Java 继承——从 C++ 到 Java
继承是 Java 面向对象程序设计的基本概念，可基于已有类创建新类，复用已有类的方法并添加新方法和字段，是 Java 程序设计的核心技术。
类、超类和子类
在公司中普通员工完成工作仅领取薪水，而经理完成预期业绩后除薪水外还能获得奖金。为体现这种差异，需要定义一个新的 Manager 类，同时复用之前定义的 Employee 类中已有的代码和字段。经理与员工存在 “is-a” 关系，即每个经理都是员工，这是继承关系的典型特征，通过继承可以在不重复编写相同代码的基础上，为 Manager 类添加新功能。
定义子类
- 通过 extends 关键字实现继承，如 Manager 类继承 Employee 类，前者是子类，后者是超类。
- 子类可新增字段和方法，像 Manager 类新增了存储奖金的 bonus 字段和 setBonus 方法。
- 同时子类能继承超类的方法和字段，即便未显式定义，也可使用超类中的 getName 等方法及 name 等字段。
public class Mangager extends Employee {
private double bonous;
public void setBonous(double bonus) {
this.bonous = bonus;
}
}
覆盖方法
- 超类方法可能不适用于子类，子类需覆盖。以 Manager 类的 getSalary 方法为例，直接返回 salary 和 bonus 总和或递归调用自身方法都有问题，前者无法访问超类私有字段，后者会导致递归错误。正确做法是使用 super 关键字调用超类的 getSalary 方法，再加上子类特有的计算逻辑 。
public class Mangager extends Employee {
public double getSalary() {
double baseSalary = super.getSalary();
return baseSalary + bonus;
}
}
C++注释：在继承定义上，Java 用 extends，C++ 用冒号；继承类型上，Java 只有公共继承，C++ 有私有和保护继承；调用超类方法时，Java 用 super 关键字，C++ 用类名加作用域运算符。
子类构造器
- 定义 Manager 类的构造器，通过 super 关键字调用超类 Employee 带参数的构造器来初始化从超类继承的私有字段，因为子类不能直接访问超类私有字段。
- 若子类构造器未显式调用超类构造器，会自动调用超类无参构造器；若超类无无参构造器且子类未显式调用其他超类构造器，编译会报错。
C++注释：在C++ 的构造器中，会使用初始化列表语法调用超类的构造器，而不调用 super。在 C++ 中，Manager的构造器如下所示：
// C++ Manager::Manager(string name,double salary,int year,int month,int day) : Employee(name, salary, year, month, day) { bonus = 0; }在 C++ 中，如果希望实现动态绑定，需要将成员函数声明为 virtul。在 Java中，动态绑定是默认的行为。如果不希望让一个方法是虚拟的，可以将它标记为 final。
继承层次
- 继承不仅限于一个层次，可以由一个类派生多个子类，再由子类继续派生。从一个公共超类派生出来的所有类的集合称为继承层次。
- 一个祖先类可以有多个子孙链，例如 Employee 类可以派生出 Manager、Programmer 和 Secretary 等类，Manager 类还能继续派生出 Executive 类。
C++注释：Java 不支持多重继承，而 C++ 支持一个类有多个超类，Java 通过接口提供类似功能。
多态
- 判断数据是否设计为继承关系的 “is - a” 规则，即子类的每个对象也是超类的对象，这也是替换原则的体现，程序中超类对象的任何地方都可用子类对象替换。
- Employee 类型的变量可以引用 Employee 类或其子类（如 Manager、Executive 等）的对象。但超类引用不能直接调用子类特有的方法，子类引用也不能直接赋值给超类变量。
警告：在 Java 中，子类引用的数组可以转换成超类引用的数组，无需强制类型转换。但要注意，虽然数组可以转换，若引用的数组元素类型不匹配，在调用方法时可能会出现问题，甚至引发 ArrayStoreException 异常 。
理解方法调用
- 编译器检查：编译器会先查看对象声明类型中的方法，以及其超类中可访问的同名方法，确定所有可能被调用的候选方法。
- 重载解析：根据调用时提供的参数类型，选择与之完全匹配的方法。若有多个匹配方法，编译器会报错。
- 方法签名与覆盖：方法名和参数列表构成签名，子类中同名同参方法会覆盖超类方法，返回类型在覆盖时需保持兼容。
- 静态与动态绑定：private、static、final 方法和构造器使用静态绑定，编译器能确定调用方法；其他方法依赖对象实际类型，运行时动态绑定。虚拟机为每个类生成方法表，便于快速查找调用方法。
阻止继承：final 类和方法
- final 类：使用 final 修饰符定义的类不能被继承，可阻止其他类派生其子类。
