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Java继承与组合

2023-09-06 11:56

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1.继承

1.1Java中为什么有继承的概念

Java用继承将现实世界中多种多样的实体进行共性抽取,然后让实体继承共性,从而简化代码.比如,我们将猫和狗抽取出他们的共性—动物.

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。

我们用下面的代码描述狗和猫.

从上述代码可以看出,狗类和猫类存在一段重复的代码,这就是他们的共性,我们对这些重复的代码抽取共性,然后定义一个新的动物类.如下图:

对描述狗和猫的代码使用继承方式重新设计：
在Java中如果要表示类之间的继承关系，需要借助extends关键字
在这里插入图片描述

注意:子类继承父类之后，必须要新添加自己特有的成员，体现出与基类的不同，否则就没有必要继承了
以上过程便是面向对象思想中提出的继承的概念，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：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的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。

例如：狗和猫都是动物，那么我们就可以将共性的内容进行抽取，然后采用继承的思想来达到共用。

上述图示中，Dog和Cat都继承了Animal类，其中：Animal类称为父类/基类/超类，Dog和Cat可以称为Animal的子类/派生类，继承之后，子类可以复用父类中成员，子类在实现时只需关心自己新增加的成员即可。从继承概念中可以看出继承最大的作用就是：实现代码复用，还有就是来实现多态。

1.3 继承的语法

在Java中如果要表示类之间的继承关系，需要借助extends关键字，具体如下：

修饰符 class 子类 extends 父类 {
…
}

注意：

子类会将父类中的成员变量或者成员方法继承到子类中了
子类继承父类之后，必须要新添加自己特有的成员，体现出与基类的不同，否则就没有必要继承了

1.4 父类成员访问

子类将父类中的方法和变量继承下来了，子类中能直接访问父类中继承下来的成员.

1.4.1 子类中访问父类的成员变量

自我优先原则:

访问的成员变量子类中有，优先访问自己的成员变量。
访问的成员变量子类中无，访问父类继承下来的，如果父类也没有定义，编译报错。
访问的成员变量与父类中成员变量同(不考虑数据类型)，优先访问自己的

子类和父类不存在同名成员变量

子类和父类存在同名成员变量.

同名时,非要访问父类成员变量,用super,可强制访问父类成员变量.

1.4.2 子类中访问父类的成员方法

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。

public class Base {public void methodA(){System.out.println("Base中的methodA()");}}public class Derived extends Base{public void methodB(){System.out.println("Derived中的methodB()方法");}public void methodC(){methodB(); // 访问子类自己的methodB()methodA(); // 访问父类继承的methodA()// methodD(); // 编译失败，在整个继承体系中没有发现方法methodD()}}

成员方法名字相同:子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但参数列表不同(重载)，根据调用方法视传递的参数选择合适的方法访问，如果没有则报错

public class Base {public void methodA(){System.out.println("Base中的methodA()");}public void methodB(){System.out.println("Base中的methodB()");}}public class Derived extends Base{public void methodA(int a) {System.out.println("Derived中的method(int)方法");}public void methodB(){System.out.println("Derived中的methodB()方法");}public void methodC(){methodA(); // 没有传参，访问父类中的methodA()methodA(20); // 传递int参数，访问子类中的methodA(int)methodB(); // 直接访问，则永远访问到的都是子类中的methodB()，父类的无法访问

由此可见,方法重载可以不在同一个类中.

//此处应有代码示范的图片(super构造方法)

1.5 super关键字

由于设计不好，或者因场景需要，子类和父类中可能会存在相同名称的成员，如果要在子类方法中访问父类同名成员时，直接访问是无法做到的，Java提供了super关键字，该关键字主要作用是：在子类方法中访问父类的成员.
有些书上说: super代表父类对象的引用这句话是错误的! !super其实就是一个非常简单的关键字，增加了代码的可读性!
super使用举例如下：

public class Father {int a;int b;public void methodA(){System.out.println("Father中的methodA()");}public void methodB(){System.out.println("Father中的methodB()");}}public class Father extends Son{int a; // 与父类中成员变量同名且类型相同char b; // 与父类中成员变量同名但类型不同// 与父类中methodA()构成重载public void methodA(int a) {System.out.println("Son中的method()方法");} // 与父类中methodB()构成重写(即原型一致，重写后序详细介绍)public void methodB(){System.out.println("Son中的methodB()方法");}public void methodC(){// 对于同名的成员变量，直接访问时，访问的都是子类的a = 100; // 等价于： this.a = 100;b = 101; // 等价于： this.b = 101;// 注意：this是当前对象的引用// 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父类继承下来的部分super.a = 200;super.b = 201;// 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methodA(); // 没有传参，访问父类中的methodA()methodA(20); // 传递int参数，访问子类中的methodA(int)// 如果在子类中要访问重写的父类方法，则需要借助super关键字methodB(); // 直接访问，则永远访问到的都是子类中的methodB（)，父类的无法访问到super.methodB(); // 访问父类的methodB()}}public class Father {public Father(){System.out.println("Father()");}

super有三种使用场景：

super.成员变量
super.方法名（）
super（）调用父类构造方方法

使用super时注意：

super只能在非静态方法中使用
super只能在子类方法中访问父类的成员变量和方法
super（）调用父类构造方法必须在子类中使用才能调用父类的方法和属性
super（）帮助子类调用父类构造方法初始化成员变量
super（）当父类有构造方法时,必须先帮父类完成构造方法, 子类才能完成构造方法，否则编译报错。
this () 和 super () 不能在同一个方法中,因为这两条语句都必须放在代码的第一行

面试问题:this和super的区别是什么?

