Java入坑之类的派生与继承

一、继承 

1.1继承的概念

Java中的继承：子类就是享有父类的属性和方法，并且还存在一定的属性和方法的扩展。

Subclass，从另一个类派生出的类，称为子类(派生类，扩展类等)

Superclass，派生子类的类，称为超类(基类) 习惯上称子类的直接超类为，父类(没有独立英文词描述)

• 继承的定义：
  • 子类的成员中一部分是子类自己声明定义的，另一部分是从他的父类继承的。
  • 子类继承父类的成员变量作为自己的一个成员变量
  • 子类继承父类的方法作为子类中的一个方法

1.2super 关键字

在java中，如果声明一个类继承另一个类，需要使用extends关键字。

格式修饰符 class B extends A就是B类继承A类，称A是B的父类，B是A的子类。

java语言中不支持多继承（一个类继承多个类）。

1.3Object类

java.lang.Object类： 所有类的祖先

在定义一个类的时候不用加extends Object默认都是继承的Object类的。

Object类中提供了一些方法，这些方法为了达到想要的效果，我们一般在类中重写使用。下面是一些Object类中常用的方法：

• getClass()：获取类的class对象。
• hashCode()：获取对象的hashCode值。
• equals()：比较对象是否相等，比较的是值和地址，子类可重写以自定义。
• clone()：克隆方法。
• toString()：toString()方法返回一个字符串，该字符串由对象的类名、at符号字符“@”和对象的哈希码的无符号十六进制表示组成
• notify()：随机选择一个在该对象上调用wait方法的线程，解除其阻塞状态。该方法只能在同步方法或同步块内部调用。
• notifyAll()：解除所有那些在该对象上调用wait方法的线程的阻塞状态。该方法只能在同步方法或同步块内部调用。
• wait()：导致线程进入等待状态，直到它被其他线程通过notify()或者notifyAll唤醒。该方法只能在同步方法中调用。
• finalize()：对象回收时调用

1.4super关键字

在Java中，super是一个关键字，它是一个引用变量，用于引用直接父类对象。当创建子类的实例时，父类的实例被隐式创建，由super关键字引用变量引用。

1. 调用父类的构造方法：

   1. 只能在子类的构造方法中。

   2. 必须在方法的第一句。

2. 使用super操作被隐藏的成员变量和方法。

例如，如果子类重写了父类的某一个方法，即子类和父类有相同的方法定义，但是有不同的方法体，此时，我们可以通过super来调用父类里面的这个方法。使用super访问父类中的成员与this关键字的使用相似，只不过它引用的是子类的父类。

主要用法

引用父类的成员(需要相应的访问权限)：

super.变量 或    super.方法([参数列]) 在子类构造方法中调用父类的构造方法：         super([…])；//与this用法类似，应放在构造方法的第一行位置上。

 子类无法继承超类的private成员，但可以通过属性的getter/setter方法访问超类的属性

1.5对象实例化的内存情况

jvm
1、首先JVM运行一个class文件时，使用类加载器先将Phone类加载到方法区，然后main方法压栈（入栈）。

·2、在栈中运行main方法，当看到局部变量p时，会在栈中开辟一块空间；当看到new Phone（）时，会在堆内存中开辟空间，并将堆内存中的对应地址0x123赋值给p;还会拿到方法区的地址值指向方法区。

·3、在main方法中运行到给对象p的属性赋值时，通过地址去堆内存中找到相应属性并赋值，运行p.sendMessage（）这一步时，也是根据地址值去堆内存中找到相应的对象，再用对象去方法区中找到sendMessage（）方法，然后将sendMessage（）方法压到栈中（入栈），调用完毕sendMessage（）方法会出栈。

·4、main方法运行结束后会出栈。

堆
堆区: 存储new出来的对象，每个对象都包含一个与之对应的class的信息。

栈
栈区: 栈中只保存基础数据类型的值和对象以及基础数据的引用

方法区
方法区: 包含所有的class和static变量。方法区中包含的都是在整个程序中永远唯一的元素，如class，static变量。

二、类的派生

2.1子类的对象构造顺序

执行顺序：先执行父类构造方法，再执行子类构造方法。在多层继承层时，编译器会一直上溯到最初类，再从“上”到“下”依次执行。

2.2子类的继承性

在继承中访问权限的问题：

若子类和父类在同一个包内，子类可以继承父类中访问权限设定为public、 protected、 default的成员变量和方法。

若子类和父类不在同一个包内，子类可以继承父类中访问权限设定为public、 protected的成员变量和方法。

 2.3成员变量的隐藏和方法的重写

2.3.1方法的重写

重写和重载的区别：重载是在本类之中，重写是在父类和子类之间。

概述​​​​​​​​​​​​​​

• 当子类中定义了和父类同名的成员变量时，子类就隐藏了继承的成员变量。
• 方法重写是指：子类中定义一个方法，并且这个方法的名字、放回类型、参数个数和类型与从父类中继承的方法完全相同。
  • 如果子类想使用被隐藏的方法就必须使用关键字super;