- final 方法：类中特定方法声明为 final，子类不能覆盖该方法。声明为 final 的主要原因是确保方法语义在子类中不被改变。
强制类型转换
-
强制类型转换是将一种类型转换为另一种类型，数值转换如
(int)x，对象引用转换则是用圆括号括住目标类名置于对象引用前，像(Manager) staff[0]。 -
为在忽视对象实际类型时使用其全部功能，如从
Employee数组中还原Manager对象以访问新增变量 。 -
只能在继承层次内转换，子类引用赋给超类变量可直接进行，反之需强制转换并接受运行时检查；向下转换若对象类型不符会抛异常，建议转换前用
instanceof检查；不可能成功的转换编译器会报错。
C++注释：Java 强制类型转换语法源于 C 语言，处理类似 C++ 的
dynamic_cast，但 Java 转换失败抛异常，而 C++ 生成null对象 。
抽象类概念
-
在类的继承层次中，上层类更具一般性和抽象性，比如
Person类可作为Employee类和Student类的基类。通过引入抽象类和抽象方法，能更好地组织具有共性的属性和方法，如Person类中的getName和getDescription方法 。 -
使用
abstract关键字声明抽象类和抽象方法，抽象类可包含字段、具体方法和抽象方法。若子类未完全实现抽象类中的抽象方法，子类也需声明为抽象类；若子类实现了全部抽象方法，则子类为具体类。抽象类不能实例化，但可以定义抽象类的对象变量来引用其非抽象子类的对象 。
public abstract class Persion {
private String name;
public Person(String name) {
this.name = name;
}
public abstract Stirng getDescription();
public String getName() {
return name;
}
}
public class Student extends Person {
private String major;
public Student(String name, String major) {
super(name);
this.major = major;
}
public String getDescription() {
return "a student majoring in " + major;
}
}
C++注释：C++ 中通过在函数末尾用
= 0标记纯虚函数来定义类似抽象方法的概念，含有至少一个纯虚函数的类为抽象类，且 C++ 没有专门表示抽象类的关键字 。
受保护访问
- 通常类中字段标记为
private，方法标记为public，但有时希望限制超类中的方法仅允许子类访问，或让子类访问超类的某些字段，这时就需要将相关方法或字段声明为protected。例如Employee类的hireDay字段声明为protected后，Manager类可直接访问 。 - 当子类和超类在不同包中时，子类的方法只能查看自身对象的受保护字段，不能查看其他超类对象的该字段。
C++注释：Java 中的受保护部分对所有子类及同一个包中的其他类都可见，安全性比 C++ 中的保护机制差。
Java 中 4 个访问控制修饰符：private仅对本类可见；public对外部完全可见；protected对本包和所有子类可见；默认（无修饰符）对本包可见。
Object：所有类的超类
Object类是 Java 中所有类的始祖，若类定义时未明确指出超类，则默认继承自Object类。
Object 类型的变量
Object类型的变量可引用任何类型的对象，不过对其内容进行具体操作时，需明确对象原始类型并进行强制类型转换。- 所有数组类型（包括对象数组和基本类型数组）都扩展了
Object类。
C++注释：在 C++ 中没有所有类的根类，不过，每个指针都可以转换成
void*指针。
equals 方法
Object类的equals方法用于检测两个对象是否相等，默认比较对象引用是否相同。但实际中常需基于对象状态判断相等性，如两个员工对象，需比较姓名、薪水和雇佣日期等。- 重写
equals方法时，应先快速判断对象是否相同引用、参数是否为null、对象所属类是否相同，再比较具体字段。同时，为处理字段可能为null的情况，可使用Objects.equals方法。 - 子类重写
equals方法时，通常先调用超类的equals方法，若超类比较失败，则对象不相等，若超类比较成功，再进一步比较子类特有的字段 。
public class Employee {
public boolean equals(Object otherObject) {
if (this == otherObject)
return true;
if (otherObject == null)
reutrn false;
if (getClass() != otherObject.getClass())
return false;
Employee other = (Employee)otherObject;
return name.equals(other.name)
&& salary == other.salary
