【Java SE】继承和多态

1.继承

1.1为什么要继承

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。我们先来看一段代码：

class Student{
    String name;
    int age;
    String sex;

    public void eat(){
        System.out.println(name + "吃饭");
    }

    public void doHomework(){
        System.out.println(name + "做作业！");
    }
}

class Doctor{
    String name;
    int age;
    String sex;

    public void eat(){
        System.out.println(name + "吃饭");
    }

    public void injection(){
        System.out.println(name + "打针！");
    }
}

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。

1.2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。
则上图中的代码可以改成：

1.3继承的语法

使用extends关键字

修饰符 class 子类 extends 父类 {
// ...
}

则上述代码可以写为：

class Base{
    String name;
    int age;
    String sex;

    public void eat(){
        System.out.println(name + "吃饭");
    }
}

class Student extends Base{
    public void doHomework(){
        System.out.println(name + "做作业！");
    }
}

class Doctor extends Base{
    public void injection(){
        System.out.println(name + "打针！");
    }
}

Java中只能继承一个类。
我们再来看一个代码：

class Animal{
    public String name;
    public int age;

    public void eat(){
        System.out.println(name +"吃饭！");
    }
}
class Dog extends Animal{
    //狗的属性：傻
    public String silly;

    public void houseGuard(){
        System.out.println(name +"正在看家护院！");
    }
}

class Cat extends Animal{


    public void catchMouse(){
        System.out.println(name +"抓老鼠!");
    }
}
public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        Cat cat = new Cat();
    }
}

每一个类中都会生成自己的字节码文件。

即使是父类成员变量是私有的，也可以继承。但是不能访问。

1.4父类成员访问

1.4.1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
2. 子类和父类成员变量同名
   
   
   因为就近原则，所以优先访问子类自己的。
   【注意】
   在子类方法中 或者 通过子类对象访问成员时：
3. 如果访问的成员变量子类中有，优先访问自己的成员变量。
4. 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。
5. 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。

1.4.2子类中访问父类的成员方法

1. 成员方法名字不同
   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
   
   第一行根据函数重载，含有一个参数，因此执行含有一个参数的func函数。
   第二行根据就近原则，打印func111
   第三行根据就近原则，打印func222

【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；

那么，要是想在子类中访问父类中的成员，我们应该怎么办呢？

1.5 super 关键字

如果要在子类方法中访问父类同名成员，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。
以上述提及代码为例：

1. this会优先访问子类自己的，如果子类没有，访问的是父类的。
2. super知识一个关键字，在代码层面上，能够达到易读的效果。

super的三种使用方法：

1. super.data;访问父类的普通成员变量。
2. super.func();调用父类的普通成员方法。
3. super();调用父类的构造方法。

面试题：
super和this的区别？
详情见下一小节。

class A{
    public String name = "AA";
    public int age = 18;

    public void fun1(){
        System.out.println("fun1()::A");
    }
}

class B extends A{
    public String name = "BB";
    public int age = 20;
    public String sex;

    public void func2(){
        System.out.println(name);
        System.out.println(age);
        System.out.println(super.name);
        System.out.println(super.age);
    }
}
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        B b = new B();
        b.func2();
    }
}

分块图解代码：

【注意事项】

1. 只能在非静态方法中使用
2. 在子类方法中，访问父类的成员变量和方法。

1.6子类构造方法

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。
对象属性的初始化一定得调用构造方法的。

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！");
    }
}
class Dog extends Animal{
    //狗的属性：傻
    public boolean silly;

    public Dog(String name,int age,boolean silly){
        //1.帮助父类部分初始化
        super(name,age);
        this.silly = silly;
    }
    public void houseGuard(){
        System.out.println(name +"正在看家护院！");
    }
}

class Cat extends Animal{


    public void catchMouse(){
        System.out.println(name +"抓老鼠!");
    }
}
public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog("岁岁",10,false);
        Cat cat = new Cat();
    }
}

当子类构造完成之前，先帮助父类完成初始化

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 。

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
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

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog1 = new Dog("CC",9,false);
        dog1.eat();
    }
}
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 + " eat");
    }
}

class Dog extends Animal{
    public boolean silly;
    public Dog(String name,int age,boolean silly){
        super(name,age);
        this.silly = silly;
    }
}

静态的还是先执行的，分别执行实例代码块+构造方法。且静态的只会被当前程序执行一次。

1.7super和this

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】
4. 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

5. 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
6. 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
7. 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

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

1.8protected关键字

在类和对象章节中，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。

访问时通过super.访问

思考：

类的修饰符为什么只能是public或者什么都不写呢？

一般情况，所有的属性都是private，但是不是都是。用哪个访问修饰限定符，需要看你的场景和你的需要。

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,

1.10继承方式

Java中的继承有以下几种：

注意：Java中不支持多继承。
,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。

1.11final关键字

密封类：不能被继承。

1. 修饰变量或字段，表示常量(即不能修改)
2. 修饰类：表示此类不能被继承
3. 修饰方法

1.12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。

继承可以看做是is-a的关系
class Dog extends Animal Dog is a Animal.
组合：a part of /has -a
学生和老师是学校的一部分、
学校里有老师和同学

使用组合的情况比较多。

2.多态

2.1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。

对象不一样，行为就有可能不一样。

2.2多态实现条件

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
2. 子类必须要对父类中方法进行重写
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。

2.3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。
【方法重写的规则】

1. 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
2. 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
3. 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（子类的权限大于等于父类的权限。）
4. 父类被static、private修饰的方法、构造方法都不能被重写。
5. 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.

生成重写的快捷键：

面试问题：
重写和重载的区别是什么？

重写一定是发生在继承层次上。

【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。
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。

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。

2.4向上转型和向下转型

2.4.1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()

2.4.1 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。

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。

2.5多态的优缺点

【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

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.
   多态缺陷：代码的运行效率降低。
3. 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
4. 构造方法没有多态性

2.6 避免在构造方法中调用重写的方法

当在父类当中，调用子类重写方法的时候，此时，会调用子类重写的方法。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        D d = new D();
    }
}
class B1 {
    public B1() {
// do nothing
        func();
    }
    public void func() {
        System.out.println("B.func()");
    }
}
class D extends B1 {
    private int num = 1;
    @Override
    public void func() {
        System.out.println("D.func() " + num);
    }
}

1. 构造 D 对象的同时, 会调用 B 的构造方法.
2. 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.
3. 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.