam()。

那我们不禁思考以上属于什么继承？是多继承吗？

【注意】：java中没有多继承，只有多层继承，不要搞混

在Java中只支持以下几种继承方式：

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

2.12 final 关键字

final关键可以用来修饰变量、成员方法以及类。

1. 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

2. 修饰类：表示此类不能被继承

final public class Person {
...
}
public class Bird extends Animal {
...
}
// 编译出错

3. 修饰方法：表示该方法不能被重写(后序介绍)

2.13 protected 关键字

在前面章节中，为了实现封装特性，Java中引入了访问限定符，主要限定：类或者类中成员能否在类外或者其他包中被访问。

那父类中不同访问权限的成员，在子类中的可见性又是什么样子的呢？

// 为了掩饰基类中不同访问权限在子类中的可见性，为了简单类B中就不设置成员方法了
// extend01包中
public class B {
private int a;
protected int b;
public int c;
int d;
}
// extend01包中
// 同一个包中的子类
public class D extends B{
public void method(){
// super.a = 10; // 编译报错，父类private成员在相同包子类中不可见
super.b = 20; // 父类中protected成员在相同包子类中可以直接访问
super.c = 30; // 父类中public成员在相同包子类中可以直接访问
super.d = 40; // 父类中默认访问权限修饰的成员在相同包子类中可以直接访问
}
}
// extend02包中
// 不同包中的子类
public class C extends B {
public void method(){
// super.a = 10; // 编译报错，父类中private成员在不同包子类中不可见
super.b = 20; // 父类中protected修饰的成员在不同包子类中可以直接访问
super.c = 30; // 父类中public修饰的成员在不同包子类中可以直接访问
//super.d = 40; // 父类中默认访问权限修饰的成员在不同包子类中不能直接访问
}
}
// extend02包中
// 不同包中的类
public class TestC {
public static void main(String[] args) {
C c = new C();
c.method();
// System.out.println(c.a); // 编译报错，父类中private成员在不同包其他类中不可见
// System.out.println(c.b); // 父类中protected成员在不同包其他类中不能直接访问
System.out.println(c.c); // 父类中public成员在不同包其他类中可以直接访问
// System.out.println(c.d); // 父类中默认访问权限修饰的成员在不同包其他类中不能直接访问
}
}

注意：父类中private成员变量虽然在子类中不能直接访问，但是也继承到子类中了

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, 还是更希望同学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)

3. 多态

3.1 多态的概念

多态的概念：通俗来说，就是多种形态，具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生出不同的状态。（当我们引用的对象不一样，调用同一个重写的方法表现的行为不一样，这种思想叫做多态。）

总的来说：同一件事情，发生在不同对象身上，就会产生不同的结果。

3.2 向上转型和向下转型

3.2.1 向上转型

向上转型：实际就是创建一个子类对象，将其当成父类对象来使用。

语法格式：父类类型对象名 = new 子类类型()

Animal animal = new Cat("元宝",2);

animal是父类类型，但可以引用一个子类对象，因为是从小范围向大范围的转换。

猫和狗都是动物，因此将子类对象转化为父类引用是合理的大范围可以囊括小范围是安全的。

【使用场景】：

1. 直接赋值

2. 方法传参

3. 方法返回

class Animal{

    public String name;
     public int age;

    public Animal(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public void eat(){
        System.out.println(name + "吃饭");
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Animal{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

}
class Dog extends Animal{
   public Dog(String name,int age) {
       super(name,age);
   }
   public void WangWng(){
       System.out.println(name + "汪汪");
   }
}
class Cat extends Animal{
    public Cat(String name,int age) {
        super(name,age);
    }
    public void MaoMao(){
        System.out.println(name + "喵喵");
    }

