6. 继承
前言
在《Think in java》中有这样一句话：复用代码是Java众多引人注目的功能之一。但要想成为极具革命性的语言，仅仅能够复制代码并对加以改变是不够的，它还必须能够做更多的事情。在这句话中最引人注目的是“复用代码”,尽可能的复用代码使我们程序员一直在追求的，现在我来介绍一种复用代码的方式，也是java三大特性之一---继承。
继承是面向对象语法的三大特征之一。继承可以降低代码编写的冗余度，提高编程的效率。通过继承，子类获得了父类的成员变量和方法。一个子类如何继承父类的字段和方法，如何修改从父类继承过来的子类的方法呢。今天我们开始学习有关Java继承的知识。
继承
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。
继承的作用：通过继承可以快速创建新的类，实现代码的重用，提高程序的可维护性，节省大量创建新类的时间，提高开发效率和开发质量。
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：
class 父类{
... //成员变量、成员方法
}
class 子类 extends 父类{
... //类体
}例如：
class teacher{ //声明一个teacher类为父类
String name; //定义父类的成员变量name、age
int age;
void show(){ //定义父类成员方法，将成员变量输出
System.out.println(name);
System.out.println(age);
}
}
class Student extends teacher { //声明一个Student类为子类并继承父类
}
public class myfirst {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("学生");
Student student=new Student(); //声明一个Student类的实例对象student
student.name="Tom"; //子类调用父类的成员变量name并赋值
student.age=19; //子类调用父类的成员变量age并赋值
student.show(); //子类调用父类的成员方法show
}
}运行结果为：
学生
Tom
19注意：
- 子类不能选择性继承父类；
- Java不支持多重继承，但一个类可以实现多个接口，从而克服单继承的缺点；
- 构造方法不会被子类继承，但可以从子类中调用父类的构造方法。
继承的优点
- 继承过来的字段和方法，可以像任何其他字段和方法一样被直接使用；
- 在子类中可以声明一个与父类中同名的新字段或静态方法，从而“隐藏”父类中的字段或方法；
- 可以在子类中声明一个在父类中没有的新字段和方法；
- 可以在子类中编写一个父类当中具有相同名的新实例方法，这称为“方法重写”或“方法覆盖”；
- 可以在子类中编写一个调用父类构造方法的子类构造方法，既可以隐式地实现，也可以通过使用关键字super来实现。
访问权限
Java 中有三个访问权限修饰符：private、protected 以及 public，如果不加访问修饰符，表示包级可见。
可以对类或类中的成员（字段和方法）加上访问修饰符。
- 类可见表示其它类可以用这个类创建实例对象。
- 成员可见表示其它类可以用这个类的实例对象访问到该成员；
protected 用于修饰成员，表示在继承体系中成员对于子类可见，但是这个访问修饰符对于类没有意义。
设计良好的模块会隐藏所有的实现细节，把它的 API 与它的实现清晰地隔离开来。模块之间只通过它们的 API 进行通信，一个模块不需要知道其他模块的内部工作情况，这个概念被称为信息隐藏或封装。因此访问权限应当尽可能地使每个类或者成员不被外界访问。
如果子类的方法重写了父类的方法，那么子类中该方法的访问级别不允许低于父类的访问级别。这是为了确保可以使用父类实例的地方都可以使用子类实例去代替，也就是确保满足里氏替换原则。
字段决不能是公有的，因为这么做的话就失去了对这个字段修改行为的控制，客户端可以对其随意修改。例如下面的例子中，AccessExample 拥有 id 公有字段，如果在某个时刻，我们想要使用 int 存储 id 字段，那么就需要修改所有的客户端代码。
public class AccessExample {
public String id;
}可以使用公有的 getter 和 setter 方法来替换公有字段，这样的话就可以控制对字段的修改行为。
public class AccessExample {
private int id;
public String getId() {
return id + "";
}
public void setId(String id) {
this.id = Integer.valueOf(id);
}
}但是也有例外，如果是包级私有的类或者私有的嵌套类，那么直接暴露成员不会有特别大的影响。
public class AccessWithInnerClassExample {
private class InnerClass {
int x;
}
private InnerClass innerClass;
public AccessWithInnerClassExample() {
innerClass = new InnerClass();
}
public int getValue() {
return innerClass.x; // 直接访问
}
}抽象类与接口
1. 抽象类
抽象类和抽象方法都使用 abstract 关键字进行声明。如果一个类中包含抽象方法，那么这个类必须声明为抽象类。
抽象类和普通类最大的区别是，抽象类不能被实例化，只能被继承。
public abstract class AbstractClassExample {
protected int x;
private int y;
public abstract void func1();
public void func2() {
System.out.println("func2");
}
}public class AbstractExtendClassExample extends AbstractClassExample {