&& hireDay.equals(other.hireDay);
}
}
相等测试与继承
- 当
equals方法的隐式和显式参数不属于同一类时，处理方式存在争议。一些程序员用instanceof检测，但这种方式不符合 Java 语言规范对equals方法的特性要求，如自反性、对称性、传递性、一致性以及对null的处理规则，可能导致问题 。 equals方法特性：- 自反性：
x.equals(x)为真。 - 对称性
x.equals(y)为真则y.equals(x)为真。 - 传递性（
x.equals(y)和y.equals(z)为真则x.equals(z)为真。 - 一致性（多次调用结果相同）以及对
null返回false等特性 。
- 自反性：
- 编写
equals方法的建议：强制类型转换参数、检测this与参数是否相等、判断参数是否为null、比较类、转换参数类型以及比较字段，若子类重定义equals方法需包含super.equals(other)调用。
hashCode 方法
hashCode方法由对象生成一个整型散列码，通常无规律，不同对象的散列码基本不同。Object类的默认hashCode值由对象存储地址得出 。- 通过字符串示例展示，内容相同的字符串散列码相同，而
StringBuilder因未定义该方法，其对象散列码由存储地址决定 。 - 重写
equals方法时需重写hashCode方法，且相等对象的hashCode值应相同。
toString 方法
- 返回对象的字符串表示形式，多数
toString方法遵循 “类名 + 字段值” 的格式 。 - 建议通过
getClass().getName()获取类名，避免硬编码。子类重写该方法时，可调用超类的toString方法并加入子类特有字段 。 - 在与字符串拼接时，Java 编译器会自动调用
toString方法。println方法也会调用该方法输出对象信息 。
泛型数组列表
在许多编程语言（如 C/C++）中，数组大小需在编译时确定，这可能导致资源浪费或不便。而 Java 允许在运行时确定数组大小，不过普通数组一旦确定大小就难以更改。ArrayList类类似于数组，但能自动调整容量，无需手动编写调整代码 。
声明数组列表
ArrayList是泛型类，使用尖括号指定保存元素的类型，如ArrayList。- 可以使用
add方法向数组列表添加元素。在填充数组前，可调用ensureCapacity方法指定内部数组容量，以减少重新分配空间的开销。 - 数组列表的
size方法返回实际元素个数，类似数组的length属性。若要调整数组列表大小以匹配当前元素数量，可使用trimToSize方法 。
C++ 注释：
ArrayList类似于 C++ 的vector模板，都是泛型类型。但 C++ 的vector重载了[]运算符方便访问元素，而 Java 没有运算符重载，需调用显式方法。C++ 中向量按值拷贝，与 Java 的操作方式不同 。
访问数组元素列表
-
ArrayList不是 Java 语言内置部分，而是标准库中的实用工具类，不能像普通数组那样用[]访问或修改元素，需使用get和set方法。使用set方法替换元素时，要确保数组列表大小大于指定索引；添加新元素应使用add方法。get方法用于获取元素，在没有泛型时，原始ArrayList的get方法返回Object，需强制类型转换，而泛型版本可避免这种问题和潜在错误 。 -
使用
add方法并提供索引参数可在列表中间插入元素，插入后列表大小超过容量会重新分配存储数组；remove方法可删除指定位置元素，其后元素向前移动，列表大小减 1 。
类型化与原始数组列表的兼容性
- 在代码中使用类型参数可增加安全性，但有时需与遗留代码（使用原始数组列表）交互。例如
EmployeeDB类中的方法接受和返回原始ArrayList，可以将类型化的ArrayList传递给接受原始ArrayList的方法，无需强制类型转换，但这种操作不安全，因为方法中添加的元素类型可能不匹配，访问时会引发异常 。
public class EmployeeDB {
public void update(ArrayList list) { ... }
public ArrayList find(String query) { ... }
}
ArrayList<EmployeeDB> staff = ...;
employeeDB.update(staf)
- 将原始
ArrayList赋给类型化ArrayList会收到编译器警告，使用强制类型转换也不能消除警告。由于 Java 运行时数组列表无类型参数，强制类型转换在运行时检查相同，无法解决问题 。
对象包装器与自动装箱
Java 中为每个基本类型（如 int、long、float 等）提供了对应的包装器类，如 Integer、Long、Float 等。这些类派生自 Number（除 Boolean、Character 外），是不可变类且不能有子类。
自动装箱：可以将基本类型的值自动包装成对应的包装器类对象，例如向 ArrayList 添加 int 类型元素时会自动装箱。
自动拆箱：将包装器类对象自动转换为基本类型值，如将 Integer 对象赋值给 int 变量时会自动拆箱。
-