1.6 super和this的区别

相同点:

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
都是Java中的关键字
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
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

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
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
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
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

1.7 静态代码块和实例代码块在有继承关系时的执行顺序

我们先用一段代码演示一下在没有继承关系时的执行顺序:

class Person {public String name;public int age;public Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;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 TestDemo {public static void main(String[] args) {Person person1 = new Person("bit",10);System.out.println("============================");Person person2 = new Person("gaobo",20);}}//执行结果://静态代码块执行//实例代码块执行//构造方法执行//============================//实例代码块执行//构造方法执行

我们可以得出以下结论:

静态代码块先执行，并且只执行一次，在类加载阶段执行
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

我们在来看在继承关系上的执行

class Person {public String name;public int age;public Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;System.out.println("Person：构造方法执行");} {System.out.println("Person：实例代码块执行");} static {System.out.println("Person：静态代码块执行");}}class Student extends Person{public Student(String name,int age) {super(name,age);System.out.println("Student：构造方法执行");} {System.out.println("Student：实例代码块执行");} static {System.out.println("Student：静态代码块执行");}}public class TestDemo4 {public static void main(String[] args) {Student student1 = new Student("张三",19);System.out.println("===========================");Student student2 = new Student("gaobo",20);}public static void main1(String[] args) {Person person1 = new Person("bit",10);System.out.println("============================");Person person2 = new Person("gaobo",20);}}//执行结果:Person：静态代码块执行Student：静态代码块执行Person：实例代码块执行Person：构造方法执行Student：实例代码块执行Student：构造方法执行===========================Person：实例代码块执行Person：构造方法执行Student：实例代码块执行Student：构造方法执行

得出以下结论：

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
父类实例代码块和父类构造方法紧接着执行
子类的实例代码块和子类构造方法紧接着再执行
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

1.8 protect

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。在程序设计时,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. 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,不建议这样使用.

默认就是不加任何访问修饰限定符,也可以叫做default.

这里我们重点讲protected在不同位置中的使用.
同一个类:

在这里插入图片描述
同一个包中的类:

同一个包中的子类
同一个包中的非子类

不同包的子类:

注意:不同包中的子类要通过super访问

不同包且不是子类:

那我们什么时候用private什么时候用public呢?
在考虑用哪一个限定符时,我们应该考虑该类提供的字段方法到底给 “谁” 使用(是类内部自己用, 还是类的调用者使用, 还是子类使用).

1.9 继承方式

在现实生活中事物的继承关系可能非常复杂且灵活,那么我们就需要对不同的继承关系分类.
我们举例写的类是现实事物的抽象. 而我们真正开发所遇到的项目往往业务比较复杂, 可能会涉及到一系列复杂的概念, 都需要我们使用代码来表示, 所以真实项目中所写的类也会有很多. 类之间的关系也会更加复杂.即使如此, 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

JAVA中的继承方式有以下几种:

注意:Java中不支持下面这种多继承方式,C++中支持.

1.10 final 关键字

上面我们提到可以用final关键字限制继承,下面我们来详细了解final.

修饰变量或字段，表示常量(即不能修改)

final int a = 10;a = 20; // 编译出错

定义的同时可以不初始化,但是只能初始化一次.

final int a;a = 100;System.out.println(a);

修饰类：表示此类不能被继承

final public class Animal {...}public class Bird extends Animal {...} // 编译出错Error:(3, 27) java: 无法从最终com.bit.Animal进行继

我们查看String字符串类可以看到,String字符串类是用final修饰的,不能被继承.

修饰方法,表示该方法不能被重写

2. 组合

2.1 组合的概念

Java是一个面向对象的语言,每一个学习过Java的人都知道，封装、继承、多态是面向对象的三个特征。但组合并不是一种特性,它只是一种实现手段.组合也是一种表达类之间关系的方式, 也是能够达到代码复用的效果。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。
组合(Composition)体现的是整体与部分、拥有的关系，即has-a的关系.我们可以用xx是xx的一部分这样的语句描述组合中体现的关系.

继承（Inheritance）是一种联结类与类的层次模型,指的是一个类（称为子类、子接口）继承另外的一个类（称为父类、父接口）的功能，并可以增加它自己的新功能的能力，继承是类与类或者接口与接口之间最常见的关系,是一种is-a关系。

例如,我们用组合写一个汽车的代码表现这种关系,如下:

// 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// ...} // 奔驰是汽车class Benz extend Car{// 将汽车中包含的：轮胎、发送机、车载系统全部继承下来}