@Override
public void func1() {
System.out.println("func1");
}
}// AbstractClassExample ac1 = new AbstractClassExample(); // 'AbstractClassExample' is abstract; cannot be instantiated
AbstractClassExample ac2 = new AbstractExtendClassExample();
ac2.func1();2. 接口
接口是抽象类的延伸，在 Java 8 之前，它可以看成是一个完全抽象的类，也就是说它不能有任何的方法实现。
从 Java 8 开始，接口也可以拥有默认的方法实现，这是因为不支持默认方法的接口的维护成本太高了。在 Java 8 之前，如果一个接口想要添加新的方法，那么要修改所有实现了该接口的类，让它们都实现新增的方法。
接口的成员（字段 + 方法）默认都是 public 的，并且不允许定义为 private 或者 protected。从 Java 9 开始，允许将方法定义为 private，这样就能定义某些复用的代码又不会把方法暴露出去。
接口的字段默认都是 static 和 final 的。
public interface InterfaceExample {
void func1();
default void func2(){
System.out.println("func2");
}
int x = 123;
// int y; // Variable 'y' might not have been initialized
public int z = 0; // Modifier 'public' is redundant for interface fields
// private int k = 0; // Modifier 'private' not allowed here
// protected int l = 0; // Modifier 'protected' not allowed here
// private void fun3(); // Modifier 'private' not allowed here
}public class InterfaceImplementExample implements InterfaceExample {
@Override
public void func1() {
System.out.println("func1");
}
}// InterfaceExample ie1 = new InterfaceExample(); // 'InterfaceExample' is abstract; cannot be instantiated
InterfaceExample ie2 = new InterfaceImplementExample();
ie2.func1();
System.out.println(InterfaceExample.x);3. 比较
- 从设计层面上看，抽象类提供了一种 IS-A 关系，需要满足里式替换原则，即子类对象必须能够替换掉所有父类对象。而接口更像是一种 LIKE-A 关系，它只是提供一种方法实现契约，并不要求接口和实现接口的类具有 IS-A 关系。
- 从使用上来看，一个类可以实现多个接口，但是不能继承多个抽象类。
- 接口的字段只能是 static 和 final 类型的，而抽象类的字段没有这种限制。
- 接口的成员只能是 public 的，而抽象类的成员可以有多种访问权限。
4. 使用选择
使用接口：
- 需要让不相关的类都实现一个方法，例如不相关的类都可以实现 Comparable 接口中的 compareTo() 方法；
- 需要使用多重继承。
使用抽象类：
- 需要在几个相关的类中共享代码。
- 需要能控制继承来的成员的访问权限，而不是都为 public。
- 需要继承非静态和非常量字段。
在很多情况下，接口优先于抽象类。因为接口没有抽象类严格的类层次结构要求，可以灵活地为一个类添加行为。并且从 Java 8 开始，接口也可以有默认的方法实现，使得修改接口的成本也变的很低。
重写与重载
1. 重写（Override）
存在于继承体系中，指子类实现了一个与父类在方法声明上完全相同的一个方法。
为了满足里式替换原则，重写有以下三个限制：
- 子类方法的访问权限必须大于等于父类方法；
- 子类方法的返回类型必须是父类方法返回类型或为其子类型。
- 子类方法抛出的异常类型必须是父类抛出异常类型或为其子类型。
使用 @Override 注解，可以让编译器帮忙检查是否满足上面的三个限制条件。
下面的示例中，SubClass 为 SuperClass 的子类，SubClass 重写了 SuperClass 的 func() 方法。其中：
- 子类方法访问权限为 public，大于父类的 protected。
- 子类的返回类型为 ArrayList<Integer>，是父类返回类型 List<Integer> 的子类。
- 子类抛出的异常类型为 Exception，是父类抛出异常 Throwable 的子类。
- 子类重写方法使用 @Override 注解，从而让编译器自动检查是否满足限制条件。
class SuperClass {
protected List<Integer> func() throws Throwable {
return new ArrayList<>();
}
}
class SubClass extends SuperClass {
@Override
public ArrayList<Integer> func() throws Exception {
return new ArrayList<>();
}
}在调用一个方法时，先从本类中查找看是否有对应的方法，如果没有再到父类中查看，看是否从父类继承来。否则就要对参数进行转型，转成父类之后看是否有对应的方法。总的来说，方法调用的优先级为：
- this.func(this)
- super.func(this)
- this.func(super)
- super.func(super)
class A {