方法重写的一些要求：两同两小一大：
两同：方法名相同，参数列表一致。
两小：子类返回值类型更小或相等，子类抛出异常小于等于父类的抛出异常（这个以后会学）
一大：子类的访问权限比父类大或者相等。

支持在子类中声明一个与超类中方法签名相同的，新实例方法，从而overriding覆盖超类方法(方法的重写) 由于方法签名与父类中的方法签名相同，为避免歧义，使用@Override注解显式声明重写超类方法

重写的方法，返回类型为基本数据类型的禁止改

支持在子类中声明一个与超类中方法签名相同的静态方法，从而hiding隐藏超类静态方法(静态方法的隐藏无需@Override注解修饰)

子类可直接调用超类中静态成员(public/protected)

重写方法的访问范围，必须大于等于超类声明的范围

2.3.2成员变量的隐藏

​​​​​​​成员变量的隐藏

1. 变量只能被隐藏，不能被重写。
2. 可以用子类的静态变量来隐藏父类的静态变量，也可以用子类的非静态变量隐藏父类的静态变量。要是属性名相同就会被隐藏，这一属性的类型没有什么关系。
3. 静态方法只能被隐藏不可被重写。
4. 不能用子类的静态方法隐藏父类的非静态方法。
5. 不能用子类的非静态方法覆盖父类的静态方法。

2.4final的用法：

2.4.1final描述成员变量

在Java中，final关键字可以用来修饰成员变量。当一个成员变量被声明为final时，它的值在初始化后就不能再被修改。这意味着你必须在声明final变量时或在构造函数中对其进行初始化。

当final关键字用来修饰对象类型的成员变量时，它表示该变量所引用的对象在初始化后不能再被改变。但是，这并不意味着该对象本身是不可变的。例如，下面的代码定义了一个名为myList的final变量，它引用了一个ArrayList对象：

class MyClass {
    public final List myList = new ArrayList<>();

    public MyClass() {
        myList.add("Hello");
        myList.add("World");
    }
}

在这个例子中，尽管myList变量本身是final的，但是我们仍然可以修改它所引用的ArrayList对象。也就是说，我们可以向列表中添加、删除和修改元素。

2.4.2final描述成员方法

在Java中，final关键字也可以用来修饰成员方法。当一个方法被声明为final时，它不能被子类重写。这意味着子类不能提供一个与父类中的final方法具有相同方法签名的方法，但是继承仍然可以继承这个方法，也就是说可以直接使用

class A {
    public final void f1() {
    }
}
public class B extends A {
    public void f1() { // 编译出错，因为f1不可以被重写
    }
    public final void f1() {
    }
    public void f2() {
        f1(); // 编译通过，final会被继承给子类，子类可以直接调用。
    }
}

当一个类中的方法被声明为final时，它只能在该类中被实现一次。这意味着任何继承自该类的子类都不能重写这个方法

2.4.3final描述类

在Java中，final关键字也可以用来修饰类。当一个类被声明为final时，它不能被继承。意味着此类在一个继承树中是一个叶子类，并且此类的设计已被认为很完美而不需要进行修改或扩展。通常叫做最终类。

final class A {
    public final void f1() {
    }
}
class B extends A { // 编译报错，因为A被final修饰，不可以成为任何类的父类。
    
}

总结

1. 修饰变量为常量值不可变。
2. 修饰对象值可变，引用不变。
3. 修饰方法，方法不可重写。
4. 修饰类，无子类被称为最终类。不能被继承也不能重写。

三、多态

Java引用变量有两个类型：一个是编译时类型，一个是运行时类型。编译时类型由声明该变量时使用的类型决定。

编译时类型是指变量在声明时所指定的类型。例如，在下面的代码中，变量myList的编译时类型是List：

List myList = new ArrayList<>();

运行时类型是指变量在运行时实际引用的对象的类型。在上面的例子中，变量myList在运行时引用了一个ArrayList对象，因此它的运行时类型是ArrayList。

