[JavaSE]继承和多态

一、继承

1.1 继承的定义

在Java语言中，两个不同难免会有重叠的成员属性和重叠的成员方法，在每个类中都定义重叠的属性和方法难免有些冗余，为了减少代码的重复书写，Java提出了继承的概念

• 继承是java面向对象编程技术的一块基石，因为它允许创建分等级层次的类。
• 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。

生活中的继承

举个简单的例子：

• 兔子和羊属于食草动物类，狮子和豹属于食肉动物类。 食草动物和食肉动物又是属于动物类。
• 所以继承需要符合的关系是：is-a，父类更通用，子类更具体。
• 虽然食草动物和食肉动物都是属于动物，但是两者的属性和行为上有差别，所以子类会具有父类的一般特性也会具有自身的特性。

1.2 类的继承格式

class 父类 {
}
 
class 子类 extends 父类 {
}

代码举例：

class Dog{
    String name;
    int leg;//腿的条数
    String furcolor;//毛发的颜色
    public void eat(){
        System.out.println(name+"正在吃骨头");
    }
    public void run(){
        System.out.println(name+"正在用"+leg+"条腿在跑");
    }
    public void color(){
        System.out.println(name + "是" + furcolor + "的");
    }
    public void dogvoice(){
        System.out.println(name+"正在汪汪叫");
    }
}
class Cat{
    String name;
    int leg;
    String furcolor;
    public void eat(){
        System.out.println(name+"正在吃鱼");
    }
    public void run(){
        System.out.println(name+"正在用"+leg+"条腿在跑");
    }
    public void color(){
        System.out.println(name + "是" + furcolor + "的");
    }
    public void catvoice(){
        System.out.println(name+"正在喵喵叫");
    }
}

从这两个类的代码可以看出来，代码存在重复了，导致后果就是代码量大且臃肿，而且维护性不高(维护性主要是后期需要修改的时候，就需要修改很多的代码，容易出错)，所以要从根本上解决这两段代码的问题，就需要继承，将两段代码中相同的部分提取出来组成 一个父类：

class Animals{
    String name;
    int leg;
    String furcolor;
    public void eat(){
        System.out.println(name+"正在吃东西");
    }
    public void run(){
        System.out.println(name+"正在用"+leg+"条腿在跑");
    }
    public void color(){
        System.out.println(name + "是" + furcolor + "的");
    }
}

这个Animal类就可以作为一个父类，然后狗类和猫类继承这个类之后，就具有父类当中的属性和方法，子类就不会存在重复的代码，维护性也提高，代码也更加简洁，提高代码的复用性（复用性主要是可以多次使用，不用再多次写同样的代码） 继承之后的代码：

class Animal{
    String name;
    int leg;
    String furcolor;
    public void eat(){
        System.out.println(name+"正在吃东西");
    }
    public void run(){
        System.out.println(name+"正在用"+leg+"条腿在跑");
    }
    public void color(){
        System.out.println(name + "是" + furcolor + "的");
    }
}
class Dog extends Animal{
    public void dogvoice(){
        System.out.println(name+"正在喵喵叫");
    }
}
class cat extends Animal{
    public void catvoice(){
        System.out.println(name+"正在喵喵叫");
    }
}

继承关系如下图：

1.3 子类如何使用从父类继承下来的成员

子类如何访问父类中的成员变量：
（1）子类和父类不存在相同成员变量

public class A {
    String name;
    int a;
}
public class B extends A{
    int b;
    public void func(){
        name = 10; // 访问从父类中继承下来的name
        a = 20; // 访问从父类中继承下来的a
        b = 30; // 父类没有b,访问子类的b
    }
}

（2）子类和父类存在相同成员变量

public class A {
     String name;
    int a;
} 
public class B extends A{
    String name; // 与父类中成员a同名，且类型相同
    public void method(){
        name = 1; // 访问子类的name！！！
        a = 2; // 子类没有a，访问的是从父类继承下来的a
    }
}

总结：

• 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。

子类如何访问父类中的成员方法:
（1）子类和父类中的成员方法名不同

class Animal{
    String name;
    int leg;
    String furcolor;
    public void eat(){
        System.out.println(name+"正在吃东西");
    }
 }
 class Dog extends Animal{
    public void dogvoice(){
        System.out.println(name+"正在喵喵叫");
    }
    public void method(){
        eat();//访问父类中的eat
        dogvoice();//访问子类自己的dogvoice
    }
}
 

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）子类和父类中的成员方法名相同

class Animal{
    String name;
    int leg;
    String furcolor;
    public void eat(){
        System.out.println(name+"正在父类中的eat()吃东西");
    }
    public void run(){
        System.out.println(name+"正在用"+leg+"条腿在跑");
    }
    public void color(){
        System.out.println(name + "是" + furcolor + "的");
    }
}
class Dog extends Animal{
    public void dogvoice(){
        System.out.println(name+"正在喵喵叫");
    }
    public void run(int leg){
        System.out.println(name+"正在用"+leg+"条腿在跑");
    }
    public void eat(){
        System.out.println(name+"正在用子类中的eat()吃东西");
    }
    public void method(){
        run();// 没有传参，访问父类中的run()
        run(20); 有传参，访问子类中的run()
        eat();//方法重写，直接访问，则永远访问到的都是子类中的eat()，父类的无法访问到
    }
}