public void show(A obj) {
System.out.println("A.show(A)");
}
public void show(C obj) {
System.out.println("A.show(C)");
}
}
class B extends A {
@Override
public void show(A obj) {
System.out.println("B.show(A)");
}
}
class C extends B {
}
class D extends C {
}public static void main(String[] args) {
A a = new A();
B b = new B();
C c = new C();
D d = new D();
// 在 A 中存在 show(A obj)，直接调用
a.show(a); // A.show(A)
// 在 A 中不存在 show(B obj)，将 B 转型成其父类 A
a.show(b); // A.show(A)
// 在 B 中存在从 A 继承来的 show(C obj)，直接调用
b.show(c); // A.show(C)
// 在 B 中不存在 show(D obj)，但是存在从 A 继承来的 show(C obj)，将 D 转型成其父类 C
b.show(d); // A.show(C)
// 引用的还是 B 对象，所以 ba 和 b 的调用结果一样
A ba = new B();
ba.show(c); // A.show(C)
ba.show(d); // A.show(C)
}2. 重载（Overload）
存在于同一个类中，指一个方法与已经存在的方法名称上相同，但是参数类型、个数、顺序至少有一个不同。
应该注意的是，返回值不同，其它都相同不算是重载。
class OverloadingExample {
public void show(int x) {
System.out.println(x);
}
public void show(int x, String y) {
System.out.println(x + " " + y);
}
}public static void main(String[] args) {
OverloadingExample example = new OverloadingExample();
example.show(1);
example.show(1, "2");
}重写和隐藏父类方法
子类继承了父类中的所有成员及方法，但在某种情况下，子类中该方法所表示的行为与其父类中该方法所表示的行为不完全相同，例如，在父类语言中定义了说话这个方法，而在子类中说话的方法是不同的：外国人说英文，中国人说中文，这时我们就需要重写或隐藏父类的该方法。
重写父类中的方法
当一个子类中一个实例方法具有与其父类中的一个实例方法相同的签名（指名称、参数个数和类型）和返回值时，称子类中的方法“重写”了父类的方法。例如：
class A{
public void sayHello() { //输出英文欢迎
System.out.println("Hello,Welcome to Java!!!");
}
public void sayBye() {
System.out.println("GoodBye,everyone");
}
}
class B extends A {
public void sayHello() { //输出中文欢迎
System.out.println("大家好，欢迎学习Java！！！");
}
}
public class myfirst {
public static void main(String[] args) {
B b=new B(); //创建子类B的一个实例对象，使用默认构造方法
b.sayHello(); //调用子类中重写的方法
b.sayBye(); //调用父类中的方法
}
}运行结果为：
大家好，欢迎学习Java！！！
GoodBye,everyone注意：重写的方法具有与其所重写的方法相同的名称、参数数量、类型和返回值。
隐藏父类中的方法
如果一个子类定义了一个静态类方法，而这个类方法与其父类的一个类方法具有相同的签名（指名称、参数格式和类型）和返回值，则称在子类中的这个类方法“隐藏”了父类中的该类方法。
- 当调用被重写的方法时，调用的版本是子类的方法；
- 当调用被隐藏的方法时，调用的版本取决于是从父类中调用还是从子类中调用。
class A{
public static void sayHello() { //静态类方法
System.out.println("大家好，这是A的静态类方法");
}
public void sayHello2() { //实例方法
System.out.println("大家好，这是A中的实例方法");
}
}
class B extends A {
public static void sayHello() { //静态类方法
System.out.println("大家好，这是B的静态类方法");
}
public void sayHello2() { //实例方法
System.out.println("大家好，这是B的实例方法");
}
}
public class myfirst {
public static void main(String[] args) {
B b=new B(); //创建B类的实例对象b
A a=b; //隐式对象类型转换
A.sayHello(); //调用A类的静态类方法
a.sayHello(); //调用a对象的静态类方法
B.sayHello(); //调用B类的静态方法
a.sayHello2(); //调用a对象的实例方法
b.sayHello2(); //调用b对象的的实例方法
A a2=new A(); //创建A类的实例对象a2
a2.sayHello2(); //调用a2对象的实现方法
}
}运行结果为：
大家好，这是A的静态类方法
大家好，这是A的静态类方法
大家好，这是B的静态类方法
大家好，这是B的实例方法
大家好，这是B的实例方法
大家好，这是A中的实例方法可以看出，得到调用的隐藏方法是父类中的方法，而得到调用的重写方法是子类中的方法。