}

public class Test {

    public static void func1(Animal animal) {//2.方法传参：形参为父类型引用可以接受任意子类的对象。

        System.out.println(1111);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Animal animal1 = new Dog("小狗",10);
        animal1.eat();
        animal1.WangWang;//无法调用到此类特有的方法。
    }
    public static void main2(String[] args) {
//        Dog dog = new Dog("小狗",10);
//        Animal animal = dog;//上述两行等价于下面那一行
        Animal animal1 = new Dog("小狗",10);//1.直接赋值
        Animal animal2 = new Cat("小猫",5);
        Dog dog = new Dog("小狗",10);
        Cat cat = new Cat("小猫",5);
        func1(dog);
        func1(cat);
        Animal animal = func2();//3.做返回值:返回任意子类对象。
        Animal animal11 = func3();
    }
    public static Animal func2() {
        return new Dog("小狗",10);//所有属于Animal的子类都可以返回，包括自身。
    }
    public static Dog func3() {
        return new Dog("小狗",10);// 等价于 Dog dog = new Dog("小狗",10); return dog;
       // return new Cat("小狗",10);//因为返回值为子类对象，所以只能固定的接收子类对象,如果为其他，则报错。
    }
    public static void main1(String[] args) {

    }
}

向上转型的优点：让代码实现更简单灵活。

向上转型的缺陷：不能调用到子类特有的方法。

那么如何才能调用子类呢？这就需要重写了。（稍后就讲）

3.2.2 向下转型

将一个子类对象经过向上转型之后当成父类方法使用，再无法调用子类的方法，但有时候可能需要调用子类特有的方法，此时：将父类引用再还原为子类对象即可，即向下转换

public class TestAnimal {
public static void main(String[] args) {
Cat cat = new Cat("元宝",2);
Dog dog = new Dog("小七", 1);
// 向上转型
Animal animal = cat;
animal.eat();
animal = dog;
animal.eat();
// 编译失败，编译时编译器将animal当成Animal对象处理
// 而Animal类中没有bark方法，因此编译失败
// animal.bark();
// 向上转型
// 程序可以通过编程，但运行时抛出异常---因为：animal实际指向的是狗
// 现在要强制还原为猫，无法正常还原，运行时抛出：ClassCastException
cat = (Cat)animal;
cat.mew();
// animal本来指向的就是狗，因此将animal还原为狗也是安全的
dog = (Dog)animal;
dog.bark();
}
}

向下转型用的比较少，而且不安全，万一转换失败，运行时就会抛异常。Java中为了提高向下转型的安全性，引入了 instanceof ，如果该表达式为true，则可以安全转换。

public class TestAnimal {
public static void main(String[] args) {
Cat cat = new Cat("元宝",2);
Dog dog = new Dog("小七", 1);
// 向上转型
Animal animal = cat;
animal.eat();
animal = dog;
animal.eat();
if(animal instanceof Cat){
cat = (Cat)animal;
cat.mew();
}
if(animal instanceof Dog){
dog = (Dog)animal;
dog.bark();
}
}
}

instanceof（返回值为false 、true）关键词官方介绍：传送门

3.3 重写

重写(override)：也称为覆盖。重写是子类对父类非静态、非private修饰，非final修饰，非构造方法等的实现过程进行重新编写, 返回值和形参都不能改变。即外壳不变，核心重写！重写的好处在于子类可以根据需要，定义特定于自己的行为。也就是说子类能够根据需要实现父类的方法。

class Animal{

    public String name;
     public int age;

    public Animal(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public void eat(){
        System.out.println(name + "吃饭");
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Animal{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

}
class Dog extends Animal{
   public Dog(String name,int age) {
       super(name,age);
   }
   public void WangWng(){
       System.out.println(name + "汪汪");
   }
    public void eat(){
        System.out.println(name + "吃狗粮");
    }
}
class Cat extends Animal{
    public Cat(String name,int age) {
        super(name,age);
    }
    public void MaoMao(){
        System.out.println(name + "喵喵");
    }

}

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        Animal animal1 = new Dog("小狗",10);
        animal1.eat();
       // animal1.WangWang;//无法调用到此类特有的方法。
    }
  
