从零开始的Java基础学习 (六) | 继承

原创
08/18 16:05
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六、继承

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。因此访问权限应对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。

字段诀不能是公有的,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 interfacefields
    // 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,而不是为了 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。

super

  • 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。
public class SuperExample {
    
    protected int x;
    protected int y;
    
    public SuperExample(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
    
    public void func() {
        System.out.println("SuperExample.func()");
    }
}
public class SuperExtendExample extends SuperExample {
    
    private int z;
    
    public SuperExtendExample(int x, int y, int z) {
        super(x, y);
        this.z = z;
    }
    
    @Override
    public void func() {
        super.func();
        System.out.println("SuperExtendExample.func()");
    }
}
SuperExample e = new SuperExtendExample(1, 2, 3);
e.func();
SuperExample.func()
SuperExtendExample.func()

Using the Keyword super

重写和重载

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");
}
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