方法重写和隐藏后的修饰符
在子类中被重写的方法，其访问权限允许大于但不允许小于被其重写的方法，例如：父类中一个受保护的实例方法(protected)在子类中可以是公共的(public)的，但不可以是私有的(private)。如果一个方法在父类中是static方法，那么在子类也必须是static方法；如果一个方法在父类中是实例方法，那么在子类中也必须是实例方法。
子类访问父类私有成员
子类继承其父类的所有public和protected成员，但不能继承其父类的private成员。那么如何在子类中访问到父类中的字段呢，我们可以在父类中提供用来访问其私有字段的public或protected方法，子类使用这些方法来访问相应的字段。例如：
class A{ //父类A
private int value=10; //声明一个私有变量value并赋值为10
public int getvalue() { //声明一个公有成员方法getvalue，返回value
return value;
}
}
class B extends A{ //A的子类B
}
public class myfirst {
public static void main(String[] args) {
B b=new B(); //创建子类B的一个实例对象
System.out.println("子类通过父类提供的公共接口访问A中的私有字段value:"+b.getvalue());
}
}运行结果为：
子类通过父类提供的公共接口访问A中的私有字段value:10使用super关键字
- 访问父类的构造函数：可以使用 super() 函数访问父类的构造函数，从而委托父类完成一些初始化的工作。应该注意到，子类一定会调用父类的构造函数来完成初始化工作，一般是调用父类的默认构造函数，如果子类需要调用父类其它构造函数，那么就可以使用 super() 函数。
- 访问父类的成员：如果子类重写了父类的某个方法，可以通过使用 super 关键字来引用父类的方法实现。
使用super调用父类中重写的方法、访问父类中被隐藏的字段
子类重写了父类中的某一个方法，隐藏父类中的字段，假如想在子类中访问到父类中被重写的方法和隐藏父类的字段，可以在子类中通过使用关键字super来调用父类中被重写的方法和访问父类中被隐藏的字段。例如：
package first;
class A{
public String name="张飞"; //添加成员变量
public void say() { //添加成员方法say
System.out.println("我是父类A成员方法say");
}
}
class B extends A{
public String name="关羽"; //与父类中同名的字段，隐藏父类
public void say(){ //重写方法say
super.say(); //使用super关键字调用父类中的方法
System.out.println("我是子类B成员方法say");
System.out.println("父类的name名字："+super.name); //使用super关键字访问父类中的变量
}
}
public class myfirst {
public static void main(String[] args) {
B b=new B(); //创建子类的一个实例对象
b.say(); //调用子类中重写的方法
System.out.println("子类的name名字："+b.name); //调用子类中的name
}
}运行结果为：
我是父类A成员方法say
我是子类B成员方法say
父类的name名字：张飞
子类的name名字：关羽使用super调用父类的无参数构造方法/有参数构造方法
子类不继承其父类的构造方法。
- 当使用无参数的super()时，父类的无参数构造方法就会被调用；
- 当使用带有参数的super()方法时，父类的有参数构造方法就会被调用。
例如：
class SuperClass { //创建父类SuperClass
private int n; //声明一个私有变量n
SuperClass(){ //父类无参数构造方法
System.out.println("这是父类SuperClass无参数构造方法");
}
SuperClass(int n) { //父类有参数构造方法
System.out.println("这是父类SuperClass有参数构造方法");
this.n = n;
}
}
class SubClass extends SuperClass{ // SubClass类继承SuperClass类
private int n; //声明一个私有变量n
SubClass(){ // 自动调用父类的无参数构造器
System.out.println("这是子类无参数构造方法");
}
public SubClass(int n){ //子类有参数构造方法
super(300); //调用父类中带有参数的构造器
System.out.println("这是子类有参数构造方法"+n);
this.n = n;
}
}
public class myfirst {
public static void main(String[] args) {
SubClass sc1 = new SubClass(); //创建子类SubClass实例对象，调用其无参数构造方法
SubClass sc2 = new SubClass(100); //创建子类SubClass实例对象，调用其有参数构造方法
}
}运行结果为：
这是父类SuperClass无参数构造方法
这是子类无参数构造方法
这是父类SuperClass有参数构造方法
这是子类有参数构造方法100注意
- 如果要初始化父类中的字段，可以在子类的构造方法中通过关键字super调用父类的构造方法；
- 对父类的构造放的调用必须放在子类构造方法的第一行；
- 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；
- 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；
- 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）。