ArrayList因每个值都包装在对象中，效率低于int[]数组，仅在操作便捷性更重要时使用。 -
基本类型与包装器类不能简单用
==比较，因为比较的是内存位置，通常会失败，建议用equals方法。 -
可利用包装器类的静态方法，如
Integer.parseInt(s)将字符串转换为整数。
警告：包装器类不可变，不能用于编写修改数值参数的方法，可使用如
IntHolder这样的持有者类型。
参数数量可变的方法
使用省略号（...）表示方法可以接收任意数量的参数（除特定格式参数外）。例如printf方法，其定义为public PrintStream printf(String fmt, Object... args) ，可以接收一个格式字符串参数fmt和任意数量的对象参数args。在调用时，如System.out.printf("%d", n);和System.out.printf("%d %s", n, "widgets");，前者有两个参数，后者有三个参数，编译器会自动处理参数绑定和装箱操作。
- 可以自定义变参方法，可以为参数指定任意类型，甚至是基本类型。
public static double max(double values) {
double largest = Double.NEGATIVE_INFINITY;
for (double v : values)
if (v > largest)
largest = v;
return largest;
}
double m = max(3.1, 40.4, -5);
枚举类
使用enum关键字定义，例如public enum Size { SMALL, MEDIUM, LARGE, EXTRA_LARGE } ，定义了一个包含 4 个实例的枚举类型Size，这些实例是该类型的对象，且不能创建新的对象。
比较枚举类型的值时，直接使用==，无需调用equals方法。
枚举类可以有构造器、方法和字段。构造器是私有的，在构造枚举常量时调用。例如示例中Size枚举类有一个私有构造器和一个getAbbreviation方法。
toString：返回枚举常量名，如Size.SMALL.toString()返回"SMALL"。valueOf：静态方法，根据字符串返回对应的枚举值，如Size s = Enum.valueOf(Size.class, "SMALL");。values：静态方法，返回包含全部枚举值的数组，如Size[] values = Size.values();。ordinal：返回枚举常量在声明中的位置，从 0 开始计数，如Size.MEDIUM.ordinal()返回1。
enum Size {
SMALL("S"), MEDIUM("M"), LARGE("L"), EXTRA_LARGE("XL");
private Size(String abbreviation) {
this.abbreviation = abbreviation;
}
public String getAbbreviation() {
return abbreviation;
}
private String abbreviation;
}
反射
反射库提供了一系列工具，用于编写能动态操纵 Java 代码的程序。利用反射，Java 可支持用户界面生成器、对象关系映射器等开发工具。反射机制的功能强大，可用于分析类的能力、在运行时检查对象、实现泛型数组操作代码，以及利用Method对象（类似 C++ 中的函数指针） 。
Class类：Class类是反射的核心，它代表一个类或接口。通过Class对象，我们可以获取类的各种信息，如类的名称、方法、字段等。Constructor类：Constructor类表示类的构造方法，通过它可以在运行时创建类的实例。Method类：Method类表示类的方法，通过它可以在运行时调用类的方法。Field类：Field类表示类的字段，通过它可以在运行时访问和修改类的字段值。
// 此处只进行简单介绍，后续可能再更新。
继承的设计技巧
- 抽取公共操作和字段：将公共的操作和字段放在超类中，避免在子类中重复，如将姓名字段放在
Person类，而不是在Employee和Student类中重复定义。 - 谨慎使用受保护字段：虽然
protected修饰的实例字段能方便多数情况下的访问，但因子类集合无限制，易破坏封装性，且所有子类都能访问，不利于在子类中重新定义方法，所以要谨慎使用。 - 正确使用继承关系：继承用于实现 “is-a” 关系，避免滥用。如 “钟点工” 和 “员工” 不是 “is-a” 关系，用继承实现会增加复杂性和代码量，不建议使用。
- 确保继承有意义：只有当继承的方法都有意义时才使用继承。例如
Holiday类继承GregorianCalendar类不合适，因父类方法会破坏子类的封闭性，而LocalDate类因不可变则无此问题 。 - 遵循覆盖原则：覆盖方法时不应改变预期行为，否则违反替换原则。编译器不会检查，需开发者自觉遵守，避免随意修改方法行为。
- 优先使用多态：遇到根据类型做不同操作的代码，应考虑使用多态，通过在超类或接口中定义方法，利用动态分派机制执行，使代码更易维护和扩展。
- 谨慎使用反射：反射虽能让程序在运行时查看字段和方法，编写通用性程序，但不利于编译器检查错误，一般不适用于编写应用程序，要谨慎使用。