}

我们不禁产生疑问，在向上转型时，不是不能调用到子类特有的方法。为什么在子内加了一个相同的eat()？就可以调用到此类特有的方法了呢？

上述代码就是满足了重写。

如上，他们有什么特点呢？

1.方法名必须相同。
2.参数列表必须相同(类型、个数和顺序。)
3.返回值必须相同。

【重写的注意事项】：

1.被private、static、final修饰的方法不能重写

2.子类的访问权限要大于父类的访问权限，否则编译失败

3.方法的返回值可以不同，但是必须是父子类关系，有些书叫协同。

4.构造方法不能发生重写

【方法重写的规则】：

子类在重写父类的方法时，一般必须与父类方法原型一致：返回值类型方法名 (参数列表) 要完全一致
被重写的方法返回值类型可以不同，但是必须是具有父子关系的

访问权限不能比父类中被重写的方法的访问权限更低。例如：如果父类方法被 public 修饰，则子类中重写该方法就不能声明为 protected

父类被 static 、 private 修饰的方法、构造方法都不能被重写。

重写的方法 , 可以使用 @Override 注解来显式指定 . 有了这个注解能帮我们进行一些合法性校验 . 例如不小心将方法名字拼写错了 ( 比如写成 aet), 那么此时编译器就会发现父类中没有 aet 方法 , 就会编译报错 , 提示无法构成重写.

**不小心将方法名字拼写错了 (比如写成 aet), 那么此时编译器就会发现父类中没有 aet 方法, 就会编译报错, 提示无法构成重写.**

3.4 重载与重写

【重写和重载的区别】：

即：方法重载是一个类的多态性表现,而方法重写是子类与父类的一种多态性表现。

【重写的设计原则】

对于已经投入使用的类，尽量不要进行修改。最好的方式是：重新定义一个新的类，来重复利用其中共性的内容，并且添加或者改动新的内容。

例如：若干年前的手机，只能打电话，发短信，来电显示只能显示号码，而今天的手机在来电显示的时候，不仅仅可以显示号码，还可以显示头像，地区等。在这个过程当中，我们不应该在原来老的类上进行修改，因为原来的类，可能还在有用户使用，正确做法是：新建一个新手机的类，对来电显示这个方法重写就好了，这样就达到了我们当今的需求了。

静态绑定：也称为前期绑定(早绑定)，即在编译时，根据用户所传递实参类型就确定了具体调用那个方法。典型代表函数重载。（方法的重载：在编译的时候就能确定它调用的是哪个方法。）

动态绑定：也称为后期绑定(晚绑定)，即在编译时，不能确定方法的行为，需要等到程序运行时，才能够确定具体调用那个类的方法。（多态的基础）

3.5 多态的优缺点

假设有如下代码：

class Shape {
    //属性....
    public void draw() {
        System.out.println("画图形！");
    }
}
class Rect extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("矩形");
    }
}
class Cycle extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("圆");
    }
}
class Flower extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("花");
    }
}

public class Test {
    public static void drawMap(Shape shape) {
        shape.draw();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Rect rect = new Rect();
        Cycle cycle = new Cycle();
        Flower flower = new Flower();
        drawMap(rect);
        drawMap(cycle);
        drawMap(flower);
    }

结果

shape.draw();一个引用调用一个方法呈现多种结果。
原因:因为引用的对象不同。

【使用多态的好处】

1. 能够降低代码的 "圈复杂度", 避免使用大量的 if - else

什么叫 "圈复杂度" ?

圈复杂度是一种描述一段代码复杂程度的方式. 一段代码如果平铺直叙, 那么就比较简单容易理解. 而如果有很多的条件分支或者循环语句, 就认为理解起来更复杂.

因此我们可以简单粗暴的计算一段代码中条件语句和循环语句出现的个数, 这个个数就称为 "圈复杂度".