运行时类型由实际赋给该变量的对象决定。就是new的对象。
如果编译时类型和运行时类型不一致，就可能出现所谓的多态。

多态的前提条件：1、子类继承父类    2、子类重写父类方法、    3、父类引用指向子类对象     多态的

​​​​​​​3.1上转型

因为子类其实是一种特殊的父类，因此Java允许把一个子类对象直接赋给一个父类引用变量，无须任何类型转换，或者被称为向上转型,向上转型由系统自动完成。

上转型（Upcasting）是指将子类类型的引用赋值给父类类型的引用。这种转换是安全的，因为子类是父类的一种特殊形式，它继承了父类的所有成员变量和方法。

例如，假设我们有一个名为Animal的类和一个继承自Animal的子类Dog：

class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("Animal is eating");
    }
}

class Dog extends Animal {
    public void bark() {
        System.out.println("Dog is barking");
    }
}

在这个例子中，我们可以将一个Dog类型的引用赋值给一个Animal类型的引用，这就是上转型：

Dog dog = new Dog();
Animal animal = dog; // 上转型
animal.eat(); // 输出 "Animal is eating"

在上面的代码中，我们创建了一个Dog对象，并将它赋值给一个名为dog的变量。然后，我们将dog变量赋值给一个名为animal的变量。这就是上转型。

3.2下转型

试图把一个父类实例转换成子类类型，则这个对象对象必须实际上是子类实例才行（即编译时类型为父类类型，而运行时类型是子类类型），否则将在运行时引发ClassCastException（强制类型转换错误）异常。

下转型（Downcasting）是指将父类类型的引用赋值给子类类型的引用。这种转换是不安全的，因为父类并不一定是子类的一种特殊形式。因此，在进行下转型之前，我们需要使用instanceof运算符来检查对象是否是目标类型的实例。

例如，假设我们有一个名为Animal的类和一个继承自Animal的子类Dog：

class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("Animal is eating");
    }
}

class Dog extends Animal {
    public void bark() {
        System.out.println("Dog is barking");
    }
}

在这个例子中，我们可以将一个Animal类型的引用赋值给一个Dog类型的引用，但是我们需要先检查对象是否是Dog类型的实例：

Animal animal = new Dog();
if (animal instanceof Dog) {
    Dog dog = (Dog) animal; // 下转型
    dog.bark(); // 输出 "Dog is barking"
}

在上面的代码中，我们创建了一个Dog对象，并将它赋值给一个名为animal的变量。然后，我们使用instanceof运算符检查animal变量所引用的对象是否是Dog类型的实例。如果检查结果为真，我们就可以安全地进行下转型，并调用子类特有的方法。

总结

相关的不同类型间的转换，是多态的表现形式

当你用父类引用指向子类对象的时候，
1、成员变量不变，调用结果为父类的成员变量的值
2、成员方法改变，调用结果为子类的成员方法的结果
3、静态成员方法不变，调用的结果为父类的静态成员方法
引用成员之间的转换：
向上转型：子类转换成父类 由小到大 基本数据类型的自动类型转换
向下转型：父类转换成子类 由大到小 基本数据类型的强制类型转换

3.3思考

1.在Java中，方法具有多态性，但实例变量不具有多态性。实例变量并不具有多态性。当我们使用父类类型的引用来访问实例变量时，访问的是父类中定义的变量，而不是子类中定义的变量。

2.Java中，静态变量和静态方法都不具有多态性，静态方法并不与任何特定的对象相关联，它们只与类相关联。因此，当我们使用父类类型的引用来调用静态方法时，调用的是父类中定义的方法，而不是子类中定义的方法。

四、类加载实例化过程

当Java虚拟机（JVM）加载并初始化一个类及其父类时，它会按照以下顺序执行：

1. 父类的静态变量和静态代码块按照在代码中出现的顺序依次执行。
2. 子类的静态变量和静态代码块按照在代码中出现的顺序依次执行。
3. 父类的成员变量和非静态代码块按照在代码中出现的顺序依次执行。
4. 父类的构造函数执行。
5. 子类的成员变量和非静态代码块按照在代码中出现的顺序依次执行。
6. 子类的构造函数执行。

例如，假设我们有以下类定义：

class Parent {
    static {
        System.out.println("父类静态代码块");
    }

    {
        System.out.println("父类非静态代码块");
    }

    public Parent() {
        System.out.println("父类构造函数");
    }
}

class Child extends Parent {
    static {
        System.out.println("子类静态代码块");
    }

    {
        System.out.println("子类非静态代码块");
    }

    public Child() {
        System.out.println("子类构造函数");
    }
}

当我们创建一个Child对象时，将按照以下顺序输出：

父类静态代码块
子类静态代码块
父类非静态代码块
父类构造函数
子类非静态代码块
子类构造函数

需要注意的是，静态变量和静态代码块只会在类被加载时执行一次。这意味着，如果我们创建多个Child对象，那么非静态代码块和构造函数将被多次执行，但是静态变量和静态代码块只会被执行一次。