总结: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，如果找到则访问，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；
在以上代码中eat()在无参的情况下，只能访问到子类自己的eat(),那么在子类和父类中存在相同的成员方法时，那我们如何访问到父类中相同名称的方法呢？

二、super关键字

2.1 定义

super 该关键字主要作用：

•在子类的构造方法中显式的调用父类构造方法
•访问父类的成员方法和变量。

基本方法格式如下

super(parameter-list);//访问父类中的构造方法
super.xxx//在子类访问父类中的成员变量

其中，parameter-list 指定了父类构造方法中的所有参数。super() 必须是在子类构造方法的方法体的第一行。

class Animal{
    String name;
    int leg;
    String furcolor;
    public void eat(){
        System.out.println(name+"正在父类中的eat()吃东西");
    }
    public void run(){
        System.out.println(name+"正在用"+leg+"条腿在跑");
    }
    public void color(){
        System.out.println(name + "是" + furcolor + "的");
    }
}
class Dog extends Animal{
    String name;
    int leg;
    public void dogvoice(){
        System.out.println(name+"正在喵喵叫");
    }
    //与父类中run()构成重载
    public void run(int leg){
        System.out.println(name+"正在用"+leg+"条腿在跑");
    }
    //与父类中eat()构成重写
    public void eat(){
        System.out.println(name+"正在用子类中的eat()吃东西");
    }
    public void method(){
        // 对于同名的成员变量，直接访问时，访问的都是子类的
        String name = "大黄";  //等价于： this.name = 100;this是对当前对象的引用
        leg = 4;  //等价于： this.leg = 100;this是对当前对象的引用

        //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.name = "狗蛋";
        super.leg = 4;
        // 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
        run();//无传参，访问的是父类中的方法
        run(20);// 有传参，访问子类中的run()
        // 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
        super.eat();//访问父类的方法
        eat();//方法重写，直接访问，则永远访问到的都是子类中的eat()，父类的无法访问到
    }
}

super关键字的使用注意事项：

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。

2.2 super和子类构造方法

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 Animal{
    String name;
    int leg;
    String furcolor;

    public Animal() {
        System.out.println("无参构造方法Animal()");
    }
    public void eat(){
        System.out.println(name+"正在父类中的eat()吃东西");
    }
    public void run(){
        System.out.println(name+"正在用"+leg+"条腿在跑");
    }
    public void color(){
        System.out.println(name + "是" + furcolor + "的");
    }
}
class Fish extends Animal{
    public Fish() {
        System.out.println("Fish()");
    }
}
public class practice {
    public static void main(String[] args) {
        // 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
         Fish fish = new Fish();
    }

输出结果如下：

在子类构造方法中，没有写任何关于父类的构造方法的代码，但是在创建子类对象时，先执行父类的构造方法，然后再执行子类自己的构造方法，这是为什么呢?

因为在子类对象中成员是有两部分组成的，父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 ，先要调用父类的构造方法，将从父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 。

注意事项：

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，即调用父类构造方法
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

2.3 super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？
相同之处：

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. 在构造方法中用来调用构造方法时，必须是构造方法中的第一条语句，并且不能同时存在

不同之处：

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

三、实例代码块和静态代码块

3.1 无继承关系下的执行顺序

class Animal{
    String name;
    int leg;
    String furcolor;
    public Animal(String name, int leg) {
        this.name = name;
        this.leg = leg;
        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 practice {
    public static void main(String[] args) {
       Animal animal1 = new Animal("大黄",4);
        System.out.println("=========");
       Animal animal2 = new Animal("二狗",4);
    }

}

执行结果：

总结：

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

3.2 继承关系下的执行顺序

class Animal{
    String name;
    int leg;
    String furcolor;
    public Animal(String name, int leg) {
        this.name = name;
        this.leg = leg;
        System.out.println("Animal：构造方法执行");
    }
    {
      System.out.println("Animal：实例代码块执行");
    }
    static{
        System.out.println("Animal：静态代码块执行");
    }
 }
 class Mouse extends Animal   {
    public Mouse(String name, int leg) {
        super(name, leg);
        System.out.println("Mouse：构造方法执行");
    }
    {
        System.out.println("Mouse：实例代码块执行");
    }
    static{
        System.out.println("Mouse：静态代码块执行");
    }
}
public class practice {
    public static void main(String[] args) {
        Mouse mouse1 = new Mouse("米奇",4);
        System.out.println("=========");
        Mouse mouse2 = new Mouse("杰瑞",4);      
    }
}