如果一个方法的圈复杂度太高, 就需要考虑重构. 不同公司对于代码的圈复杂度的规范不一样. 一般不会超过 10

例如我们现在需要打印的不是一个形状了, 而是多个形状. 如果不基于多态, 实现代码如下:

public static void drawShapes() {
Rect rect = new Rect();
Cycle cycle = new Cycle();
Flower flower = new Flower();
String[] shapes = {"cycle", "rect", "cycle", "rect", "flower"};
for (String shape : shapes) {
if (shape.equals("cycle")) {
cycle.draw();
} else if (shape.equals("rect")) {
rect.draw();
} else if (shape.equals("flower")) {
flower.draw();
}
}
}

如果使用使用多态, 则不必写这么多的 if - else 分支语句, 代码更简单.

public static void drawShapes() {
// 我们创建了一个 Shape 对象的数组.
Shape[] shapes = {new Cycle(), new Rect(), new Cycle(),
new Rect(), new Flower()};
for (Shape shape : shapes) {
shape.draw();
}
}

2. 可扩展能力更强

如果要新增一种新的形状, 使用多态的方式代码改动成本也比较低.

class Triangle extends Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("△");
}
}

对于类的调用者来说(drawShapes方法), 只要创建一个新类的实例就可以了, 改动成本很低.

而对于不用多态的情况, 就要把 drawShapes 中的 if - else 进行一定的修改, 改动成本更高.

多态缺陷：代码的运行效率降低。

1. 属性没有多态性

当父类和子类都有同名属性的时候，通过父类引用，只能引用父类自己的成员属性

2. 构造方法没有多态性

3.6 避免在构造方法中调用重写的方法

一段有坑的代码. 我们创建两个类, B 是父类, D 是子类. D 中重写 func 方法. 并且在 B 的构造方法中调用 func

class B {
public B() {
// do nothing
func();//会调用子类的func()
}
public void func() {
System.out.println("B.func()");
}
}
class D extends B {
private int num = 1;
@Override
public void func() {
System.out.println("D.func() " + num);
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
D d = new D();
}
}

构造 D 对象的同时, 会调用 B 的构造方法.
B 的构造方法中调用了 func 方法, 此时会触发动态绑定, 会调用到 D 中的 func
此时 D 对象自身还没有构造, 此时 num 处在未初始化的状态, 值为 0. 如果具备多态性，num的值应该是1.

所以在构造函数内，尽量避免使用实例方法，除了 final 和 private 方法。

结论："用尽量简单的方式使对象进入可工作状态", 尽量不要在构造器中调用方法(如果这个方法被子类重写, 就会触发动态绑定, 但是此时子类对象还没构造完成), 可能会出现一些隐藏的但是又极难发现的问题.

3.7 多态的实现条件

在java中要实现多态，必须要满足如下几个条件，缺一不可：

1. 必须在继承体系下（向上转型）

2. 子类必须要对父类中方法进行重写（重写方法）

3. 通过父类的引用调用重写的方法

多态体现：在代码运行时，当传递不同类对象时，会调用对应类中的方法。

public class Animal {
String name;
int age;
public Animal(String name, int age){
this.name = name;
this.age = age;
}
public void eat(){
System.out.println(name + "吃饭");
}
}
public class Cat extends Animal{
public Cat(String name, int age){
super(name, age);
}
@Override
public void eat(){
System.out.println(name+"吃鱼~~~");
}
}
public class Dog extends Animal {
public Dog(String name, int age){
super(name, age);
}
@Override
public void eat(){
System.out.println(name+"吃骨头~~~");
}
}
///分割线//
public class TestAnimal {
// 编译器在编译代码时，并不知道要调用Dog 还是 Cat 中eat的方法
// 等程序运行起来后，形参a引用的具体对象确定后，才知道调用那个方法
// 注意：此处的形参类型必须时父类类型才可以
public static void eat(Animal a){
a.eat();
}
public static void main(String[] args) {
Cat cat = new Cat("元宝",2);
Dog dog = new Dog("小七", 1);
eat(cat);
eat(dog);
}
}
运行结果：
元宝吃鱼~~~
元宝正在睡觉
小七吃骨头~~~
小七正在睡觉

在上述代码中, 分割线上方的代码是 类的实现者 编写的, 分割线下方的代码是 类的调用者 编写的.

当类的调用者在编写 eat 这个方法的时候, 参数类型为 Animal (父类), 此时在该方法内部并不知道, 也不关注当前的a 引用指向的是哪个类型(哪个子类)的实例. 此时 a这个引用调用 eat方法可能会有多种不同的表现(和 a 引用的实例相关), 这种行为就称为多态.