运行结果：

结果分析：

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

四、Java的继承方式和特点

4.1 继承类型

在Java当中是不支持多继承的，支持以下多重继承

4.2 继承特点

1.子类拥有父类非 private 的属性、方法。
2.子类可以拥有自己的属性和方法，即子类可以对父类进行扩展。
3.子类可以用自己的方式实现父类的方法。
4.Java 的继承是单继承，但是可以多重继承，单继承就是一个子类只能继承一个父类，多重继承就是，例如 B 类继承 A 类，C 类继承 B 类，所以按照关系就是 B 类是 C 类的父类，A 类是 B 类的父类，这是 Java 继承区别于 C++ 继承的一个特性。
5.提高了类之间的耦合性（继承的缺点，耦合度高就会造成代码之间的联系越紧密，代码独立性越差）。

4.3 继承和组合

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。
继承表示对象之间是is-a的关系，比如：狗是动物，猫是动物
组合表示对象之间是has-a的关系，比如：汽车有轮胎、发动机、车载系统

// 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
} 
 
class Audi 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。

五 、多态

5.1 定义

多态为不同的对象去完成同一个行为时，会产生出不同的状态。总的来说就是同一件事情，发生在不同对象身上，就会产生不同的结果。

5.2 使用

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

class Animal{
    String name;
    int leg;
    String furcolor;
    public Animal(String name, int leg) {
        this.name = name;
        this.leg = leg;      
    }
    public void eat(){
        System.out.println(name+"正在吃东西");
    }
    public void run(){
        System.out.println(name+"正在用"+leg+"条腿在跑");
    }
    public void color(){
        System.out.println(name + "是" + furcolor + "的");
    }
}
class Shark extends Animal{
    public Shark(String name, int leg) {
        super(name, leg);
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(name+"正在吃大鱼");
    }
}
class Fish extends Animal{
    public Fish(String name, int leg) {
        super(name, leg);
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(name+"正在吃虾米");
    }
}
public class practice {
    // 编译器在编译代码时，并不知道要调用Shark还是Fish 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 fun(Animal animal){
        //动态绑定
        animal.eat();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Fish fish = new Fish("鲤鱼",0);
        Shark shark = new Shark("脆脆鲨",0);
        fun(fish);
        fun(shark);
        /**Mouse mouse1 = new Mouse("米奇",4);
        System.out.println("=========");
        Mouse mouse2 = new Mouse("杰瑞",4);
       /**Animal animal1 = new Animal("大黄",4);
        System.out.println("=========");
       Animal animal2 = new Animal("二狗",4);*/
    }

}

运行结果：

在此处代码中发生了动态绑定

public static void fun(Animal animal){
        //动态绑定
        animal.eat();
    }

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。

5.3 重写

定义：

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。

重写规则：

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
2.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
3.父类被static、private修饰的方法、构造方法都不能被重写。
4.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.

5.4 向上转型和向下转型

（1）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()
//如下所示
 Animal animal = new Fish("好多鱼",0);

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。
向上转型使用场景：
1.方法传参

public static void fun(Animal animal){
        //动态绑定
        animal.eat();
    }

2.作返回值，返回任意子类对象

public static Animal buyAnimal(String var){
    if("狗".equals(var) ){
      return new Dog("狗狗",1);
   }else if("猫" .equals(var)){
      return new Cat("猫猫", 1);
   }else{
      return null;
   }

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。
（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。

//向上转型
Animal animal = new Fish("好多鱼",0);
//向下转型
fish = (Fish)animal;

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

ublic static void main(String[] args) {
        Fish fish = new Fish("鲤鱼",0);
        Shark shark = new Shark("脆脆鲨",0);
        //向上转型
        Animal animal = new Fish("好多鱼",0);
        //向下转行
        if(animal instanceof fish){
         fish = (Fish)animal;
         //向下转型成功则可以调用子类中特有方法
         fish.swim();
     }
}

5.5 多态优缺点

优点：
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 .

不基于多态下打印多个形状，实现代码：

public static void drawShapes() {
    Rect rect = new Rect();
    Cycle cycle = new Cycle();
    Flower flower = new Flower();
    String[] shapes = {"cycle", "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();
        }
    }
}

我们可以看到使用了大量的if-else语句，是使代码的可读性看起来较差。
基于多态：

public static void drawShapes() {
    Shape[] shapes = {new Cycle(), new Rect(), new Cycle(),
    new Rect(), new Flower()};
    for (Shape shape : shapes) {
        shape.draw();
    }
}

可以看到代码变得十分简洁
2.拓展性更强

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.

多态的缺点：

1. 代码的运行效率降低。
2. 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

5.6 避免在构造方法中调用重写的方法

class B {
    public B() {
        func();
    }
    public void func() {
        System.out.println("B.func()");
    }
}
class D extends B {
    private int num = 1;
    public void func() {
        System.out.println("D.func() " + num);
    }
}
public class test {
    public static void main(String[] args) {
        D d = new D();
    }
} 

执行结果

// 执行结果：D.func() 0

分析结果如下
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。
今天的讲解就到这里啦